Angew. Chem. : 脂肪酸光脱羧酶的催化混乱性合成手性α-四氢萘酮

在过去的十年中，可见光催化的自由基反应一直是合成有机化学的研究热点。在传统的光催化反应中，如何操纵高活性的自由基中间体进行立体选择性合成是一个长期存在的挑战。幸运的是，近年来发展的非天然光酶催化体系为光激发的自由基中间体的立体选择性调控提供了新的思路。然而，天然存在的光酶反应非常罕见，如何从已知的酶中发现新的光反应性一直是当下绿色合成领域的重点课题。来源于小球藻的脂肪酸光脱羧酶（CvFAP）作为一种具有潜在绿色化学应用的光酶引起了学者的广泛关注，但是针对其催化多功能性研究却鲜有报道。

近日，浙江大学的吴起教授团队报道了CvFAP催化的的非天然还原脱卤/脱乙酰氧基反应。受CvFAP天然脱羧反应过程的启发，课题组创造性的使用CvFAP催化了一系列手性α取代四氢萘酮的立体选择性合成，并取得了优异的催化活性（高达99%）和立体选择性（高达99：1 e.r.）。机理研究表明，该反应通过一种崭新的催化机制进行，包括氧化态/半醌态FAD氧化还原对和电子转移/质子转移过程。

在深入了解CvFAP天然的氧化脱羧的分子机制基础上，作者设想天然光能酶CvFAP可以在电子牺牲供体的存在下，利用FAD_ox/FAD_sq氧化还原对来催化非天然的还原脱卤/脱乙酰氧基反应。该催化体系可以实现多种手性α-四氢萘酮类化合物的立体选择性合成（产率高达99%，立体选择性高达99：1 e.r.）。除模型底物外，该体系对包括卤原子、杂环、烷烃等多种取代基的底物均有着较好的催化表现，底物适用范围和官能团耐受性高。

后续机理实验通过突变、自由基捕获、同位素实验和光谱实验以及分子对接、分子动力学模拟等计算化学手段探究了天然光能酶CvFAP催化的非天然还原脱卤反应的高立体选择性和催化活性的结构基础。区别于以往报道，结果表明CvFAP以FAD_ox/FAD_sq氧化还原对催化反应进程，并通过ET/PT过程淬灭了自由基中间体，这一全新的分子机制尚未在该类酶家族与其他光酶催化研究中发现。

本工作展示了CvFAP催化非天然的还原脱卤新反应，挖掘了CvFAP的催化潜能，强调了CvFAP作为一种稀缺的天然光酶在不对称合成中的多功能性，极大地拓展了其在绿色有机合成中的应用。

论文信息

Catalytic Promiscuity of Fatty Acid Photodecarboxylase Enables Stereoselective Synthesis of Chiral α-Tetralones

Weihua Xu, Kaihao Mou, Zhenyu Lu, Xiuwen Kang, Yue Guo, Bei Ding, Zhirong Chen, Zhiguo Wang, Qi Wu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202412862