大连理工大学段春迎教授课题组:“套娃”式超分子催化新计谋

企业团队 / 2022-08-09 00:49

本文摘要:本文来自微信民众号:X-MOLNews天然酶促级联反映体系仅需催化计量的辅酶便可在庞大的体系内完成高效、高选择性多步串联催化历程,是设计理想人工催化体系的最佳模型。尤其在提倡绿色生长精致化工工业的当前,仿生催化不仅能够淘汰精致化学品催化生产工业中大量高反映活性、高毒性氧化剂或还原剂的投入,还可以解决污染严重和反映条件苛刻等问题。辅酶在多步串联反映间的直接高效使用和动力学匹配是提升串联反映体系效率的重中之重。

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本文来自微信民众号:X-MOLNews天然酶促级联反映体系仅需催化计量的辅酶便可在庞大的体系内完成高效、高选择性多步串联催化历程,是设计理想人工催化体系的最佳模型。尤其在提倡绿色生长精致化工工业的当前,仿生催化不仅能够淘汰精致化学品催化生产工业中大量高反映活性、高毒性氧化剂或还原剂的投入,还可以解决污染严重和反映条件苛刻等问题。辅酶在多步串联反映间的直接高效使用和动力学匹配是提升串联反映体系效率的重中之重。

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学习和意会自然界酶促历程,组装金属-有机限域超分子体系,通过主客体作用协同天然酶催化是完成辅酶原位循环使用、实现连续循环串联反映的重要手段。克日,大连理工大学精致化工国家重点实验室段春迎教授(点击检察先容)团队基于前期事情基础(J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 12707−12716; Chem. Commun., 2019, 55, 8524−8527; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 8692−8696; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 15284−15288),在限域超分子拟酶催化领域取得突破性希望,提出使用辅酶基金属-有机限域超分子结构与天然酶催化体系相耦合的“套娃”式催化新计谋,可直接应用于仿生催化单加氧反映。

图1. a)全酶催化反映计谋;b)人工酶与天然酶耦合“套娃”式催化反映计谋自然界中,黄素单加氧酶可以使用氧气在有机化合物骨架中完成直接氧插入反映。这类单加氧酶通过烟酰胺类辅酶NAD(P)H/NAD(P)+与黄素功效单元作用,进而获得还原态的黄素分子,尔后直接与氧气作用生成黄素过氧化物中间体,再将过氧基团上的氧原子植入底物中,同时,NAD(P)H/NAD(P)+在酶促级联反映中再生完成催化循环。

使用辅酶基金属-有机限域超分子结构作为“套娃”结构中间层,与内层包封的黄素结构单元和外层脱氢酶通过主客体作用相联合,构建了人工酶与天然酶级联催化反映新模式。通过系统研究辅酶基限域超分子结构与黄素的主客体作用模式,论文展现出这种“套娃”式主客体催化计谋有利于催化单元、辅助催化单元和底物在空间距离的靠近,并通过结构中富厚的氢键稳定反映过渡态进而加速反映的举行。使用光谱表征和理论盘算,论文阐明晰中间层携带内层客体分子同样通过主客体途径进入外层的天然酶卵白催化口袋,在这种“套娃”式主客体体系的作用下,中间层辅酶不需要在串联反映间转移,确保质子和电子的通报可以原位举行,在温和条件下即可实现环酮和硫醚化合物高效的单加氧反映。

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同时论文所提出的“套娃”式主客体催化计谋不需要添加分外的氧化剂和还原剂且不生成化工中常见的过分氧化产物,为精致化学品催化质料的设计提供理论指导,并为精致化工工业的绿色生长做出孝敬。图2. 人工酶与天然酶耦合“套娃”式反映历程示意图这一结果近期揭晓在《自然•通讯》(Nature Communications)上,文章第一作者是精致化工国家重点实验室赵亮副教授和博士研究生蔡俊凯,通讯作者为段春迎教授。以上事情获得了国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、大连市高条理人才创新支持计划和大连理工大学星海优青基金的鼎力大举支持。A host–guest approach to combining enzymatic and artificial catalysis for catalyzing biomimetic monooxygenationLiang Zhao, Junkai Cai, Yanan Li, Jianwei Wei, Chunying Duan*Nat. Commun., 2020, 11, 2903. DOI: 10.1038/s41467-020-16714-7导师先容段春迎https://www.x-mol.com/university/faculty/9437http://faculty.dlut.edu.cn/Chunying_Duan/zh_CN/index.htm赵亮https://www.x-mol.com/university/faculty/78587http://faculty.dlut.edu.cn/Zhao_Liang/zh_CN/index.htm。


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