金屬酶（Metalloenzymes）是一類含有金屬輔因子的酶，占生物體系中所有酶的近一半，因其能夠催化甲烷氧化和氮氣固定等復雜反應而廣泛應用于能源轉化和化學合成等領域。與傳統催化體系相比，金屬酶具有高選擇性和環境友好等優點。然而，在金屬酶催化體系中，金屬光氧化還原催化這一關鍵反應仍然發展不足，尤其是在非生物反應中的應用存在反應效率低和對映選擇性差等問題，因此帶來了實現廣泛化應用的重大挑戰。

有鑒于此，霍普金斯大學黃雄怡，卡內基梅隆大學Yisong Guo、赫羅納大學Marc Garcia-Borràs等人在Nature Catalysis期刊上發表了題為“Merging photoredox with metalloenzymatic catalysis for enantioselective decarboxylative C(sp³)?N₃ and C(sp³)?SCN bond formation”的最新論文。

該團隊成功構建了一種結合光氧化還原和金屬酶催化的生物催化平臺，用于對映選擇性自由基轉化。他們設計并優化了一種光生物催化體系，結合曙紅Y光催化劑和4-羥基苯丙酮酸加氧酶，在綠色光照射下催化N-羥基鄰苯二甲酰亞胺酯的脫羧疊氮化和硫氰化反應。通過定向進化獲得的優化變體，不僅實現了對映選擇性C?N₃和C?SCN鍵的高效形成，還顯著提高了產率（高達77%）和對映選擇性（高達94% ee），總周轉數達385次。

該研究通過曙紅Y催化劑介導C(sp³)自由基和Fe(III)?N₃/Fe(III)?NCS中間體的生成，在酶活性位點成功捕獲自由基并完成高效轉化。這一結果不僅擴展了生物催化體系的反應范圍，還為將非生物金屬光氧化還原催化引入生物體系提供了全新思路。上述研究成果為開發新型手性化合物的綠色合成方法奠定了理論和技術基礎，具有重要的學術價值和應用潛力。

近日，霍普金斯大學黃雄怡（Xiongyi Huang）課題組于JACS上報道一種用于生成三氟甲基自由基的新型生物催化體系，從而實現了非血紅素鐵酶 (AoHMS-CF3) 催化的新型烯烴三氟甲基疊氮化反應。

此外，浙江工業大學楊云芳教授、赫羅納大學Marc Garcia-Borràs教授、約翰霍普金斯大學黃雄怡教授在金屬酶催化新功能拓展方面取得重要進展，研究成果“Engineering non-haem iron enzymes for enantioselective C(sp³)–F bond formation via radical fluorine transfer.”正式發表于《Nature Synthesis》雜志！

該團隊于2022年5月19日，發表Science！