雙芳基化合物具有兩個相連的芳環(huán)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)和不對稱催化領(lǐng)域。為了獲得這些有價值的化合物，必須加入芳烴構(gòu)建塊，這激發(fā)了幾種形成二芳基鍵的方法，并促使化學(xué)家為這項(xiàng)任務(wù)開發(fā)出越來越簡潔和可靠的方法。兩個C–H鍵的氧化偶聯(lián)為形成二芳基C–C鍵提供了一種有效的策略；然而，基本的挑戰(zhàn)仍然存在于控制將給定的一對底物結(jié)合在一起的反應(yīng)性和選擇性方面。生物催化氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng)通過提供催化劑控制選擇性的范例，有可能克服許多小分子介導(dǎo)方法固有的局限性。
圖片來源：Nature
有鑒于此，University of Michigan的Alison R. H. Narayan課題組報道了一種利用細(xì)胞色素P450酶通過氧化C–C鍵形成的生物催化交叉偶聯(lián)策略。
圖片來源：Nature
首先，對天然P450催化劑在酚類底物上催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)的能力進(jìn)行評估。作者認(rèn)為，在酶活性位點(diǎn)結(jié)合兩種非等效的酚類底物將克服小分子介導(dǎo)的氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng)中傳統(tǒng)的空間和電子限制。因此使用這種策略，考察P450酶KtnC對不同香豆素類底物的底物混雜性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在底物4和9–12的交叉偶聯(lián)反應(yīng)中，底物C4和C5位置有取代基團(tuán)產(chǎn)生交叉偶聯(lián)產(chǎn)物是有益的，但不是活性所必需的。此外，KtnC可催化一系列含有富電子和缺電子取代基的香豆素，這與通?？刂菩》肿哟呋趸徊媾悸?lián)反應(yīng)的空間和電子限制不同。
圖片來源：Nature
隨后，該項(xiàng)研究對P450酶KtnC進(jìn)行工程化分子改造，通過半理性突變篩選出活性和選擇性均有所提高的突變體。通過五輪進(jìn)化，獲得一個九突變體LxC5，使對目標(biāo)交叉偶聯(lián)產(chǎn)物的活性和位點(diǎn)選擇性提高92倍。
圖片來源：Nature
此外，在這項(xiàng)研究中除了通過分子進(jìn)化提高P450的活性和選擇性，還以生物信息學(xué)為指導(dǎo)，利用序列相似網(wǎng)絡(luò)（SSN）挖掘一些具有反應(yīng)互補(bǔ)性的P450酶。結(jié)果表明，挖掘出23個P450酶具有交叉偶聯(lián)反應(yīng)活性，其中部分酶對萘酚有活性，而這是KtnC不具有的活性。
圖片來源：Nature
綜上，這種構(gòu)建空間位阻二芳基鍵的簡化方法為組裝具有催化劑控制的反應(yīng)性和選擇性的分子提供了一個可編程的平臺。
參考文獻(xiàn)：Biocatalytic oxidative cross-coupling reactions for biaryl bond formation
Nature
DOI: 10.1038/s41586-021-04365-7
原文作者：Lara E. Zetzsche, Jessica A. Yazarians, Suman Chakrabarty, Meagan E. Hinze, Lauren A. M. Murray, April L. Lukowski, Leo A. Joyce & Alison R. H. Narayan ?
