烃类化合物是石油分馏炼制的产物。由于烃类化合物较强的化学惰性，工业上并不将其作为化工基本原料，而是作为燃料通过燃烧提供能量。但如果能够将惰性烃类化合物作为原料合成各类高附加值化学品，将对石化产业降本增效与产业升级具有重要意义。手性氨基酸是一种广泛应用于食品、农业、制药、化妆品和饲料工业的化学物质。如果能够以惰性烃类化合物为原料，将其高效转化为高附加值手性氨基酸，将对降低手性氨基酸的制造成本，延伸石化原料加工产业链长度并进一步促进合成化学、合成生物学与绿色生物制造的技术进步具有重要的理论和现实意义。然而实现惰性烃的深度转化面临两个重大挑战：一是惰性烃类化合物中C-H键在温和条件下的选择性活化；二是实现复杂转化路线的有效设计与构建。
山东大学陈辉/李盛英教授团队构建了一种多酶级联转化系统，在温和条件下成功将化学惰性碳氢化合物转化为高光学纯度的手性氨基酸。该系统以惰性庚烷的多酶级联转化为模型，通过两步借氢循环和H2O2原位生成利用，以氧气为氧化剂、铵为氨基供体，最终实现了化学惰性庚烷向手性(S)-2-氨基庚酸的转化。
转化反应通过两个连续的功能模块实现。模块一是庚烷的两步区域选择性C-H键氧官能化，采用基于借氢循环的NADH再生方法实现庚烷末端C-H键氧官能化生成庚酸，利用H2O2原位生成与消耗策略实现α-碳C-H键的羟基化氧。通过优化初始底物庚烷以及辅因子NADH浓度，反应16小时后2-羟基庚酸浓度达到最高值5.16 mM。
模块二是2-羟基庚酸的不对称还原胺化反应，再次利用基于借氢循环的NADH再生方法驱动还原胺化，于α-碳上引入氨基，实现从2-羟基庚酸到(S)-2-氨基庚酸的转化，最终(S)-2-氨基庚酸浓度达4.57 mM。
基于庚烷到2-氨基庚酸的成功转化，进一步选择5种脂肪烃或芳香烃作为起始底物合成手性氨基酸。其中，正己烷、正庚烷、正辛烷、2-甲基庚烷和丁基苯均能转化为相应的手性氨基酸，并且所得手性氨基酸对映体过量值(eep)值均大于99%。
该研究开发的多酶级联惰性烃深度转化系统能够以一种环保、温和的方式综合转化和利用石油原料中的惰性碳氢化合物。该系统有潜力超越传统的有机合成方法，更有效地满足绿色化学的要求。
论文信息
One-Pot Biocatalytic Conversion of Chemically Inert Hydrocarbons into Chiral Amino Acids through Internal Cofactor and H2O2 Recycling
Aiwen Wang, Yongze Wang, Yuanxiang You, Zhiqing Huang, Dr. Xingwang Zhang, Prof. Shengying Li, Prof. Hui Chen
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202410260
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