【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】含有氮氮鍵的官能團(tuán)廣泛存在于天然產(chǎn)物中。具有此類官能團(tuán)的分子因反應(yīng)性和結(jié)構(gòu)多樣性，在合成化學(xué)領(lǐng)域中具有應(yīng)用前景。盡管各類天然產(chǎn)物均發(fā)現(xiàn)了含有氮氮鍵的各種化合物，但催化氧化偶氮鍵成鍵的酶催化劑卻較為少見。這類化合物因獨特的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出廣泛的生物活性，如抗真菌和細(xì)胞毒性作用等?，F(xiàn)代化學(xué)需要合成氧化偶氮化合物從而創(chuàng)制多種多樣的含氮類分子。而氧化偶氮化合物可以通過利用硝基或氨基底物的氧化還原反應(yīng)來合成。目前，催化氧化偶氮分子合成的酶僅限于硝基還原酶和AzoC非血紅素雙鐵N-加氧酶。這兩類酶需要依賴昂貴的煙酰類輔酶，且在催化選擇性控制與產(chǎn)物滴度提升等方面存在挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展新型的酶催化氧化偶氮分子的合成方法，對探討關(guān)鍵催化機(jī)制具有重要意義。
 

　　近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員張武元帶領(lǐng)的生物有機(jī)與催化工程研究團(tuán)隊，為拓展酶催化合成氧化偶氮類分子，從機(jī)理分析和反應(yīng)設(shè)計等角度出發(fā)，建立了以非輔酶依賴的過氧合酶催化合成氧化偶氮分子的新方法。研究顯示，在過氧化氫共底物的存在下，過氧合酶可氧化苯胺類底物依次生成羥胺和亞硝基中間體，且二者隨后自發(fā)縮合生成氧化偶氮基產(chǎn)物。在設(shè)計的反應(yīng)體系下，過氧合酶的催化周轉(zhuǎn)數(shù)可達(dá)48450，催化周轉(zhuǎn)頻率為6.7-1，是目前文獻(xiàn)報道的最高值。該酶的催化底物譜廣，實現(xiàn)了至少25個以上含有不同取代基的苯胺、含雜原子喹啉、吡啶等氨基衍生物的催化氧化合成對應(yīng)的氧化偶氮分子。同時，在該反應(yīng)體系下，研究可實現(xiàn)分子間的氧化偶聯(lián)反應(yīng)，從而為合成結(jié)構(gòu)多樣的氧化偶氮骨架分子提供了新方法。這一反應(yīng)體系易于放大，在6L的放量合成實驗中獲得38.5g產(chǎn)品，分離收率為95.6%，無副產(chǎn)物積累。
 

　　進(jìn)一步，通過分子動力學(xué)模擬及量子化學(xué)計算等方法，該團(tuán)隊提出了過氧合酶催化合成的氧化偶氮分子的反應(yīng)機(jī)理。過氧合酶與苯胺化合物結(jié)合，通過N-氧化機(jī)制生成羥胺，進(jìn)而通過兩個HAT生成亞硝基苯。兩個中間體即苯羥胺和亞硝基苯自發(fā)脫水縮合生成氧化偶氮苯，且勢壘僅為15.7Kal/mol。該研究發(fā)展了新型分子合成方法，對豐富血紅素類氧化酶的理論與技術(shù)方法具有重要意義。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動專項的支持。該成果由天津工生所和西安交通大學(xué)合作完成。
 

過氧合酶催化氧化偶氮分子合成