「Spotlight Research」吡哆醛催化的自由基过程构建C-C键
作者：石油醚
本期热点研究，我们邀请到了本文共同第一作者，来自密歇根大学的王烨博士为我们分享。
2024年8月6日，J. Am. Chem. Soc在线发表了来自美国密歇根大学的Alison R. H. Narayan课题组题为「Nature-Inspired Radical Pyridoxal-Mediated C–C Bond Formation」的研究论文。受天然氨基酸氧化酶的启发，Alison R. H. Narayan教授利用游离的辅酶因子pyridoxal参与反应，成功以自由基的过程实现了天然无保护氨基酸及其衍生物的α-C–H官能团化反应。
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“Nature-Inspired Radical Pyridoxal-Mediated C–C Bond Formation
Ye Wang, Soumik Das, Kareem Aboulhosn, Sarah E. Champagne, Philipp M. Gemmel, Kevin C. Skinner, Stephen W. Ragsdale, Paul M. Zimmerman and Alison R. H. Narayan*
J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 33, 23321–23329. Doi:10.1021/jacs.4c05997”
提问
&
回答
Answers
Q1.
请对“Nature-Inspired Radical Pyridoxal-Mediated C–C Bond Formation”作一个简单介绍。
Q2.
在研究的时候遇到过怎样的困难呢？又是怎样克服的呢？
1. 产物氨基酸及其衍生物的水溶性，大极性，以及20种氨基酸残基的性质变化非常大导致很难预测产物极性，外加偶尔还发生一些意料之外的副反应和反应体系本身的产物多样化（目标化合物<50%），使得目标产物的分离纯化非常困难。我们通过酸碱洗涤和萃取手段，包括甲醇正己烷萃取去除苄基自偶联产物，获得初步纯化的反应产物混合物，进一步通过HPLC-MS分离纯化获得目标化合物。
2. 也正是由于反应体系的复杂性，关键副产物19的分离表征也较为困难。我们首先通过溴代底物外加溴代底物特殊的同位素比例确定了副产物的来源，进一步通过质谱以及机理分析推测了副产物很可能来自于自由基中间体的共轭异构体，最终通过萃取和HPLC-MS分离纯化分离表征了副产物19。
3. 机理研究，尤其是区分最近其他相关文献的自由基加成和我们设计的自由基-自由基偶联也比较烧脑。总的来说，我们通过核磁观察到了quinonoid中间体的形成，UV-Vis以及EPR支持单电子氧化过程的发生，并很可能形成了关键自由基中间体3。此外我们也尝试了各类自由基捕获实验，然而由于氨基酸α位的特殊性，TEMPO捕获产物不稳定，DMPO则和quinonoid中间体具有背景反应，难以区分是否经历自由基。最后我们通过副产物19和目标化合物16的比例加上计算分析，支持反应通过自由基-自由基偶联而非自由基加成。
Q3.
将来想继续研究化学的哪个方向呢？
酶催化的非天然反应，我希望可以设计一种策略帮助化学家快速找到非天然反应的适用酶，或者提高筛选寻找具有非天然反应活性的酶的成功率。
Q4.
最后，有什么想对各位读者说的吗？
我想分享在有机所求学的时候，马大为老师和我的导师游书力都教导过的一句话：做具有自己特色的化学。另外还想说的就是做有用的化学。
作者教育背景简介
教育背景
University of Michigan (UM), Ann Arbor, USA 12/2023-Present
Research Investigator, Prof. Alison R. H. Narayan
University of Michigan (UM), Ann Arbor, USA 09/2019-12/2023
Postdoctoral Fellow, Prof. Alison R. H. Narayan
Shanghai Institute of Organic Chemistry (SIOC), Chinese Academy of Sciences, China 09/2014-06/2019
Ph.D. in Organic Chemistry, Prof. ShuLi You
Sichuan University (SCU), China 09/2010-06/2014
B.S. in Chemistry
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