バナジウムブロモペルオキシダーゼの位置特異性について

バナジウム ハロペルオキシダーゼ酵素は、過酸化水素によるハロゲン化物イオンの酸化を触媒し、有機基質をハロゲン化するか、または 2 等量の過酸化水素と反応して二酸素を生成する酸化中間体を生成します。ハロペルオキシダーゼは、海洋生物から単離されるインドールやテルペンなどのハロゲン化天然産物の生合成に関与すると考えられており、その多くは選択的に酸化またはハロゲン化されます。海洋性ハロペルオキシダーゼが位置選択的反応を触媒する能力についてはほとんど示されていない。今回我々は、海藻 Ascophyllum nodosum および Corallina officinalis 由来の V-BrPO による 1,3-ジ-tert-ブチルインドールの位置特異的ブロモ過酸化酸化を報告します。どちらの酵素も、基質として H(2)O(2) と Br(-) の両方を必要とする反応において 1,3-ジ-tert-ブチルインドールの位置特異的酸化を触媒しますが、非臭素化 1,3-ジ-tert-ブチル-2-インドリノン生成物のみをほぼ定量的収率で生成します (つまり、生成物あたり 1 つの H(2)O(2) が消費されます)。対照的に、臭素水溶液を制御しながら添加した反応 (HOBr = Br(2) = Br(3)(-)) では、3 つのモノブロモ生成物と 1 つのジブロモ-2-インドリノン生成物が生成されますが、これらはすべて V-BrPO 触媒生成物とは異なります。さらに、1,3-ジ-tert-ブチル-2-インドリノンと臭素水溶液およびV-BrPOの両方との反応性は大きく異なり、酸化中間体の考えられる性質に光を当てます。これはバナジウムハロペルオキシダーゼによる位置特異的臭素化の最初の例であり、触媒としての有用性がさらに広がります。

Vanadium haloperoxidase enzymes catalyze the oxidation of halide ions by hydrogen peroxide, producing an oxidized intermediate, which can halogenate an organic substrate or react with a second equivalent of hydrogen peroxide to produce dioxygen. Haloperoxidases are thought to be involved in the biogenesis of halogenated natural products isolated from marine organisms, including indoles and terpenes, of which many are selectively oxidized or halogenated. Little has been shown concerning the ability of the marine haloperoxidases to catalyze regioselective reactions. Here we report the regiospecific bromoperoxidative oxidation of 1,3-di-tert-butylindole by V-BrPO from the marine algae Ascophyllum nodosum and Corallina officinalis. Both enzymes catalyze the regiospecific oxidation of 1,3-di-tert-butylindole in a reaction requiring both H(2)O(2) and Br(-) as substrates, but which produce the unbrominated 1,3-di-tert-butyl-2-indolinone product exclusively, in near quantitative yield (i.e. one H(2)O(2) consumed per product). By contrast, reactions with the controlled addition of aqueous bromine solution (HOBr = Br(2) = Br(3)(-)) produce three monobromo and one dibromo-2-indolinone products, all of which differ from the V-BrPO-catalyzed product. Further, reactivities of 1,3-di-tert-butyl-2-indolinone with both aqueous bromine and V-BrPO differ significantly and shed light onto the possible nature of the oxidizing intermediate. This is the first example of a regiospecific bromination by a vanadium haloperoxidase and further extends their usefulness as catalysts.