摘要：2024年12月20日，美国约翰斯·霍普金斯大学黄雄怡、西班牙赫罗纳大学Marc Garcia-Borràs、卡内基梅隆大学Yisong Guo在国际顶级期刊Nature Catalysis发表题为《Merging photoredox with metall

生物催化的最新进展扩大了自然催化能力的范围，包括没有生物等效物的合成转化。然而，这些新引入的催化功能仅代表合成催化中使用反应的一小部分。

2024年12月20日，美国约翰斯·霍普金斯大学黄雄怡、西班牙赫罗纳大学Marc Garcia-Borràs、卡内基梅隆大学Yisong Guo在国际顶级期刊Nature Catalysis发表题为《Merging photoredox with metalloenzymatic catalysis for enantioselective decarboxylative C(sp3)‒N3 and C(sp3)‒SCN bond formation》的研究论文， Jinyan Rui、Xinpeng Mu为论文共同第一作者，黄雄怡、Marc Garcia-Borràs和Yisong Guo为论文共同通讯作者。

黄雄怡，美国约翰斯·霍普金斯大学化学系助理教授。2010年本科毕业于中国科学技术大学，师从傅尧、石景，2016年博士毕业于普林斯顿大学，导师：John T. Groves院士。曾在加州理工学院从事博士后研究，导师：Frances Arnold院士（2018年获得诺贝尔化学奖）。2019年加入约翰斯·霍普金斯大学。

黄雄怡的研究兴趣是酶催化、化学生物学、有机和生物无机化学。

Yisong Guo，卡内基梅隆大学副教授。博士毕业于加州大学戴维斯分校。其主要研究方向为光谱学、生物无机化学、穆斯堡尔和EPR光谱、同步辐射技术、核共振振动光谱（NRVS）、同步加速器穆斯堡尔、金属蛋白、酶机制、过渡金属配合物、电子结构、密度泛函理论。

在这里，作者提出了一个生物催化平台，结合了光氧化还原和金属酶催化的对映选择性自由基转化。在绿光照射下，曙红Y光催化剂使4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶催化N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯的对映选择性脱羧叠氮化和硫氰化。

通过定向进化获得的最终优化变体可以提供多种手性有机叠氮化物和硫氰酸酯化合物，产率高达77%，总转换数为385，对映体过量（ee值）为94%。

机理研究表明，曙红Y催化剂介导C(sp3)自由基和Fe(III)-N3/Fe(III)-NCS中间体的生成，从而在酶中有效形成对映选择性C-N3和C-SCN键活跃站点。

这些发现建立了一个适应性强的生物催化平台，用于将非生物金属光氧化还原催化引入生物学。

图1：光生物催化平台的设计用于脱羧官能化

图2：初始活性发现和定向进化

图3：光生物催化脱羧叠氮化和硫氰化反应的底物范围

图4：机理研究

综上，作者提出了一种结合光氧化还原和金属酶催化的生物催化平台，用于对映选择性自由基转化反应，实现了N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯的对映选择性脱羧偶氮化和硫氰化反应，制备出多种手性有机叠氮化物和硫氰酸酯化合物。

该研究通过定向进化优化的酶变体，实现了高达77%的产率、385的总转换数和94%的对映体过量，为引入非生物金属光氧化还原催化到生物体系中提供了一个适应性强的生物催化平台，具有在生物催化领域中引入新的金属酶自由基反应的潜力，对于合成化学和工业生物催化具有重要意义。

Rui, J., Mu, X., Soler, J. et al. Merging photoredox with metalloenzymatic catalysis for enantioselective decarboxylative C(sp3)-N3 and C(sp3)-SCN bond formation. Nat. Catal., (2024)

来源：华算科技