本研究提出了一種將氯過(guò)氧化物酶（CPO）和金納米團(tuán)簇（AuNCs）分別固定在中空介孔二氧化硅微球（HMSM）內(nèi)部和殼層，形成酶-金屬級(jí)聯(lián)催化劑的方法。金納米團(tuán)簇可催化單糖產(chǎn)生過(guò)氧化氫，用于CPO催化碳?xì)滏I羥基化反應(yīng)。本文以乙苯不對(duì)稱羥基化為示范反應(yīng)考察了其催化活性和穩(wěn)定性，結(jié)果顯示HMSM對(duì)于AuNCs和CPO都具有穩(wěn)定化作用，其內(nèi)部封裝的CPO保持了與天然酶相似的催化活力。本研究為酶催化碳?xì)浠u基化制備手性化學(xué)品提供了一種高效綠色合成路線。
圖1 CPO-Au@HMSM級(jí)聯(lián)催化劑 圖2 CPO-Au@HMSM制備過(guò)程 C-H鍵羥基化反應(yīng)是指在反應(yīng)物分子骨架中的特定位置引入羥基，在精細(xì)化學(xué)品如藥物合成中具有重要應(yīng)用。這類(lèi)反應(yīng)的難點(diǎn)在于C-H相對(duì)惰性導(dǎo)致反應(yīng)條件苛刻；分子骨架上同類(lèi)基團(tuán)的反應(yīng)活性差異小導(dǎo)致反應(yīng)選擇性差。酶催化具有化學(xué)、區(qū)域和對(duì)映選擇性的優(yōu)勢(shì)，其中氯過(guò)氧化物酶可以采用過(guò)氧化氫作為氧和電子供體來(lái)催化碳?xì)滏I羥基化反應(yīng)，不涉及輔因子再生問(wèn)題，更利于工業(yè)應(yīng)用。 AuNCs可催化單糖反應(yīng)產(chǎn)生H2O2，具有底物譜廣、活性可調(diào)和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可以和CPO酶構(gòu)成級(jí)聯(lián)催化劑，催化C-H鍵羥基化反應(yīng)，但AuNCs具有團(tuán)聚傾向，會(huì)導(dǎo)致催化活性降低。 在本研究中清華大學(xué)化工系工業(yè)生物催化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉錚教授團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)河濱分?；ず铜h(huán)境工程系吳建中教授提出了一種以HMSM為載體，制備AuNCs-CPO級(jí)聯(lián)催化劑的方法。如圖2所示，CPO分子被封裝在HMSM的內(nèi)腔，AuNCs（1.3-5.2 nm）被錨定在HMSM的孔道和外表面。本研究以乙苯不對(duì)稱羥基化反應(yīng)為模式反應(yīng)考察了級(jí)聯(lián)催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。與游離CPO反應(yīng)相比，AuNCs-CPO與CPO的Km和kcat保持不變，表明AuNCs催化單糖產(chǎn)生H2O2可被載體內(nèi)部懸浮的CPO高效攝取用于催化不對(duì)稱羥基化反應(yīng)。本研究還考察了單糖種類(lèi)、HMSM孔徑等對(duì)H2O2以及級(jí)聯(lián)酶催化效率的影響作用。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的CPO-Au@HMSM催化劑在乙苯直接羥基化反應(yīng)中表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性，經(jīng)10次循環(huán)，其活性保持初始活性的73%以上。 論文信息： A Core-Shell Cascade of Chloroperoxidase and Gold Nanoclusters for Asymmetric Hydroxylation of Ethylbenzene Meng Xia，Zheyu Wang，Linhan Du，Zhongwang Fu，Prof. Guoqiang Jiang，Prof. Diannan Lu，Prof. Jianzhong Wu，Prof. Zheng Liu ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202101732
