Nature合作论文:光诱导的酶催化新反应

发布日期:2020年06月12日   浏览次数:

近日,我室王斌举教授课题组与伊利诺伊大学赵惠民教授课题组合作,报道了光诱导的酶催化反应用于分子间碳碳交叉偶联反应,相关研究成果以“Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroalkylation”为题在线发表于Nature

相比于传统化学合成,基于酶催化的生物合成具有反应条件温和、选择性高以及绿色可持续等优势,一直是一个重要的研究领域。然而,酶催化反应类型往往局限于酶本身专一催化的反应,这极大限制了生物合成法能够合成的化学品的种类。

烯烃的自由基加氢烷基化是构造碳碳键常用的策略。考虑到手性分子在化学和制药工业中的广泛用途,通过该路径构建手性分子更具吸引力。然而自由基中间体反应活性高,其反应的化学和立体选择性控制是合成领域的长期关键难题。

针对以上两大难题,该合作团队提出了一种解决方案:通过可见光激发引发自由基,首次实现自然界中没有的、光酶催化下两个分子的不对称交叉偶联反应。该工作直接利用已知的烯烃还原酶(ene-reductase)为生物催化剂,在温和可见光照射条件下,以简单易得的α-卤代碳基化合物和烯烃为起始原料,实现了重要的γ-手性羰基类化合物的高效绿色合成。研究团队结合光谱学分析、理论化学模拟等手段详细研究了反应机理,推测底物/酶复合物的形成是触发可见光诱导的自由基过程的关键步骤,并且酶环境对自由基反应的化学和立体选择性的调控发挥关键作用。该研究工作通过将光催化和酶催化相结合,进一步拓展了生物催化反应类型,为生物质的升级利用提供了新策略。

该工作的实验主要由赵惠民教授团队的黄小强博士完成,理论计算主要由王斌举教授完成,王斌举教授课题组的硕士生冯键强参与部分计算工作。伊利诺伊大学黄小强博士和厦门大学王斌举教授是论文的共同第一作者。伊利诺伊大学赵惠民教授是论文的通讯作者。赵惠民教授是生物合成领域的国际著名专家,现任美国伊利诺伊大学香槟分校化学和生物分子工程学系Centennial讲席教授,兼任化学系、生物化学系、生物物理系和生物工程系教授。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2406-6