猪胰脂肪酶催化合成4-氨基-3,5-二氰基-6-芳基邻苯二甲酸酯及其抗利什曼病活性的计算机模拟研究

本研究首次报道了利用猪胰脂肪酶(PPL)在水相介质中高效催化芳醛、炔酯与丙二腈的三组分反应，成功构建18种4-氨基-3,5-二氰基-6-芳基邻苯二甲酸酯衍生物（产率43%-95%）。通过分子对接揭示了底物与PPL催化三联体的相互作用机制（结合能-4.6 kJ/mol，距离3.8 ?），并证实产物与利什曼原虫靶酶（NMT/ARG/YARS）具有显著结合活性，为开发新型抗利什曼病先导化合物提供了绿色合成方案。

　　

在当代绿色化学的发展浪潮中，生物催化技术因其环境友好、反应条件温和等优势备受关注。其中脂肪酶（Lipase）作为"多才多艺"的生物催化剂，不仅能水解酯键，还能催化aldol缩合、Michael加成等非天然反应。然而，传统合成4-氨基-3,5-二氰基邻苯二甲酸酯类化合物的方法往往需要强碱催化剂和有机溶剂，这与可持续发展理念背道而驰。更令人担忧的是，利什曼病这种由寄生虫引起的热带疾病，现有药物治疗存在毒性大、耐药性等问题，亟需开发新型抑制剂。

吉林省科技厅资助的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表了一项突破性研究。他们巧妙利用猪胰脂肪酶(PPL)的催化多能性，在水相体系中实现了芳醛、炔酯和丙二腈的"一锅法"环化反应，成功构建了18个结构多样的4-氨基-3,5-二氰基-6-芳基邻苯二甲酸酯衍生物。这项研究不仅建立了绿色合成新方法，还通过计算机模拟揭示了这些化合物的抗寄生虫潜力。

研究团队采用分子对接（AutoDock Vina）技术解析反应机制，比较了五种脂肪酶（PPL/PCL/CALB/CRL/RML）的催化效率。通过分析底物与PPL催化三联体（Ser¹⁵²-His²⁶³-Asp¹⁷⁶）的相互作用模式，发现PPL具有最优的结合能（-4.6 kJ/mol）和催化距离（3.8 ?）。在抗利什曼病活性预测方面，研究人员选取寄生虫关键靶点N-甲基转移酶(NMT)、精氨酸酶(ARG)和酪氨酰-tRNA合成酶(YARS)进行虚拟筛选，证实产物能有效结合这些靶点的活性口袋。

【General procedure for the synthesis】部分详细描述了标准操作流程：将PPL（400 U）与底物在DMF/水混合溶剂中60℃反应4小时。值得注意的是，该方法对多种官能团（如卤素、硝基、甲氧基等）均表现出良好耐受性，最高产率达95%。

【Molecular docking simulations】结果显示，PPL的氧阴离子空穴能稳定底物的氰基和酯基，而催化三联体通过氢键网络激活反应位点。与化学催化剂相比，酶催化体系避免了强碱的使用，且水作为主要溶剂显著降低了环境负担。

【Results and Discussion】章节通过系统优化证实：PPL在60℃、DMF占比14.3%（v/v）时催化效率最高。对照实验排除了牛血清白蛋白(BSA)的非特异性催化可能，凸显了PPL的特异性。产物与利什曼病靶标的结合能分析显示，4cb等衍生物与NMT的结合能优于已知抑制剂，提示其作为先导化合物的潜力。

研究结论指出，该工作首次实现了脂肪酶催化构建邻苯二甲酸酯骨架，为绿色合成含氮杂环提供了新思路。通过计算机辅助药物设计(CADD)预测的抗寄生虫活性，为后续体内实验奠定了理论基础。这项成果不仅拓展了生物催化在有机合成中的应用边界，也为热带病药物研发提供了结构新颖的候选分子。

值得关注的是，与常规碱催化方法相比（如三乙胺需6小时，产率82%），酶催化虽反应时间稍长（4小时），但条件更温和、环保性显著提升。作者在【Declaration of competing interest】中声明该研究受吉林省科技发展计划项目（20230204032YY）资助，由Dantong Wang、Hanqing Xie等共同完成。