金属酶（Metalloenzymes）是一类含有金属辅因子的酶，占生物体系中所有酶的近一半，因其能够催化甲烷氧化和氮气固定等复杂反应而广泛应用于能源转化和化学合成等领域。与传统催化体系相比，金属酶具有高选择性和环境友好等优点。然而，在金属酶催化体系中，金属光氧化还原催化这一关键反应仍然发展不足，尤其是在非生物反应中的应用存在反应效率低和对映选择性差等问题，因此带来了实现广泛化应用的重大挑战。
有鉴于此，霍普金斯大学黄雄怡，卡内基梅隆大学Yisong Guo、赫罗纳大学Marc Garcia-Borràs等人在Nature Catalysis期刊上发表了题为“Merging photoredox with metalloenzymatic catalysis for enantioselective decarboxylative C(sp3)‒N3 and C(sp3)‒SCN bond formation”的最新论文。
该团队成功构建了一种结合光氧化还原和金属酶催化的生物催化平台，用于对映选择性自由基转化。他们设计并优化了一种光生物催化体系，结合曙红Y光催化剂和4-羟基苯丙酮酸加氧酶，在绿色光照射下催化N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯的脱羧叠氮化和硫氰化反应。通过定向进化获得的优化变体，不仅实现了对映选择性C‒N3和C‒SCN键的高效形成，还显著提高了产率（高达77%）和对映选择性（高达94% ee），总周转数达385次。
该研究通过曙红Y催化剂介导C(sp3)自由基和Fe(III)‒N3/Fe(III)‒NCS中间体的生成，在酶活性位点成功捕获自由基并完成高效转化。这一结果不仅扩展了生物催化体系的反应范围，还为将非生物金属光氧化还原催化引入生物体系提供了全新思路。上述研究成果为开发新型手性化合物的绿色合成方法奠定了理论和技术基础，具有重要的学术价值和应用潜力。
近日，霍普金斯大学黄雄怡（Xiongyi Huang）课题组于JACS上报道一种用于生成三氟甲基自由基的新型生物催化体系，从而实现了非血红素铁酶 (AoHMS-CF3) 催化的新型烯烃三氟甲基叠氮化反应。
此外，浙江工业大学杨云芳教授、赫罗纳大学Marc Garcia-Borràs教授、约翰霍普金斯大学黄雄怡教授在金属酶催化新功能拓展方面取得重要进展，研究成果“Engineering non-haem iron enzymes for enantioselective C(sp3)–F bond formation via radical fluorine transfer.”正式发表于《Nature Synthesis》杂志！
该团队于2022年5月19日，发表Science！
