近日，我校化学学院滕怀龙教授带领的绿色农药合成团队在国际化学期刊angewandte chemie international edition上发表题为“covalent organic frameworks based photoenzymatic nanoreactor for asymmetric dynamic kinetic resolution of secondary amines”的研究论文。
近年来，手性农药的选择性得到了广泛关注，如选择性生物活性、毒性毒理、环境行为、不对称合成等。目前，我国登记使用的手性农药约270种，占比近40%，并且这一比例一直呈上升的趋势。手性农药对映体通常会具有不同的生物活性，存在高效体、低效体或无效体，所以随着合成工艺的改进，一些手性农药品种以高活性的光学纯单体形式进行生产、登记、销售和使用。手性胺类化合物是现有手性农药的重要砌块，因此开发合成该类手性农药中间体的工艺至关重要。仲胺的动态动力学拆分（dynamic kinetic resolution）可以将农药分子的外消旋体以100%原子经济性转换为高附加值的单一对映体，是合成手性胺的一种有效途径。当前，有诸多相关的化学催化合成方法和生物催化合成方法报道，但是均存在活性低、底物适用范围窄等问题，而跨学科交叉的化学-生物级联策略在仲胺的动态动力学拆分中突显出较大的潜力，其中化学催化可实现对映体之间的高效转化，而生物催化可以有效将单一对映体捕获，最终实现外消旋体向单一对映体的转化。因此，将酶的固定化、化学催化、生物催化有机结合，不仅可以解决生物酶回收利用的问题，还可以拓展生物酶的催化反应类型，对手性农药的高效合成具有重要意义。
图1 光酶生物纳米反应器的构建及其在仲胺动态动力学拆分中的应用
本工作中，作者将南极假丝脂肪酶calb固定在具有光敏活性的材料当中，构建了一例新颖的光酶纳米反应器，该光敏材料不仅可以作为光催化剂促进对映体的消旋化，同时可以作为保护壳提高生物酶的稳定性和回收利用率，借此实现了仲胺的动态动力学拆分（dkr），并高效、高立体选择性地合成了一系列手性胺农药中间体。同时，该生物纳米反应器可以循环使用五次以上，依旧保持很高的活性和立体选择性。最后，作者对反应的机理和构效关系做了深入的研究，揭示了光催化活性的来源，为后续设计更为高效、实用的化学-生物级联催化体系提供了理论指导。
华中农业大学化学学院冉露博士为论文第一作者，滕怀龙教授为通讯作者，生科院吴淑可教授、刘主教授、化学学院项勇刚教授为本研究工作提供指导和帮助。本研究工作得到国家自然科学基金（22071072，21801086）和中央高校基本科研业务费专项资金（2662022lxyj001）的资助。
【英文摘要】
bio-catalysis represents a highly efficient and stereoselective method for the synthesis of valuable chiral compounds, however, the poor stability and limited reaction types of free enzymes restrict their wide application in industrial production. in this work, to overcome these problems, a multifunctional photoenzymatic nanoreactor calb@cof-ir was developed through the encapsulation of candida antarctica lipase b (calb) in a photosensitive covalent organic framework cof-ir. this bio-nanocluster serves as efficient catalysts in asymmetric dynamic kinetic resolution (dkr) of secondary amines to give a series of chiral amines in high yields (up to 99%) and enantioselectivities (up to 99% ee). the well-designed cof-ir not only acts as safety cover to prevent calb from deactivation but promotes racemization of secondary amines via photo-induced hydrogen atom transfer (hat) process. photoelectric characterization and tddft calculation revealed that (ppy)2ir units in cof-ir play crucial role in this photocatalytic system which enhance its photo-redox properties through facilitating the separation between photoelectrons (e-) and holes (h ). furthermore, the heterogeneous photoenzymatic nanoreactor could be recycled for five rounds with slight decline of catalytic reactivity.