科學家以光酶催化實現不對稱自由基酰基化
【化工儀器網 項目成果】酶是自然界漫長演化形成的高效生物催化劑。近年來，隨著合成生物學理論與技術的發展，通過在蛋白中人為設計和引入非天然活性中心構建人工酶，能夠極大地拓展酶的催化反應性，從而實現更多樣化非天然有機化學品的生物催化合成。光酶催化是合成化學領域的研究熱點之一，在多種不對稱自由基反應尤其是碳-碳鍵構建方面展現出獨有的優勢，為多種手性功能分子的合成提供了新思路。
中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心、安徽省高場磁共振成像重點實驗室田長麟團隊，聯合南京大學黃小強團隊與梁勇團隊，在光酶催化研究領域取得進展。針對合作團隊開發的焦磷酸硫胺素(ThDP)依賴酶和光催化協同的雙催化新體系，田長麟團隊依托穩態強磁場實驗裝置電子順磁共振(Electron Paramagnetic Resonance，EPR)，鑒定了催化反應中的自由基中間體及電子轉移機制。
研究團隊綜合利用仿生和化學模擬的思路，借助可見光激發和定向進化手段，改造焦磷酸硫胺素(ThDP)依賴酶，從而將ThDP依賴的苯甲醛裂解酶“重塑”為自由基酰基轉移酶(RAT)，實現了一例非天然的高對映選擇性的自由基-自由基偶聯反應。
針對這一光酶雙催化體系，該團隊綜合應用低溫電子順磁共振技術和理論化學計算等方式，對機理開展了研究。其中，研究通過低溫(80K)下的電子順磁共振實驗，捕獲到由ThDP所衍生的ketyl自由基(Int. B)。同時，控制實驗表明，PfBAL酶、光敏劑Eosin Y、底物1a、光照均是產生該自由基中間體必不可少的關鍵因素。此外，研究通過EPR自旋捕獲(spin trapping)實驗在標準反應體系中檢測到特征的六重裂分譜圖，證實其為中間體benzylic radical(Int. C)與捕獲劑加成后的自由基產物。電子順磁共振實驗為證實該催化循環中兩種關鍵的自由基中間體(Int. B和Int. C)的存在提供了關鍵的直接實驗證據，揭示了新酶反應性的關鍵以及高立體化學選擇性的來源。
相關研究成果A light-driven enzymatic enantioselective radical acylation于近日在線發表在《自然》(Nature)上。
來源： 合肥物質科學研究院
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