探索一种环保酶，以创造关键的化学构件！
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自从130多年前发现霍夫曼-勒夫勒-弗雷塔格反应以来，人们对以氮为中心的自由基的结构和反应活性进行了广泛研究。然而，由于 在水合胺化反应上，这是一种复杂的化学反应，可用于产生手性胺，手性胺在农药合成和其他产品中具有广泛应用。研究开发出一种光酶系统，可以控制对映选择性分子间自由基水合胺化的不稳定氮中心自由基，这在化学中一直是一个重大挑战。
因为自由基是具有至少一个未配对电子的原子或分子，因为电子倾向于成对存在，所以它们具有高度的化学活性。
水合胺化涉及将氨基团（与一个或两个氢原子结合的氮原子）添加到不饱和有机化合物中。目前，水合胺化反应可以通过金属催化剂或光催化剂进行，光催化法相对于其他方法具有优势，使用光能作为能源并避免了对昂贵和有毒金属的需求，但迄今为止还没有被应用于手性胺的分子间水合胺化反应，主要是因为难以控制氮中心自由基，而它们是催化过程中的关键中间体。
鉴于此，近期由CABBI的郑毅博士（厄巴纳-香槟分校化学与生物分子工程系教授赵回民的博士后研究员）、厄巴纳-香槟分校基因组生物学研究所（IGB）的相关成员兼CABBI转化主题负责人、厦门大学化学与化工学院的冯建强和王斌举等研究人员在 《Nature Catalysis》 杂志上发表了题为 “ Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroamination” 的研究成果。
研究概述
图文导读
研究团队转向天然酶——生物体中的蛋白质，在一种称为生物催化的过程中催化反应。天然酶可以产生和控制多种生物过程中的自由基。生物催化的高选择性使研究人员能够利用酶作用于特定底物并生成有价值的目标产品。研究小组的实验室在使用光催化技术促进这一过程方面取得了成功，产生了新的酶活性。
在这项研究中，研究人员选择了烯还原酶，并先前与其他底物进行不同反应。他们成功地利用自然光重新利用了这种烯还原酶，实现了分子间自由基水合胺化，并展现出良好的对映选择性（即对称像分子，也称为对映异构体）。这是一种新的反应，化学催化剂很难实现，因为我们正在制造手性化合物，而没有天然酶可以催化这种反应。在这项工作中，创造了一种能够实现这种独特反应的人工酶。
许多生物化合物，包括DNA分子、氨基酸和许多农药，都是“手性”的，意味着翻转或镜像复制无法完全重叠在原始分子上（就像左手和右手）。手性在许多农药产品中非常重要；例如，在某些除草剂中，一个对映异构体可能具有比另一个更高的除草活性和选择性。因此，开发有效制备手性分子的方法非常重要。
该研究结果对于开发高价值制造产品的高效方法具有实际应用意义，将生物能源草本植物的叶片和茎材转化为高价值化学品。研究人员可以从植物生物质中提取脂肪酸，并容易地转化为该研究中使用的不饱和化合物，从而有可能升级为手性胺。这种新的光酶系统的发现原则上证明了手性胺——其他有价值分子的前体——可以从脂肪酸衍生材料中在实验室中产生，为生物制造提供了一个有前途的平台。 将 进一步研究脂肪酸升级为手性氨基酸成为可能，而手性氨基酸可用于农药和其他分子材料的生产。
参考文献
Zhang, Z. et al. Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroamination. Nature Catalysis (2023). DOI: 10.1038/s41929-023-00994-5. www.nature.com/articles/s41929-023-00994-5
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