Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroamination

对映选择合成 氢胺化 激进的 化学 光催化 反应性(心理学) 分子间力 光化学 催化作用 组合化学 有机化学 光催化 分子 医学 替代医学 病理
作者
Zhengyi Zhang,Feng Jian-qiang,Chao Yang,Haiyang Cui,Wesley Harrison,Dongping Zhong,Binju Wang,Huimin Zhao
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:6 (8): 687-694 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41929-023-00994-5
摘要

Since the discovery of Hofmann–Löffler–Freytag reaction more than 130 years ago, both the structure and reactivity of nitrogen-centred radicals have been widely studied. Nevertheless, catalytic enantioselective intermolecular radical hydroamination remains a challenge due to the existence of side reactions, the short lifetime of nitrogen-centred radicals and lack of understanding of the fundamental catalytic steps. In the laboratory, nitrogen-centred radicals are produced with radical initiators, photocatalysts or electrocatalysts. In contrast, their generation and reaction are unknown in nature. Here we report a pure biocatalytic system for the photoenzymatic production of nitrogen-centred radicals and enantioselective intermolecular radical hydroaminations by successfully repurposing an ene-reductase through directed evolution. These reactions progress efficiently at room temperature under visible light without any external photocatalysts and exhibit excellent enantioselectivities. A detailed mechanistic study reveals that the enantioselectivity originates from the radical-addition step while the reactivity originates from the ultrafast photoinduced electron transfer from reduced flavin mononucleotide to nitrogen-containing substrates. The generation of nitrogen-centred radicals and their subsequent reaction with control of stereoselectivity is a difficult task in synthetic chemistry. Now, the photoenzymatic production of nitrogen-centred radicals and their use in challenging enantioselective intermolecular radical hydroaminations is reported.
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