浙江工业大学最新Science

2025年8月14日，美国约翰斯·霍普金斯大学Xiongyi Huang、浙江工业大学杨云芳、美国犹他州立大学Yi Rao共同通讯在Science在线发表题为“Enantioconvergent benzylic C(sp3)‒N coupling with a copper-substituted nonheme enzyme”的研究论文，该研究介绍了一种使用铜取代的非血红素酶进行自由基苄基C（sp3）-N偶联的光生物催化方法。

该研究使用罗丹明B作为光氧化还原催化剂，鉴定出一种铜取代的苯丙氨酸羟化酶，它促进N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯和苯胺之间的对映体脱羧胺化。定向进化重塑了活性位点，导致大多数底物具有高对映选择性。基于分子模拟和机理研究，提出该酶容纳了一种与苄基自由基反应的铜苯胺配合物。该研究将非天然生物催化过渡金属催化的范围扩展到铜催化的自由基偶联。

C（sp3）-N键的构建是有机合成中不可或缺的过程，因为含氮分子在生物活性化合物、药物和功能材料中普遍存在。在C（sp3）-N键形成的各种策略中，铜催化的自由基C（sp3-）-N偶联已成为过去十年的主要方法。在这个反应歧管中，C（sp3）自由基被Cu（II）-酰胺配合物拦截，导致C（sp3）-N键的形成，同时产生Cu（I）物种。通过将这种铜催化的偶联过程与不同的自由基生成策略相结合，开发了广泛的转化，导致了合成胺化方法和铜催化领域的范式转变。

与合成化学的这些进展并行，构建C（sp3）-N键的生物催化方法在过去20年中代表了另一个快速增长的研究领域。天然生物催化胺化系统的工程，如转氨酶和亚胺还原酶，为药物合成提供了高效和可扩展的过程。最近，将非天然反应机制整合到酶中促进了一些具有挑战性的C-N键形成反应的发展，如不对称内酰胺合成、C（sp3）-H键的立体选择性初级胺化、烯烃的氢胺化和对映选择性自由基C-N3键形成。在这种情况下，将铜催化的自由基C（sp3）-N偶联引入生物催化是有吸引力的，因为它将酶的遗传可调性和选择性与铜自由基催化的广泛反应范围相结合。这种整合可以为解决催化胺化反应中难以用传统方法实现的合成挑战提供更多的机会。

反应机理（图源自Science）

该研究介绍了一种用于脱羧C-N键形成的生物催化策略。这项工作还将多环芳烃确立为形成对映选择性自由基C-N键的强大平台。研究人员设想，将各种自由基产生机制与这种金属酶平台连接起来，将实现生物学上前所未有的各种生物催化胺化反应。

参考信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt5986

来源：iNature。内容仅做学术分享之用

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