生物催化最新Science，非生物性C-H疊氮化！

一、【導讀】

將非生物化學轉化引入天然蛋白質代表了一種強有力的方法，可以將酶催化推進到自然進化未探索的反應領域。這種策略使酶重新編程能夠實現具有挑戰性的區域和對映選擇性的合成反應，同時保持遺傳可調性。例如馴化血紅素和非血紅素金屬酶以調解卡賓和硝基苯轉移反應，重新編程黃素酶以進行光氧化還原催化，以及重組碳酸酐酶進行金屬氫化物化學反應。盡管取得了這一進展，但有機合成中的大多數反應都沒有已知的生物對應物，而賦予這些轉化能力的機制并不是在自然進化過程中自然形成的。為了充分發揮酶在現代化學合成中的潛力，將合成化學中的基本反應模式引入生物學的催化體系至關重要。

二、【成果掠影】

近日，卡內基梅隆大學Guo Yisong、西班牙赫羅納大學Marc Garcia-Borràs*、約翰霍普金斯大學Huang Xiongyi等人聯合報道了使用重編程非血紅素鐵酶，通過鐵催化的自由基傳遞來催化非生物C（sp³）?H疊氮反應。這種生物催化轉化使用酰胺基作為氫原子提取劑，使用Fe（III）-N₃中間體作為自由基捕獲劑。作者建立了一個基于點擊化學的高通量篩選平臺，用于快速進化鑒定酶的催化性能。最終優化的變種可以催化產生一系列疊氮化產物，總轉化數高達10600，ee值為93%。鑒于有機合成中自由基傳遞反應的普遍性和非血紅素鐵酶的多樣性，研究人員設想這一發現將激發金屬酶催化劑的未來發展，以實現自然進化未探索的合成有用轉化。該論文以題為“Directed evolution of nonheme iron enzymes to access abiological radical-relay C(sp³)?H azidation”發表在知名期刊Science上。

三、【數據概覽】

圖一、金屬催化自由基傳遞催化的酶促C-H功能化的概念

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圖二、非血紅素鐵酶的定向演化，用于自由基傳遞的C-H疊氮化。

圖三、酶促C-H疊氮化的底物拓展和合成應用

圖四、酶促C-H疊氮化反應的光譜學和計算研究

四、【成果啟示】

綜上所述，研究人員報道的生物催化系統通過金屬催化的自由基中繼機制進行C(sp³)-H功能化反應，從而擴大了非血紅素鐵酶催化的范圍。文中展示的使用定向演化非血紅素鐵酶使用芳基N-氟酰胺作為底物和自由基引發劑進行對映選擇性疊氮化物轉移，生成的疊氮基團安裝在鄰位烷基上，可能是合成的用于生物正交偶聯化合物的開端。作者認為，合成化學中各種自由基生成過程的結合以及金屬酶自由基捕獲的能力將為推進自由基生物催化的前沿提供強大而通用的策略。

文獻鏈接：Directed evolution of nonheme iron enzymes to access abiological radical-relay C(sp³)?H azidation (Science 2022, 376, 869-874)

本文由大兵哥供稿。

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