图 融合化学和生物研究手段创制非天然的自由基酰化
在国家自然科学基金项目（批准号：22277053、21927814、21825703）等资助下，南京大学黄小强研究员团队、梁勇教授团队和中国科学技术大学/中国科学院强磁场科学中心田长麟教授团队合作，在光酶催化领域取得新进展。相关成果以“光驱动的酶促对映选择性自由基酰化（A light-driven enzymatic enantioselective radical acylation）”为题，于2023年12月18日在《自然》（Nature）杂志上发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06822-x。
酶是自然选择的、在生命体中行使催化功能的物质，因其具有绿色、高效、高选择性及可进化改造等优势，成为目前最受关注的一类催化剂。在自然界中，焦磷酸硫胺素依赖的苯甲醛裂解酶能够可逆催化苯甲醛到安息香的转化。在该类酶的启发下，化学家发展了一系列仿生氮杂环卡宾催化剂，用于催化自由基反应。通过融合化学和生物研究手段，上述团队将苯甲醛裂解酶“重塑”为非天然的自由基酰化转移酶，进而实现一例高对映选择性的自由基转化（图）。在绿光照射下，有机染料曙红Y选择性地氧化酶口袋内的Breslow中间体，生成焦磷酸硫胺素结合的稳态自由基，同时以生物兼容的方式在体系中生产瞬态自由基，进而通过非天然的酶促自由基-自由基交叉偶联反应，突破了该酶天然的双电子化学过程。同时，研究团队通过半理性的进化策略，高效改造了酶的活性口袋，引导前手性的自由基中间体完成高立体化学选择性的成键过程。此外，团队通过电子顺磁共振谱学和理论计算等方法对反应机理开展了研究，揭示了新酶反应性的关键步骤以及高立体化学选择性的来源，为后续催化模式的开发提供了思路。
该研究报道了焦磷酸硫胺素依赖酶和光协同催化的体系，揭示了其催化过程经历的非天然自由基机制，实现了酮的酶法不对称生物合成。