联芳基化合物不仅是众多手性配体、手性催化剂的核心骨架，而且也广泛存在于天然产物、药物活性分子以及材料领域中（图1a）。目前，化学家已经开发出多种方法来构建联芳基骨架（Nat. Chem., 2017, 9, 558，点击阅读详细），例如过渡金属催化的交叉偶联（图1b）、中心手性向轴手性的传递、联芳基化合物的去对称化及环加成等。然而，过渡金属催化的交叉偶联反应因底物预官能团化、多步合成、条件严苛等因素阻碍其选择性和连接性，致使四邻位取代联芳基骨架的构建仍然是有机化学领域的一大难题。此外，氧化偶联将两个C-H键转化成C-C键，为构建联芳基骨架提供了一种替代性策略（图1b），但是氧化偶联因底物自身固有的空间和电子特性，严重阻碍了其化学选择性、位点选择性和阻转选择性（图1c），并且该策略仅适用于富电子酚类底物，而缺电子酚的氧化偶联仍极具挑战性。另一方面，大自然已经进化出众多氧化酶，如漆酶和细胞色素P450酶，可介导酚类底物的二聚化以构建联芳基天然产物。然而，漆酶因自生选择性控制的缺陷，在选择性催化中的应用比较受限。相比之下，人们发现越来越多的P450酶可介导高选择性氧化反应，这些酶中的一小部分还可催化位点选择性和阻转选择性的二聚化反应。而这一部分具有氧化偶联活性的野生型P450酶，还尚未被用于催化非天然交叉偶联反应。

近日，美国密歇根大学（UMich）的Alison R. H. Narayan教授课题组利用细胞色素P450酶介导的生物催化策略（图1d），成功地实现了酚醛底物的氧化交叉偶联反应，构建了一系列联芳基化合物。通过定向进化，作者得到了一个具有高反应性、高位点选择性和阻转选择性的P450酶。这种构建空间位阻联芳键的生物催化策略，使得具有催化剂控制的反应性和选择性的可编程分子组装平台成为现实。相关成果发表于Nature 上。

图1. 氧化交叉偶联构建联芳基骨架。图片来源：Nature

首先，作者使用异源表达KtnC（一种细胞色素P450酶）的酿酒酵母进行了香豆素4的生物转化，可观察到二聚产物7的形成，但是酿酒酵母因为底物载量的限制不适合进行制备规模的反应。为了在酵母中开发可规模化反应的全细胞生物催化平台，作者将编码KtnC的基因整合到毕赤酵母中，使联芳基产物的总产率增加三倍以上，并实现了制备规模反应。有了优化的生物催化平台，作者尝试将二聚反应转向非天然的氧化交叉偶联化学（图2a）。他们认为酶活性位点可促进两种非等价酚类底物的结合，并克服有机小分子介导的氧化交叉偶联反应中传统的空间和电子限制等问题。事实上，将香豆素4和16添加到产生 KtnC 的培养物中，可形成非天然的交叉偶联产物。进一步筛选表明，调整交叉偶联底物的化学计量可获得交叉偶联为主的产物。在此基础上，作者利用KtnC 催化的交叉偶联反应策略，对一组香豆素底物进行了考察（图2b）。4与9-12间的初始交叉偶联反应表明，在 C4 和 C5 位置上保持与 4 相似的取代模式对反应是有益的，但并不从根本上影响活性。另外，KtnC 可耐受一系列带有富电子和缺电子取代基的香豆素（13-16），同时还能耐受C4 和 C5 位基团体积较大的香豆素（17-22）。需要指出的是，大多数交叉偶联反应保持其二聚反应中的位点选择性和阻转选择性（图2c）。例如，4 与18 间的交叉偶联反应以优异的阻转选择性获得8,8′-连接的产物(P)-23，同时还观察到少量罕见的 6,6'-连接的产物(P)-24。与丁酯（22）的交叉偶联则以2:5的位点选择性得到8,8'-产物（25，minor）和6,6'-产物（26，major），而传统的方法则无法构建6,6'-连接的骨架。此外，作者还将多样化的酚醛底物作为香豆素4的偶联体（图2d），并且观察到与4相似的酚类底物具有优异的反应性；而随着底物结构与天然香豆素骨架的差别越来越大，其活性和位点选择性均显著降低。

图2. 野生型KtnC催化氧化交叉偶联的底物范围。图片来源：Nature

其次，因野生型KtnC显示出较低活性和位点选择性（四种交叉偶联产物的总产率 评论: 0