【复材资讯】浙工大等团队在Science发表重要研究成果

2025-08-19

01【科学背景】

在有机合成领域，构建C(sp3)-N键是合成含氮生物活性分子、药物及功能材料的关键。过去十年，铜催化的自由基C(sp3)-N偶联反应成为合成催化领域的重要研究方向，但存在难以实现对映收敛性和精准调控立体选择性等问题。同时，生物催化构建C(sp3)-N键发展迅速，如转氨酶、亚胺还原酶的应用，但将铜催化自由基偶联整合到生物催化中的研究还是空白。

02【创新成果】

针对上述难题，美国约翰霍普金斯大学黄雄怡助理教授、浙江工业大学杨云芳教授、美国犹他州立大学饶毅副教授联合在Science上发表了题为“Enantioconvergent benzylic C(sp3)-N coupling with a copper-substituted nonheme enzyme”的论文。他们报道了一种基于铜取代非血红素酶的光生物催化方法，用于自由基苯基C(sp3)-N对映收敛偶联反应。研究人员以罗丹明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CvPAH，该酶能促进N - 羟基邻苯二甲酰亚胺酯与苯胺之间的对映体脱羧胺化。之后通过定向进化重塑活性位点，使大多数底物具有高对映选择性。基于分子建模和机理研究，研究人员提出该酶可容纳铜 - 苯胺复合物，并与苄基自由基发生反应。此研究将非天然生物催化过渡金属催化的范围扩展至铜催化的自由基偶联反应。

03【图文解析】

04【科学启迪】

受铜光催化体系启发，研究人员选用N - 羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）酯作为底物，用罗丹明B作为光氧化还原催化剂，通过铜取代的非血红素铁酶（如苯丙氨酸羟化酶CvPAH）构建催化体系。该研究首次将铜催化的自由基C(sp3)-N偶联整合到生物催化中，结合了酶的遗传可调性与铜催化的广谱性，为高选择性胺化反应提供了新平台。通过将铜自由基化学与非血红素酶的人工进化相结合，突破了传统化学与生物催化的边界，实现了高效、高选择性的苄位C(sp3)-N键对映收敛性构建，为复杂手性胺的绿色合成提供了全新范式。

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