【合成】Angew：酶催化实现烯烃反马氏不对称水合反应

烯烃的水合反应是制备醇类最直接有效的方法之一，可以实现大宗化学品烯烃向高附加值醇类化合物的转化。传统的酸催化烯烃水合反应只能得到符合马氏规则的产物醇，即OH总是加在取代基多的碳原子上而H总是加在取代基少的碳原子上，限制了烯烃水合反应的应用。硼氢化-氧化反应可以间接地实现由烯烃制备反马氏醇，但是需要化学计量的硼烷和过氧化物，生产成本高且具有一定的危险性。因而，构建温和的烯烃反马氏规则水合反应过程在1993年就被列入催化领域的十大挑战之一。

酶催化反应相较于化学催化过程，具有反应条件温和、催化效率高、区域选择性高等优点，但天然水合酶催化烯烃水合反应也遵循马氏规则，只能通过多酶级联体系实现由烯烃制备反马氏醇。近日，河南农业大学酶工程团队陈红歌、林晖课题组联合美国明尼苏达大学Kazlauskas课题组通过开发苯乙烯单加氧酶(SMOA)的催化多功能性，首次实现了单酶催化的烯烃反马氏水合反应 (图1)。

图1. 苯乙烯单加氧酶催化烯烃环氧化和反马氏水合反应

作者发现来自于假单胞菌Pseudomonas sp. LQ26的苯乙烯单加氧酶（SMOA）催化反应从有氧体系转变为厌氧体系时，该酶能够催化芳香烯烃与水的反马氏加成反应(图1)，并通过同位素追踪技术证实了反马氏水合过程的发生。SMOA催化烯烃反马氏水合可以广泛地应用于不同类型的芳香烯烃，并且都具有非常优异的区域选择性(反马氏产物:马氏产物 >99:1) (图2)。更为重要的是，SMOA催化烯烃反马氏水合反应具有立体选择性，也为手性伯醇的制备提供了崭新的途径。

图2. SMOA催化不同类型烯烃反马氏水合反应

作者结合计算机辅助的蛋白结构模拟、分子对接、定点突变等手段，确定Asn46、Asp100和Asn309为该酶催化烯烃反马氏水合反应的关键催化位点，并发现100位的酸性氨基酸及46和309的极性氨基酸是SMOA发挥其催化反马氏水合功能所必需的(图3)。

图3. SMOA催化烯烃反马氏水合反应的关键位点解析

通过分析SMOA催化b-氟代苯乙烯水合反应，确定该催化反应过程通过形成碳负离子中间体实现反马氏水合反应，结合关键催化位点信息，作者提出首先由100位天冬氨酸去活化水分子，实现羟基进攻烯烃并形成碳负离子中间体，而Asn46和Asn309在稳定碳负离子中间体中起着关键的作用，最后氢质子进攻，完成烯烃与水的反马氏加成反应(图4)。

图4. SMOA催化烯烃反马氏水合反应机理

在该工作中，作者通过开发苯乙烯单加氧酶的催化多功能性，首先实现了酶催化烯烃反马氏不对称水合反应。该酶催化体系具有诸多的优势，如：不需要辅酶的参与、具有优异的区域选择性、且烯烃与水的加成反应具有立体选择性，为反马氏醇的合成提供了新的思路。

论文信息

Enzymatic Enantioselective anti-Markovnikov Hydration of Aryl Alkenes

Hui Lin,* Yinyin Meng, Na Li, Yanhong Tang, Shuang Dong, Zhongliu Wu, Cuilian Xu, Romas Kazlauskas,* and Hongge Chen*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202206472