辅酶NADH修饰的模拟酶在仿生催化和有机合成中的应用研究

Enzyme plays an extremely important role in the green metabolic processes as a catalyst with high efficiency, specificity and mild reaction conditions. Study on biomimetic catalysis has gradually become an issue of chemistry. Meanwhile, coenzymes also play important roles in oxidation reduction, transamination, decarboxylation and many other metabolic processes. Construction of artificial enzymes with coenzymes as the templates and simulation of the enzymatic reactions in vitro have great research value. A series of NADH models will be synthesized with the activity center of coenzyme NADH as a template. The model compounds will be grafted to water-soluble polymers-PEI, PVA, PAA or some porphyrin compounds to construct a series of artificial enzymes with structures similar to the biological enzymes. The artificial enzymes will be applied in simulation of biological metabolic reactions in vitro and the reduction of unsaturated bonds. At the same time, the substrate selectivity, reaction selectivity, stereo selectivity and catalytic turnover conditions of the artificial enzymes will also be studied in this project. Biomimetic catalysis research not only has important theoretical significance and practical value, but also promote the development of the multidisciplinary of biochemistry and organic chemistry.

在生物体完整绿色化的代谢过程中，酶作为高效、专一和反应条件温和的催化剂，扮演着极其重要的角色，因此仿酶催化研究逐渐成为化学领域的研究热点。同时辅酶在生命体内的氧化还原、转氨基、脱羧等多种代谢过程中起到重要作用，以辅酶为模版构建非生物性催化剂-人工模拟酶，并进行酶促反应体外模拟具有非常重要的研究价值。本项目拟通过以辅酶NADH活性中心为模版，合成一系列NADH模型物，经水溶性高分子PEI、PVA、PAA或卟啉等修饰，构建了一系列具有生理活性的人工模拟酶，经过生命代谢反应的体外模拟和化合物不饱和键的还原等有机反应，及其底物选择性、反应选择性、立体选择性以及催化周转情况等的研究分析，筛选出一系列具有酶催化功能的人工模拟酶来探索生命体系的真谛。仿酶催化研究具有重要的理论意义和实际应用价值，促进了生物化学和有机化学等多学科共同发展。

有机负氢化学和光催化循环是近年来有机化学界的研究热点，吸引了广大化学工作者的关注。本项目系统地结合热力学和动力学的研究，突出解决有机负氢化合物参与的氧化还原机制以及辅酶模型物NADH/NAD+催化的有机光化学反应，我们实现了有机负氢化合物BNAH与HEH及HEH嫁接水溶性高分子催化的还原反应，这些反应提供了一种温和、高效、绿色的还原合成路径。同时，我们结合有机光化学的研究，发展了一系列辅酶模型物AcrH2类似物的光催化反应：（1）辅酶AcrH2催化的N,N-二烷基腙类化合物的三氟甲基化反应，该工作使用了一种便宜的三氟基甲基源（三氟亚磺酰氯），提供了一种温和高效的三氟甲基化合物合成方法；（2）辅酶AcrH2催化杂环与芳基重氮盐偶联反应，该反应给芳基杂环化合物提供了一种合成方法。鉴于有机光化学研究领域中双催化反应仍然是一个挑战，我们发展了：（1）辅酶NADH还原态和钯双催化的芳基重氮盐与乙酰苯胺类化合物的邻位导向的反应研究，该反应提供了一种温和的联芳基化合物合成方法；（2）双催化的Csp3-H活化三氟甲基化反应，该工作解决了烷基C-H活化的三氟甲基化难题。我们对辅酶NADH模型物的研究，开创了有机小分子AcrH2类似物的光化学反应，避免了金属光催化剂的残留问题，为有机光化学领域丰富了研究内容，提供了理论支持。