不对称合成的新策略结合酶混杂和光电氧化还原催化

将光或电氧化还原催化与现有的不对称催化相结合，为光或电化学的立体控制提供了一种 新方法。其中，酶催化和光/电氧化还原催化的结合是不对称有机合成中一种巧妙而具有挑 战性的方法，称为光酶催化/酶电合成。

不对称合成的新策略:结合酶混杂和光/电氧化还原催化

• 光酶催化简介
  • 背景
    • 近年来，有机光化学和电化学的快速发展为扩大合成化学的潜力提供了新的机遇， 光化学和电化学被认为是环境友好的，将光或电氧化还原催化与现有的不对称催 化相结合，为光或电化学的立体控制提供了一种新策略。其中，酶催化和光/电氧 化还原催化的结合是不对称有机合成中一种巧妙而具有挑战性的方法。
  • 酶混杂
    • 酶混杂的概念:
      • 在代谢过程中，酶的进化和优化是通过识别特定的底物来实现的。 然而，一些酶也可以混杂催化反应或作用于底物，这通常隐藏在 天然催化转化的背后。一般将这种行为称为“酶混杂”。
    • 酶混杂的意义
      • 改进现有的催化模式
      • 开辟新的合成途径
    • 酶混杂的分类:
      • 条件混杂
        • 指酶活性在非自然反应条件下的持续性
      • 催化混杂
        • 指酶催化非天然化学反应的能力
      • 底物混杂
        • 指一种酶可以耐受几种意想不到的底物
  • 光酶混杂定义
    • 将光或电氧化还原催化与现有的不对称催化相结合，为光或电化学的立体控制提供了一种 新方法。其中，酶催化和光/电氧化还原催化的结合是不对称有机合成中一种巧妙而具有挑 战性的方法，称为光酶催化/酶电合成。
  • 光酶混杂优点
    • 结合酶的混杂性和光/电氧化还原催化可以解锁新的不对称反应
    • 酶催化和光/电氧化还原催化的结合，既得益于酶的优良选择性， 又得益于光/电化学可实现的独特化学转化，具有新的反应活性、 高对映体选择性、绿色合成和高产率等优点。
• 光诱导的催化混杂酶催化反应
  • 酶混杂催化的光诱导对映选择性自由基脱卤反应
    • 具有光活性辅助因子的氧化还原酶表现出催化混杂性，可以用于生成不对称自由基驱动反应的 自由基中间体
    • NAD(P)依赖酶在光照射下，NAD(P)H由基态弱单电子还原剂转变为强单电子还原剂， 从而能还原一系列官能团
    • NAD(P)H依赖的酮还原酶可以通过光激发卤内酯-NAD(P)H电荷转移络合物催化卤内酯的自由基脱卤
    • 机理
      • 水溶剂是自由基中间体加氢的质子源，自由基猝灭过程为电子转移(ET)/质子转移(PT)过程
      • 质子在水中相对于自由基平面的位置将决定质子化方向，从而决定产物的手性
  • 酶混杂催化的光诱导对映选择性自由基环化
    • 光激发改变了酶的催化功能，使这些酶能够促进α-氯酰胺的对映选择性自由基环化，生成具有 β-或γ-立体中心的五至八元内酰胺
    • 机理
      • 在酶的活性位点内，底物与还原的辅因子之间形成的电子给体-受体复合物直接激发了初始电子转移
      • 在形成前手性自由基后，烯还原酶可以控制黄素的氢原子传递
  • 酶混杂催化光诱导对映选择性C-C /C-N交叉偶联
    • 可见光介导的C - C交叉偶联是构建具有高官能团耐受性的靶向分子的一种巧妙高效的成键方法
    • 重氮化合物与烯烃的对映选择性氢烷基化
      • 重氮分子可以从特定酶中提取一个电子，并由于其在水相中的强氧化能力和稳定性而被水质子化 形成C中心自由基。因此，C中心自由基与酶结合中的烯烃之间可以实现C- C交叉偶联。
• 光诱导底物混杂酶催化反应
  • 在光氧化还原催化剂的作用下，芳香族酮(27)通过新的机制途径还原。该反应突破了原始底物范围的限制
  • 混杂的黄素依赖的硝基还原酶可以促进光酶催化对多种结构不同的羰基化合物的对映选择性还原，从而产生相应的醇， 具有高转化率和优异的对映体过量的优点
• 外光催化与酶催化混杂结合
  • 外部光氧化还原催化剂可以与酶结合以促进对映选择性生物转化
  • 酶被用作手性支架来控制光诱导自由基反应的立体选择性，而外部光氧化还原催化剂可以用于酶结合底物的 选择性单电子转移氧化还原反应
  • 混杂的黄素依赖的硝基还原酶可以对映选择性催化烯烃的还原
• 有机电合成与酶催化混杂结合
  • 酶催化合成过程是通过在酶的催化中心和电极之间直接或间接地传递电子来完成的
  • 将脂肪酶催化杂交与有机电合成相结合来实现对映选择性氧化交联
• 未来发展趋势
  • 作为可持续的合成方法，光化学和电化学都能在绿色和温和的反应条件下生成高活性的化学物质，特别是与不对称催化的结合，日后必将受到更广泛的关注。
  • 新兴的不对称合成策略结合了酶的杂交和光催化/电合成领域，在获得新型化学转化方面具有高价值的潜力
  • 对不对称反应机理的研究还不充分，所使用的酶的立体选择性的观察还需要合理化。未来，必将进一步深入的机理研究，并探索和发现更多新的反应途径
  • 将会有越来越多的基于酶混杂性和光/电氧化还原催化相结合的方法被发现，未来将会有更多的酶催化反应被开发出来