01【科學(xué)背景】

在有機合成領(lǐng)域，構(gòu)建C(sp3)-N鍵是合成含氮生物活性分子、藥物及功能材料的關(guān)鍵。過去十年，銅催化的自由基C(sp3)-N偶聯(lián)反應(yīng)成為合成催化領(lǐng)域的重要研究方向，但存在難以實現(xiàn)對映收斂性和精準(zhǔn)調(diào)控立體選擇性等問題。同時，生物催化構(gòu)建C(sp3)-N鍵發(fā)展迅速，如轉(zhuǎn)氨酶、亞胺還原酶的應(yīng)用，但將銅催化自由基偶聯(lián)整合到生物催化中的研究還是空白。

02【創(chuàng)新成果】

針對上述難題，美國約翰霍普金斯大學(xué)黃雄怡助理教授、浙江工業(yè)大學(xué)楊云芳教授、美國猶他州立大學(xué)饒毅副教授聯(lián)合在Science上發(fā)表了題為“Enantioconvergent benzylic C(sp3)-N coupling with a copper-substituted nonheme enzyme”的論文。他們報道了一種基于銅取代非血紅素酶的光生物催化方法，用于自由基苯基C(sp3)-N對映收斂偶聯(lián)反應(yīng)。研究人員以羅丹明B作為光氧化還原催化劑，鑒定出一種銅取代的苯丙氨酸羥化酶CvPAH，該酶能促進N - 羥基鄰苯二甲酰亞胺酯與苯胺之間的對映體脫羧胺化。之后通過定向進化重塑活性位點，使大多數(shù)底物具有高對映選擇性。基于分子建模和機理研究，研究人員提出該酶可容納銅 - 苯胺復(fù)合物，并與芐基自由基發(fā)生反應(yīng)。此研究將非天然生物催化過渡金屬催化的范圍擴展至銅催化的自由基偶聯(lián)反應(yīng)。

03【圖文解析】

圖1、不對稱自由基C(sp3)-N偶聯(lián)酶平臺的設(shè)計 ?2025 AAAS

圖2、通過定向進化優(yōu)化CvPAH用于光脫羧C - N偶聯(lián) ?2025 AAAS

圖3、CvPAH胺化酶催化自由基C - N偶聯(lián)的底物和反應(yīng)范圍評價?2025 AAAS

圖4、反應(yīng)機理研究 ?2025 AAAS

04【科學(xué)啟迪】

受銅光催化體系啟發(fā)，研究人員選用N - 羥基鄰苯二甲酰亞胺（NHPI）酯作為底物，用羅丹明B作為光氧化還原催化劑，通過銅取代的非血紅素鐵酶（如苯丙氨酸羥化酶CvPAH）構(gòu)建催化體系。該研究首次將銅催化的自由基C(sp3)-N偶聯(lián)整合到生物催化中，結(jié)合了酶的遺傳可調(diào)性與銅催化的廣譜性，為高選擇性胺化反應(yīng)提供了新平臺。通過將銅自由基化學(xué)與非血紅素酶的人工進化相結(jié)合，突破了傳統(tǒng)化學(xué)與生物催化的邊界，實現(xiàn)了高效、高選擇性的芐位C(sp3)-N鍵對映收斂性構(gòu)建，為復(fù)雜手性胺的綠色合成提供了全新范式。

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