生物催化最新Science，非生物性C-H叠氮化！

一、【导读】

将非生物化学转化引入天然蛋白质代表了一种强有力的方法，可以将酶催化推进到自然进化未探索的反应领域。这种策略使酶重新编程能够实现具有挑战性的区域和对映选择性的合成反应，同时保持遗传可调性。例如驯化血红素和非血红素金属酶以调解卡宾和硝基苯转移反应，重新编程黄素酶以进行光氧化还原催化，以及重组碳酸酐酶进行金属氢化物化学反应。尽管取得了这一进展，但有机合成中的大多数反应都没有已知的生物对应物，而赋予这些转化能力的机制并不是在自然进化过程中自然形成的。为了充分发挥酶在现代化学合成中的潜力，将合成化学中的基本反应模式引入生物学的催化体系至关重要。

二、【成果掠影】

近日，卡内基梅隆大学Guo Yisong、西班牙赫罗纳大学Marc Garcia-Borràs*、约翰霍普金斯大学Huang Xiongyi等人联合报道了使用重编程非血红素铁酶，通过铁催化的自由基传递来催化非生物C（sp³）‒H叠氮反应。这种生物催化转化使用酰胺基作为氢原子提取剂，使用Fe（III）-N₃中间体作为自由基捕获剂。作者建立了一个基于点击化学的高通量筛选平台，用于快速进化鉴定酶的催化性能。最终优化的变种可以催化产生一系列叠氮化产物，总转化数高达10600，ee值为93%。鉴于有机合成中自由基传递反应的普遍性和非血红素铁酶的多样性，研究人员设想这一发现将激发金属酶催化剂的未来发展，以实现自然进化未探索的合成有用转化。该论文以题为“Directed evolution of nonheme iron enzymes to access abiological radical-relay C(sp³)−H azidation”发表在知名期刊Science上。

三、【数据概览】

图一、金属催化自由基传递催化的酶促C-H功能化的概念

图二、非血红素铁酶的定向演化，用于自由基传递的C-H叠氮化。

图三、酶促C-H叠氮化的底物拓展和合成应用

图四、酶促C-H叠氮化反应的光谱学和计算研究

四、【成果启示】

综上所述，研究人员报道的生物催化系统通过金属催化的自由基中继机制进行C(sp³)-H功能化反应，从而扩大了非血红素铁酶催化的范围。文中展示的使用定向演化非血红素铁酶使用芳基N-氟酰胺作为底物和自由基引发剂进行对映选择性叠氮化物转移，生成的叠氮基团安装在邻位烷基上，可能是合成的用于生物正交偶联化合物的开端。作者认为，合成化学中各种自由基生成过程的结合以及金属酶自由基捕获的能力将为推进自由基生物催化的前沿提供强大而通用的策略。

文献链接：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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