季鹏飞研究员课题组ACS Catalysis: 化学酶法催化烷烃、烯烃和炔烃转化合成手性醇

手性醇是用于合成药物、农用化学品和精细化学品的重要中间体，例如，(S)-1-苯乙醇可以用作合成用于治疗抑郁症的舍曲林的前驱体，(R)-2-氯-1-苯乙醇和(S)-1-(2,6-二氯-3-氟苯基)-乙醇分别是合成氟西汀和克唑替尼的中间体。(+)-杆菌酰胺((+)bacillamide)具有抗HIV活性，洛伐他汀(Lovastain)具有预防和治疗各种癌症，以及胆固醇血症和神经系统疾病的潜力（图1）

图1 活性中间体和药物中手性醇部分的示例

酶作为一种天然的手性催化剂，在不对称催化方面有着明显的优势。将化学催化剂和生物催化剂相结合的化学酶催化体系反应已成为化学合成中一种高效而理想的方法。碳酸酐酶II是一种底物范围广、反应条件温和且不需要辅因子NAD(P)H辅助的高效酶催化剂。浙江大学化学系季鹏飞老师课题组研究了一种化学催化剂与碳酸酐酶协同的化学酶体系应用于催化烷烃、烯烃和炔烃合成手性醇的方法（如图2）。整个过程分为两步：光催化氧化烷烃、钯催化的Tsuji-Wacker氧化烯烃和金催化的炔烃水合反应分别生成通中间体以及碳酸酐酶的酮还原过程。

图2 化学催化剂与碳酸酐酶II在一锅法串联体系中合成手性醇。

光催化氧化烷烃与碳酸酐酶II还原酮的的化学酶体系具有广泛的底物范围。如图3所示，各种各样的烷烃可以应用于光-酶催化体系中被转化为相应的手性醇。芳香烷烃苯环上有各种取代基，包括给电子基和吸电子基，都表现出更高的对映选择性。此外，该反应也可将制备氟西汀的前驱体2-氯-1-苯乙醇5m通过2-氯乙基苯转化合成，噻吩基团的醇5r也同样可以通过这一反应获得并得到了较高的对映选择性。

图3光催化剂与碳酸酐酶II的化学酶体系体系的底物拓展

正如预期的那样，各种各样的烯烃和炔烃也适用于钯催化剂或者金催化剂与碳酸酐酶II的化学酶串联体系，所生成的的相应手性醇表现出优异对映选择性（>95%）。令人惊奇的是脂肪族炔烃同样适用于化学催化剂与碳酸酐酶的串联反应中，所选择的炔烃从1-戊炔至1-壬炔都可以高效地转化为对应的手性醇得到超过96%的ee值。

图4.钯催化剂/hCAII and (b)金催化剂/hCAII的化学酶体系的底物拓展。

通过化学催化和酶催化相结合，构建了三种简单高效的化学酶体系用于手性醇的合成。从廉价易得的芳基烷烃、烯烃和炔烃成功制备了一系列手性醇。这些用于合成手性醇的串联反应系统降低了操作成本，并提高了转化的总产率，且无需苛刻的反应条件。光催化、钯催化和金催化与碳酸酐酶II的化学酶催化转化体系显示出良好的产率和优异的对映体过量（高达99%），可用于生产有价值的手性醇。该研究确定了化学催化剂与hCAII的相容性，并证明了化学酶体系在高效合成手性醇化合物中的潜力。本研究得到了国家自然科学基金、国家级高层次青年人才计划和浙江大学百人计划的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c02481?fig=fig5&ref=pdf.

论文题目：Chemoenzymatic Sequential Catalysis with Carbonic Anhydrase for the Synthesis of Chiral Alcohols from Alkanes, Alkenes, and Alkynes

DOI: 10.1021/acscatal.4c02481

论文作者：Zhenzhong Li, Zicong Wan, Wei Wang, Lihong Chen, Pengfei Ji*

通讯地址：浙江大学 化学系

导师简介：

  季鹏飞，浙江大学化学系博士生导师。2014年本科毕业于四川大学化学拔尖班，2018年博士毕业于美国芝加哥大学，2019-2020于UC Berkeley做博士后研究。以通讯作者或第一作者发表论文Nat. Chem., Nat. Commun., JACS等高水平论文20余篇，并申请国际专利3项。

季鹏飞课题组的研究方向是生物催化与仿生催化，围绕着催化领域的挑战性基础型难题以及在相关产业中实际需求，综合利用生物化学、合成化学、信息科学等领域的先进技术开展研究。课题组现招收博士生、硕士生与博士后多

，欢迎积极联系和申请。

导师个人主页：https://person.zju.edu.cn/jipengfei

文 字：季鹏飞研究员课题组

编 辑：黄珍珍、张维娅

审 核：林旭锋

终 审：丁立仲