圖 新型光-酶催化遠程C–H/C–C鍵不對稱酰化體系
在國家自然科學基金項目（批準號：22277053、223B2703）等資助下，南京大學黃小強團隊聯合南京工業大學江凌團隊在光-酶催化領域取得進展。團隊將氮中心自由基（NCR）介導的自由基遠程重定位策略引入生物催化體系，實現了遠程C–H/C–C鍵的高對映選擇性酰化轉化。相關工作以“Photobiocatalytic radical repositioning for enantioselective acylation of remote C–C/C–H bonds”為題，于2025年11月3日在線發表于《自然·催化》（Nature Catalysis）期刊，論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41929-025-01435-1。
近年來，融合可見光氧化還原催化與生物催化的“光-酶催化”策略迅速崛起，為拓展酶的催化機制開辟了新路徑。盡管光-酶催化已在脫羧、氫官能團化等反應中取得重要進展，如何實現遠程及惰性C–H/C–C鍵的選擇性活化，仍是當前該領域的核心挑戰。自由基重排作為有機化學中實現遠程C–H/C–C鍵活化的經典方法，諸如Hofmann–L?ffler–Freytag反應和Barton反應，在生物體系中的應用極為有限。若能夠借助化學生物學的交叉融合思路，將自由基重排這一化學策略“移植”至酶催化體系中，則有望進一步擴展酶的催化功能，并實現傳統化學手段難以達成的遠程自由基立體化學控制。
研究團隊通過提出“自由基重定位+酶催化”協同策略，利用可見光激發生成氮中心自由基，經1,n-氫原子遷移或碳碳鍵斷裂實現自由基的遠程重定位，得到遠端碳自由基，進而在酶活性位點內完成高立體選擇性自由基交叉偶聯。此方法突破了傳統酶催化局限于近端位點活化的模式，成功實現了氮原子δ、ε、ζ甚至η位遠程C–H/C–C鍵的高對映選擇性酰化，共合成43種含遠程羰基的手性腈類和酰胺類化合物，最高對映體比值達99.5:0.5。該反應條件溫和、體系綠色環保，無需額外金屬光敏劑，展現出良好的底物適用性和規模化應用潛力。
團隊結合分子動力學模擬與自由基捕獲實驗等方法，闡明了自由基重定位機制，并揭示了酶活性中心在實現高立體選擇性中的精細調控作用。該研究不僅為開發遠程C–H/C–C鍵的選擇性官能化提供了可行策略，也為手性化學品的高效、綠色合成提供了酶催化工具。