化学-生物“一锅”催化N-烷基四氢异喹啉的炔基化

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绿色化学理念的提出，近年来化学-生物催化受到许多研究者的关注。在此基础上发展的化学-酶法“一锅”合成技术具有广泛的发展前景。“一锅”体系在满足合成反应需求的基础上，可避免各步级联反应之间的分离纯化操作，在过程强化方面具有巨大的潜力。化学-酶法“一锅”合成技术的发展进一步推进了化学-酶合成方法的应用，为合成功能性化合物提供了更简单、高效的新技术。

为实现化学-酶法“一锅”合成技术，需要同时对化学反应和生物反应模块进行优化。研究人员不断发掘可在温和条件下起作用的化学催化剂，发展膜技术对“一锅”体系进行区域划分，采用蛋白质工程手段优化生物催化剂对高浓度底物及有机溶剂的耐受性，这些研究为丰富和发展化学-酶法“一锅”合成技术提供了重要理论支撑。

近日，英国曼彻斯特大学的Michael F. Greaney课题组与Nicholas J. Turner课题组在ACS Catalysis发表合作研究论文，开创了金催化剂与生物催化剂的“一锅”体系在N-烷基四氢异喹啉炔基化反应中的应用。

图1. Au-[MAO-N]催化的N-烷基四氢异喹啉炔基化反应模型

金催化剂在温和条件下实现炔基官能化方面的研究快速增长，为基础化学砌块的构建提供了新策略。金催化剂在反应循环中呈现氧化还原中性，可以解决与酶辅因子的不相容性问题。因此无需采用膜法对体系中的化学及生物催化模块进行划分，拓展了可在酶反应条件下催化碳-碳键生成的金属催化剂。对于生物催化模块，Turner课题组前期对单胺氧化酶(MAO-N)进行了分子改造工作，优化了该酶的底物耐受性并拓宽其应用范围。在上述研究的基础上，本文采用MAO-N催化N-取代异喹啉(1)氧化生成亚胺离子，随后在金的催化作用下与乙炔化合物发生亲电加成，最终实现一系列N-烷基四氢异喹啉的炔基化反应(图1)。

此外，该研究选取了苯环上烷基/烷氧基/氨基取代的乙炔苯、芳杂环取代乙炔、烷基取代乙炔等一系列乙炔化合物，在构建的化学-酶“一锅”体系中均可与N-甲基四氢异喹啉发生加成反应，得到较好的转化率(表1)。在确定一系列乙炔化合物可以参与反应的基础上，文中进一步选取了6种N-取代四氢异喹啉，探讨了MAO-N酶的催化范围(表2)。

表1. Au-[MAO-N]催化的N-甲基四氢异喹啉炔基化反应结果