金屬酶（Metalloenzymes）是一類含有金屬輔因子的酶，占生物體系中所有酶的近一半，因其能夠催化甲烷氧化和氮?dú)夤潭ǖ葟?fù)雜反應(yīng)而廣泛應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)化和化學(xué)合成等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)催化體系相比，金屬酶具有高選擇性和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。然而，在金屬酶催化體系中，金屬光氧化還原催化這一關(guān)鍵反應(yīng)仍然發(fā)展不足，尤其是在非生物反應(yīng)中的應(yīng)用存在反應(yīng)效率低和對(duì)映選擇性差等問(wèn)題，因此帶來(lái)了實(shí)現(xiàn)廣泛化應(yīng)用的重大挑戰(zhàn)。

有鑒于此，霍普金斯大學(xué)黃雄怡，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Yisong Guo、赫羅納大學(xué)Marc Garcia-Borràs等人在Nature Catalysis期刊上發(fā)表了題為“Merging photoredox with metalloenzymatic catalysis for enantioselective decarboxylative C(sp³)?N₃ and C(sp³)?SCN bond formation”的最新論文。

該團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了一種結(jié)合光氧化還原和金屬酶催化的生物催化平臺(tái)，用于對(duì)映選擇性自由基轉(zhuǎn)化。他們?cè)O(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種光生物催化體系，結(jié)合曙紅Y光催化劑和4-羥基苯丙酮酸加氧酶，在綠色光照射下催化N-羥基鄰苯二甲酰亞胺酯的脫羧疊氮化和硫氰化反應(yīng)。通過(guò)定向進(jìn)化獲得的優(yōu)化變體，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)映選擇性C?N₃和C?SCN鍵的高效形成，還顯著提高了產(chǎn)率（高達(dá)77%）和對(duì)映選擇性（高達(dá)94% ee），總周轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)385次。

該研究通過(guò)曙紅Y催化劑介導(dǎo)C(sp³)自由基和Fe(III)?N₃/Fe(III)?NCS中間體的生成，在酶活性位點(diǎn)成功捕獲自由基并完成高效轉(zhuǎn)化。這一結(jié)果不僅擴(kuò)展了生物催化體系的反應(yīng)范圍，還為將非生物金屬光氧化還原催化引入生物體系提供了全新思路。上述研究成果為開(kāi)發(fā)新型手性化合物的綠色合成方法奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用潛力。

近日，霍普金斯大學(xué)黃雄怡（Xiongyi Huang）課題組于JACS上報(bào)道一種用于生成三氟甲基自由基的新型生物催化體系，從而實(shí)現(xiàn)了非血紅素鐵酶 (AoHMS-CF3) 催化的新型烯烴三氟甲基疊氮化反應(yīng)。

此外，浙江工業(yè)大學(xué)楊云芳教授、赫羅納大學(xué)Marc Garcia-Borràs教授、約翰霍普金斯大學(xué)黃雄怡教授在金屬酶催化新功能拓展方面取得重要進(jìn)展，研究成果“Engineering non-haem iron enzymes for enantioselective C(sp³)–F bond formation via radical fluorine transfer.”正式發(fā)表于《Nature Synthesis》雜志！

該團(tuán)隊(duì)于2022年5月19日，發(fā)表Science！