本研究提出了一種將氯過氧化物酶（CPO）和金納米團簇（AuNCs）分別固定在中空介孔二氧化硅微球（HMSM）內(nèi)部和殼層，形成酶-金屬級聯(lián)催化劑的方法。金納米團簇可催化單糖產(chǎn)生過氧化氫，用于CPO催化碳氫鍵羥基化反應。本文以乙苯不對稱羥基化為示范反應考察了其催化活性和穩(wěn)定性，結果顯示HMSM對于AuNCs和CPO都具有穩(wěn)定化作用，其內(nèi)部封裝的CPO保持了與天然酶相似的催化活力。本研究為酶催化碳氫化羥基化制備手性化學品提供了一種高效綠色合成路線。
圖1 CPO-Au@HMSM級聯(lián)催化劑 圖2 CPO-Au@HMSM制備過程 C-H鍵羥基化反應是指在反應物分子骨架中的特定位置引入羥基，在精細化學品如藥物合成中具有重要應用。這類反應的難點在于C-H相對惰性導致反應條件苛刻；分子骨架上同類基團的反應活性差異小導致反應選擇性差。酶催化具有化學、區(qū)域和對映選擇性的優(yōu)勢，其中氯過氧化物酶可以采用過氧化氫作為氧和電子供體來催化碳氫鍵羥基化反應，不涉及輔因子再生問題，更利于工業(yè)應用。 AuNCs可催化單糖反應產(chǎn)生H2O2，具有底物譜廣、活性可調(diào)和生物相容性好等優(yōu)點，可以和CPO酶構成級聯(lián)催化劑，催化C-H鍵羥基化反應，但AuNCs具有團聚傾向，會導致催化活性降低。 在本研究中清華大學化工系工業(yè)生物催化教育部重點實驗室劉錚教授團隊與加州大學河濱分?；ず铜h(huán)境工程系吳建中教授提出了一種以HMSM為載體，制備AuNCs-CPO級聯(lián)催化劑的方法。如圖2所示，CPO分子被封裝在HMSM的內(nèi)腔，AuNCs（1.3-5.2 nm）被錨定在HMSM的孔道和外表面。本研究以乙苯不對稱羥基化反應為模式反應考察了級聯(lián)催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。與游離CPO反應相比，AuNCs-CPO與CPO的Km和kcat保持不變，表明AuNCs催化單糖產(chǎn)生H2O2可被載體內(nèi)部懸浮的CPO高效攝取用于催化不對稱羥基化反應。本研究還考察了單糖種類、HMSM孔徑等對H2O2以及級聯(lián)酶催化效率的影響作用。經(jīng)過優(yōu)化后的CPO-Au@HMSM催化劑在乙苯直接羥基化反應中表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性，經(jīng)10次循環(huán)，其活性保持初始活性的73%以上。 論文信息： A Core-Shell Cascade of Chloroperoxidase and Gold Nanoclusters for Asymmetric Hydroxylation of Ethylbenzene Meng Xia，Zheyu Wang，Linhan Du，Zhongwang Fu，Prof. Guoqiang Jiang，Prof. Diannan Lu，Prof. Jianzhong Wu，Prof. Zheng Liu ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202101732
