高通量筛选是酶定向进化中的关键环节，尤其对于制备手性胺等药物中间体的亚胺还原酶（IREDs）而言，其筛选效率直接决定了催化体系的开发速度。然而，传统方法依赖繁琐的衍生化与色谱检测流程，难以满足大规模、快速筛选的需求。

 近日，中国科学院上海有机化学研究所赵延川研究员与林亮研究员团队在 ACS Central Science 期刊发表题为 “High-Throughput ¹⁹F NMR Chiral Analysis for Screening and Directed Evolution of Imine Reductases”的研究论文(ACS Cent. Sci. 2025, doi: 10.1021/acscentsci.5c00498）。该工作开发了一套基于¹⁹F核磁共振的高通量手性分析平台，可以实现每天对1,000个酶催化反应样本的对映体选择性和转化率的同步检测，大幅提升了亚胺还原酶定向进化的效率。

中国科学院有机化学研究所赵延川研究团队长期致力于含氟核磁共振探针及相关检测技术的研发 (Chem. Rev. 2019, 119; 195; Chem. Rec. 2023, e202300031)。团队发展了识别赋能色谱核磁检测方法 (Recognition-Enabled Chromatographic NMR)，基于含氟探针与分析物动态相互作用产生的特征性氟谱信号，与分析物一一对应。这一检测方法不仅可以用于高灵敏度复杂体系原位分析检测 (Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202417112.), 也可以用于手性醇、胺、羧酸、腈等化合物的对映体组成分析及绝对构型判定 (Cell Rep. Phys. Sci. 2020, 1, 100100; JACS Au 2023, 3, 1348; Anal. Chem.2024, 96, 730; Anal. Chem. 2024, 96, 1144; Anal. Chem. 2024, 96, 13551)。

在本工作中，研究团队利用一种手性金属钯络合物探针，通过其和手性胺可逆结合，产生特异性的氟谱信号实现手性区分检测。由于核磁共振氟谱检测具有操作简单、分析快速、抗干扰能力强的优势，该方法可以避免复杂的样品前处理和提纯操作，对生物酶反应粗产物进行直接分析，显著提升手性分析速度。该平台已成功应用于酶的定向进化相关研究。以合成罗替高汀中间体为目标，研究团队对134种IRED酶进行了初筛，获得具有S-选择性的IRED-195 (初始ee值为40%)。进一步通过对位点G248进行突变，其对映选择性显著提升，ee值达到90%。经两轮定向进化优化，最终获得突变体IRED-195-R2，ee值进一步提升至99%，验证了该体系在酶催化工艺开发中的应用潜力。

图：基于核磁共振氟谱的生物催化高通量手性检测方法

该论文的共同第一作者是上海有机化学研究所的研究生宋书诚和王晨阳，通讯作者为赵延川研究员和林亮研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持。