第一作者：Bin Chen, Renjie Li, Jianqiang Feng

通訊作者：王斌舉，黃小強(qiáng)

通訊單位：廈門大學(xué)、南京大學(xué)

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催化劑的發(fā)展是合成創(chuàng)新的基石，例如最近發(fā)現(xiàn)的光酶。然而，通過直接光激發(fā)來催化新的自然光生物轉(zhuǎn)化的天然酶目前僅限于黃素蛋白和酮還原酶。本文報(bào)道了一種新型的光酶催化方法，利用亞胺還原酶（IREDs）實(shí)現(xiàn)了從烯胺出發(fā)的遠(yuǎn)端C(sp³)-C(sp³)鍵形成，為合成手性胺提供了一種新的策略，其為獲得手性胺提供了烯酰胺的加氫烷基化（45個例子，對映體過量（ee值）高達(dá)99%）。

這種方法突破了傳統(tǒng)化學(xué)催化方法難以實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，展示了通過光生物催化合成手性胺的潛力。研究團(tuán)隊(duì)通過濕實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬，闡明了工程化的IREDs如何將自由基中間體導(dǎo)向高產(chǎn)率和高對映選擇性的路徑。本工作不僅為利用自然界的催化劑進(jìn)行非天然不對稱轉(zhuǎn)化提供了一個有希望的范例，而且為生物制造領(lǐng)域拓寬了合成范圍和機(jī)制多樣性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：合成手性胺的代表性鍵合方法，以及反應(yīng)條件的篩選。

圖2：基于IRED的光酶催化底物拓展。

圖3：光酶催化的機(jī)理研究。

圖4：理論計(jì)算研究。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)的基于IRED的光酶催化方法成功克服了實(shí)現(xiàn)烯胺立體選擇性自由基加氫烷基化的挑戰(zhàn)。該方案的獨(dú)特之處在于：

1. 工程化的IRED活性位點(diǎn)非常適合非天然反應(yīng)。

2. IRED蛋白的多功能性使其能夠容納廣泛的自由基前體，使其成為光生物催化中具有廣泛底物范圍的獨(dú)特例子。

3. 酶活性位點(diǎn)的限域效應(yīng)提高了自由基生成的效率和選擇性。

4. 多功能的煙酰胺輔因子作為可見光吸收的核心組件，并作為關(guān)鍵立體選擇性氫原子轉(zhuǎn)移步驟的氫原子供體。

5. 光活化的IRED不僅作為獨(dú)立的光酶發(fā)揮作用，還與合成光催化劑聯(lián)合使用時表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。

本工作新開發(fā)的光-IRED系統(tǒng)預(yù)計(jì)將在生物合成中擴(kuò)大合成范圍和引入機(jī)制多樣性方面展現(xiàn)出巨大潛力。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Modular Access to Chiral Amines via Imine Reductase-Based Photoenzymatic Catalysis

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c03879