从生物里的酶催化出发，实现非天然的反应机制是达成扩展底物混杂酶合成能力的有效策略。自然界的各种生物酶催化剂，例如钴胺素和自由基Sadenosylmethionine (SAM) 酶，能以催化自由基介导的转化在复杂天然产物的生物合成中具有无与伦比的化学选择性、区域选择性和对映选择性。例如，黄素依赖烯还原酶 (ERED) 就能自然催化电子活化烯烃的不对称还原反应，它也是化学合成中使用最广泛的一类生物催化剂。从机制上讲，反应会通过辅酶的黄素氢醌 (FMNhq) 到底物的亲电位置实现立体选择性的氢化物转移反应，然后通过酶活性位点中的酪氨酸残基进行质子化，得到氢化产物。另一方面，由于操作困难或缺乏催化多功能性，合成化学家不容易在自然环境之外利用这些酶。不过，若能将酶更广泛用于解决自由基反应的选择性挑战，并通过开发可以使用非天然机制形成自由基的酶，将会是格外重要的化学发展。最近，Princeton University的Todd K. Hyster教授在J. Am. Chem. Soc.上报告了一种使用α-溴酮作为自由基前体的“烯”还原酶催化反应，其可将烯烃经基态电子转移实现进行不对称加氢烷基化，达成C-C键的生成。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
他们发现，反应过程中，起始自由基的产生是通过来自位于酶活性位点内的黄素辅酶的基态电子转移发生的。通过四轮的位点饱和诱变过程来制备非天然生物酶进行反应的探讨，他们发现来自Zymomonas mobiles的“烯”还原酶烟酰胺依赖性环己酮还原酶（NCR）的变体是最能够催化环化，并能提供具有高水平对映选择性的β-手性环戊酮的一种非天然酶。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
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此外，野生型的NCR则可以通过对自由基终止步骤的精确立体化学控制来催化分子间的偶联反应。
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该研究重点介绍了酶催化反应时基态电子转移的效用，并实现了非天然生物催化的C-C键生成反应。
原文作者：Ground-State Electron Transfer as an Initiation Mechanism for Biocatalytic C−C Bond Forming Reactions
参考文献：Haigen Fu, Heather Lam, Megan A. Emmanuel, Ji Hye Kim, Braddock A. Sandoval, and Todd K. Hyster*
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