Naukowcy z Uniwersytetu Bazylejskiego opracowali naturalny enzym, który katalizuje trudną reakcję chemiczną, otwierając nowe możliwości dla bardziej ekologicznej i wydajnej syntezy złożonych cząsteczek, w tym farmaceutyków i chemikaliów specjalistycznych. Badania, opublikowane w czasopiśmie Nature, łączą chemię przenoszenia atomu wodoru z hydrydami metali (MHAT) z katalizą enzymatyczną, umożliwiając produkcję trójwymiarowych cząsteczek o specyficznej, jednokierunkowej konfiguracji.
Zespół zmodyfikował powszechnie występujący enzym hemoproteinowy, aby przeprowadzał reakcje MHAT w swoim centrum aktywnym. W rezultacie uzyskano pożądaną, jednokierunkową formę molekularną z niezwykłą precyzją, osiągając stosunek cząsteczek lewo- do prawoskrętnych na poziomie 98:2. Osiągnięcie tak wysokiej stereoselektywności jest wyzwaniem dla tradycyjnych metod chemicznych. Specyfika enzymu oznacza jednak, że różne materiały wyjściowe mogą wymagać dalszego inżynierowania jego struktury w celu uzyskania optymalnych rezultatów. Naukowcy badają również bardziej zrównoważone metody tworzenia hydrydów metali, aby jeszcze bardziej zwiększyć użyteczność tej transformacji. Oczekuje się, że to postępowe rozwiązanie usprawni produkcję cennych chemikaliów, przyczyniając się do bardziej zrównoważonej syntezy chemicznej. Biokataliza, wykorzystująca enzymy jako katalizatory, zyskuje na znaczeniu jako kluczowy element zielonej chemii, oferując ścieżki do bardziej zrównoważonej i wydajnej syntezy organicznej.
Połączenie chemii przenoszenia atomu wodoru z hydrydami metali (MHAT) z katalizą enzymatyczną stanowi znaczący krok naprzód. MHAT jest procesem, w którym hydryd metalu (M–H) przenosi atom wodoru (H•) na alken, tworząc rodnik węglowy. Ten rodnik może następnie ulegać różnorodnym transformacjom. Prace pionierskie wykazały, że hydrydy metali mogą przeprowadzać uwodornienie z zewnętrznej sfery z aktywowanymi olefinami poprzez mechanizm odmienny od wstawiania metalu, addycji wodorkowej i protonacji. MHAT zyskuje na znaczeniu jako użyteczna reakcja, która może hydrofunkcjonalizować olefiny z zachowaniem selektywności zgodnie z regułą Markownikowa. W kontekście syntezy farmaceutycznej, zastosowanie enzymów jako katalizatorów jest nieocenione, ponieważ ich wrodzona chiralność zapewnia wyśmienitą specyficzność enancjomeryczną, czyniąc je zielonymi alternatywami dla chiralnych kompleksów metali lub organokatalizatorów. Inżynieria enzymów jest najczęstszym sposobem modyfikowania ich aktywności pod kątem selektywności regiochemicznej i stereochemicznej, zarówno w przemyśle, jak i w badaniach podstawowych.