近日，维多利亚vic309官网王斌举教授课题组与伊利诺伊大学赵惠民教授课题组合作，报道了光诱导的酶催化反应用于分子间碳碳交叉偶联反应，相关研究成果以“Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroalkylation”为题在线发表于Nature。
相比于传统化学合成，基于酶催化的生物合成具有反应条件温和、选择性高以及绿色可持续等优势，一直是一个重要的研究领域。然而，酶催化反应类型往往局限于酶本身专一催化的反应，这极大限制了生物合成法能够合成的化学品的种类。
烯烃的自由基加氢烷基化是构造碳碳键常用的策略。考虑到手性分子在化学和制药工业中的广泛用途，通过该路径构建手性分子更具吸引力。然而自由基中间体反应活性高，其反应的化学和立体选择性控制是合成领域的长期关键难题。
针对以上两大难题，该合作团队提出了一种解决方案：通过可见光激发引发自由基，首次实现自然界中没有的、光酶催化下两个分子的不对称交叉偶联反应。该工作直接利用已知的烯烃还原酶（ene-reductase）为生物催化剂，在温和可见光照射条件下，以简单易得的α-卤代碳基化合物和烯烃为起始原料，实现了重要的γ-手性羰基类化合物的高效绿色合成。研究团队结合光谱学分析、理论化学模拟等手段详细研究了反应机理，推测底物/酶复合物的形成是触发可见光诱导的自由基过程的关键步骤，并且酶环境对自由基反应的化学和立体选择性的调控发挥关键作用。该研究工作通过将光催化和酶催化相结合，进一步拓展了生物催化反应类型，为生物质的升级利用提供了新策略。
该工作的实验主要由赵惠民教授团队的黄小强博士完成，理论计算主要由王斌举教授完成，王斌举教授课题组的硕士生冯键强参与部分计算工作。伊利诺伊大学黄小强博士和维多利亚vic309官网王斌举教授是论文的共同第一作者。伊利诺伊大学赵惠民教授是论文的通讯作者。赵惠民教授是生物合成领域的国际著名专家，现任美国伊利诺伊大学香槟分校化学和生物分子工程学系Centennial讲席教授，兼任化学系、生物化学系、生物物理系和生物工程系教授。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2406-6
