在過去十年中，銅催化的自由基 C(sp3)-N 偶聯(lián)已成為合成催化領(lǐng)域的一個主要研究方向。然而，利用酶實現(xiàn)這一反應(yīng)途徑，仍是一個未解決的難題。
2025 年 8 月 14 日，浙江工業(yè)大學(xué)楊云芳團隊聯(lián)合約翰斯霍普金斯大學(xué)黃雄怡團隊和猶他州立大學(xué)饒毅團隊，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Enantioconvergent benzylic C(sp3 )N coupling with a copper- substituted nonheme enzyme 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種利用銅取代的非血紅素酶進行光生物催化自由基芐位 C(sp3)-N 偶聯(lián)的方法，有效拓展了非天然生物催化過渡金屬催化的范圍。
銅催化的自由基胺化反應(yīng)是有機化學(xué)家的關(guān)鍵工具，但在生物催化領(lǐng)域尚未開發(fā)出類似的酶促反應(yīng)。為解決這一問題，研究團隊對非血紅素鐵酶進行改造：通過將酶活性中心鐵替換為銅，并對活性位點周圍的氨基酸進行系統(tǒng)性篩選優(yōu)化，構(gòu)建了適配該反應(yīng)的生物催化體系。從而開發(fā)出了了一種利用銅取代的非血紅素酶進行光生物催化自由基芐位 C(sp3)-N 偶聯(lián)的方法。
以羅丹明 B（Rhodamine B）作為光氧化還原催化劑，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種銅取代的苯丙氨酸羥化酶，它能促進 N-羥基苯甲酰亞胺酯與苯胺之間的對映體匯聚脫羧胺化反應(yīng)。定向進化重塑了活性位點，從而對大多數(shù)底物表現(xiàn)出高對映選擇性。基于分子建模和機理研究，研究團隊提出，該酶可容納一個銅-苯胺基復(fù)合物，其與芐基自由基發(fā)生反應(yīng)。
該研究巧妙結(jié)合光催化與酶催化的優(yōu)勢，在溫和條件下實現(xiàn)了傳統(tǒng)金屬酶無法完成的自由基 C-N 偶聯(lián)，將非天然生物催化過渡金屬催化的范圍拓展至銅催化的自由基偶聯(lián)反應(yīng)。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt5986
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