血红素酶催化的非活化烯烃不对称自由基氢化：一种新型生物催化策略

《SCIENCE》：Biocatalytic, asymmetric radical hydrogenation of unactivated alkenes

本研究针对传统烯烃氢化方法难以实现非活化底物不对称还原的难题，报道了由血红素酶介导的新型生物催化氢化途径。研究人员通过构建硅烷促进的血红素-半胱氨酸氧化还原循环，实现了对1,1-二取代及多取代烯烃的逐步氢原子转移反应。该体系具有底物宽泛性、氧耐受性、铁基催化等优势，可在常温下实现克级规模反应，并为同位素标记提供了新方法。

　　

通过创新性地利用血红素（heme）酶，研究者开发出了一种生物催化的不对称自由基氢化新方法，成功实现了对非活化烯烃（unactivated alkenes）的立体选择性还原。与传统依赖于氢负离子（hydride）转移的酶催化氢化（仅限于缺电子烯烃）不同，该策略在酶活性中心构建了硅烷（silane）促进的血红素-半胱氨酸（heme-cysteine）氧化还原循环，通过连续的氢原子转移（hydrogen atom transfer）过程，能够高效还原具有挑战性的底物，例如1,1-二取代、三取代甚至四取代的烯烃。所开发出的酶催化剂展现出优异的底物普适性（promiscuous）、对氧气的高耐受性（oxygen-tolerant），并且基于地球储量丰富的铁（iron）元素，可在常温常压下进行克级规模的合成。研究还表明，使用不同的氢原子源可以实现位点选择性的不对称同位素标记（asymmetric isotope labeling）。深入的机理研究和理论计算（mechanistic and computational studies）共同支持了一个分步的（stepwise）自由基反应机理。这项工作不仅为立体选择性烯烃还原开辟了新的生化途径，也为发展下一代生物催化氢化技术奠定了重要基础。