生物合成最迷人的特征之一是反应以“串联模式”同时发生，这使得能够高效生产细胞所需的靶分子。同时，生物合成中的这种过程需要单个反应彼此相容性作为先决条件。受自然界中这种反应级联的启发，级联反应也在有机化学的早期发展起来，使用这种“人造”化学催化剂已经实现了大量高效的串联反应。然而，很长一段时间以来，人们都不知道如何将生物催化和化学催化这两个“催化世界”结合起来，实现化学酶多步一锅法合成。对这种方法的一个典型偏见是假设这些不同反应类型的化学催化和生物催化转化之间缺乏兼容性。相反，在成功的情况下将这两种催化类型联系起来有相当大的优势。例如，通过整合化学催化和生物催化的反应谱，可获得的总合成多样性将显著增加。此外，这种一锅法合成的实现可能会对工业应用的可持续性和经济性产生巨大影响。除此之外，还可以完全避免中间体的后处理和纯化，从而大大减少所需的工艺步骤（“单元操作”）、总溶剂消耗以及形成的废物总量，从而节约资源。有鉴于此，Bielefeld University的Harald Gröger与其合作者实现了两个完全不同反应类型的组合一锅化学酶合成，这是十分罕见的。这项研究工作证明了“催化世界”的极端“反极”，他们基于合成气的高压加氢甲酰化和生物催化还原，可以在水中串联一锅法结合。且这一组合反应没有发现生物催化剂或化学催化剂的显著失活。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
为了对这一化学酶一锅法的概念进行验证，该研究建立了1-辛烯催化产生1-辛醇的反应，结果表明其异构体的转化率>99%，分离产率为80%。用于加氢甲酰化和生物催化的所有必要组分从一开始就加入到反应器中。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
随后，这一反应策略还扩展到手性产物的对映选择性合成，通过在串联模式下进行苯乙烯的加氢甲酰化和酶促动力学拆分，结果表明，产物（S）-2-苯基丙醇具有优良转化率（>99%）和对映体比（91:9）。且整个过程在温和节能的条件下在水中运行，不需要任何中间隔离。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
原文标题：Merging High-Pressure Syngas Metal Catalysis and Biocatalysis in Tandem One-Pot Processes for the Synthesis of Nonchiral and Chiral Alcohols from Alkenes in Water
原文作者：Hannah Bork+, Kim E. Naße+, Andreas J. Vorholt,* and Harald Gröger*
Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401989
目前评论：