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第一作者：王辉，高斌
通讯作者：叶宇轩
通讯单位：西湖大学
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41557-024-01671-1
摘要
在有机合成中，羰基脱饱和反应是一种基本且广泛应用的反应。尽管已有多种方法扩展了这一重要转化的应用范围，但大多数方法需要多步骤协议或使用高载量的金属和强氧化剂。此外，能够精确控制脱饱和过程立体化学的方法极为罕见。本研究报道了一种生物催化平台，通过重新设计“烯”还原酶（EREDs）来高效介导脱氢反应，实现了环己酮的不对称脱饱和，生成具有远程季碳立体中心的多种环己烯酮。这一基于“烯”还原酶的脱饱和系统在温和条件下运行，以空气作为最终氧化剂，耐受氧化敏感或金属不兼容的官能团，并且与小分子催化剂相比，表现出无与伦比的立体选择性。机理研究表明，反应通过α-去质子化后，紧接着是决速步的β-氢转移。
研究成果
西湖大学叶宇轩特聘研究员在《Nature Chemistry》上发表了题为“Unmasking the reverse catalytic activity of ‘ene’-reductases for asymmetric carbonyl desaturation”的论文，本研究成功地将“烯”还原酶（EREDs）重新设计为高效的脱氢催化剂，用于环己酮的不对称脱饱和反应。通过定向进化技术，我们优化了EREDs的催化性能，实现了在温和条件下，以空气作为氧化剂，高立体选择性地合成具有远程季碳中心的环己烯酮。这一成果不仅为合成有机化学提供了一种环保的替代方法，而且为实现高立体选择性的羰基化合物的合成提供了新的策略。
论文亮点
1.生物催化脱饱和：利用“烯”还原酶的反向催化活性，实现了环己酮的高效脱饱和，这是对传统化学催化方法的重要补充。
2.立体选择性：该系统展现出了与小分子催化剂相比更高的立体选择性，这对于合成具有手性中心的药物和生物活性分子至关重要。
3.温和条件：反应在温和条件下进行，使用空气作为氧化剂，这降低了反应条件的苛刻性和成本。
4.官能团耐受性：该系统能够耐受氧化敏感或金属不兼容的官能团，拓宽了底物的应用范围。
图文导读
图 1 | 羰基脱饱和反应
图 2 | CrS和GkOYE酶对不对称脱氢的发现和定向进化
图 3 | 对4-烷基-4-芳基环己酮的不对称脱氢的范围
图 4 | 对其他类别环己酮的不对称脱氢的范围
图 5 | 克级合成和产品衍生化
图 6 | 机理研究
结论
本研究通过定向进化技术，成功地将“烯”还原酶转化为一种高效的脱氢催化剂，用于环己酮的不对称脱饱和反应。这一成果不仅为合成具有远程季碳中心的环己烯酮提供了一种新的生物催化方法，而且为未来开发具有独特反应性和选择性的生物催化脱饱和系统奠定了基础。
作者简介
叶宇轩，1991年生于江苏南京。2013年于北京大学化学与分子工程学院获得学士学位，指导教师为王剑波教授和张艳教授。本科期间在美国加州大学洛杉矶分校Neil Garg教授课题组进行了暑期科研交流。2018年在美国麻省理工学院获得博士学位，指导教师为Stephen Buchwald教授。2019–2022年在美国普林斯顿大学和康奈尔大学开展博士后研究，合作教师为Todd Hyster教授。叶宇轩博士于2022年9月全职加入西湖大学理学院担任特聘研究员，主要研究方向为新型酶催化非天然反应的发展和应用。
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