Green-Box-Based Supramolecular Artificial Cofactor for Visible-Light-Driven Asymmetric Photo-enzyme Catalysis

化学 超分子化学 辅因子 催化作用 组合化学 生物催化 电子转移 分子内力 对映体 人工光合作用 对映体过量 光化学 催化循环 氧化还原 超分子催化 超分子组装 光诱导电子转移 酶催化 电化学 人工酶 立体化学 对映选择合成 环番 活动站点 反应机理 纳米技术 光催化
作者
Chenjing LIU,Naiyao Li,Zhaoguang Zhang,Yujing Gao,Tianle Cao,Cui Yi,Guo-Ping Li,Yawen Li,Wenxin Wei,Gang He
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c18091
摘要

Photo-enzyme catalytic systems integrate photocatalysis, electron transfer, and enzymatic transformations; however, their overall efficiency is often limited by the spatial separation of active components, which prevents the compact architectures analogous to the "Z-scheme" in photosynthesis. Here, we report a supramolecular artificial cofactor (SeV-Rh-Box⊃NAD+) via host-guest interactions between a selenoviologen-based tetracationic cyclophane (Green Box derivative, SeV-Rh-Box) and NAD+. When paired with alcohol dehydrogenase, this artificial cofactor forms an integrated photo-enzyme catalytic system capable of visible-light-driven asymmetric synthesis of chiral bioactive molecules. The system exhibits high catalytic performance, with enantiomeric excesses exceeding 87% and turnover numbers surpassing 47,700, maintaining over 50% catalytic efficiency after 24 h and 8 reaction cycles. The supramolecular architecture promotes intramolecular directional electron transfer to a rhodium catalytic site, thereby enhancing enzyme cofactor regeneration under light irradiation. Transient absorption and electrochemical analyses confirm efficient photoinduced electron transfer and redox cycling. This work presents a modular strategy to bridge photocatalysis and biocatalysis through supramolecular self-assembly, offering a generalizable platform for light-powered asymmetric synthesis.
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