Biocatalytic, Asymmetric Radical Hydrogenation of Unactivated Alkenes

化学 烯烃 氢化物 组合化学 生物催化 氢原子 烯烃纤维 不对称氢化 转移加氢 催化作用 有机化学 对映选择合成 反应机理 烷基
作者
Jaicy Vallapurackal,Rajib Mandal,Justin Bossenbroek,Aris V. Rubio,Ethan Poladian,James Collings,César Guerra Torres,Mary A. Hendrickson,Julian Morales,M. H. Lyons,Kenneth R. Schultz,Hannah S. Shafaat,K. N. Houk,Soumitra V. Athavale
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2025-92d97
摘要

Alkene hydrogenation is a cornerstone of chemical synthesis, yet enzymatic strategies remain limited to electron deficient substrates via hydride transfer. With heme enzymes, we unlock an unprecedented hydrogenation pathway – termed biocatalytic cooperative metal hydrogen atom transfer – for the asymmetric reduction of unactivated olefins. A silane promoted, heme-cysteine redox cycle in the active site catalyzes sequential hydrogen atom transfer to challenging scaffolds including 1,1-disubstituted as well as tri- and tetrasubstituted alkenes. The evolved enzymes are promiscuous, oxygen-tolerant, utilize earth-abundant iron, and can operate on gram scale under ambient conditions. Orthogonal hydrogen atom sources enable site-divergent asymmetric isotope labeling. Mechanistic and computational studies support a stepwise radical process, highlighting the potential for independent stereocontrol during the delivery of each hydrogen atom. Our work introduces a fundamentally new biochemical logic for stereoselective olefin reduction and provides a platform for next-generation biocatalytic hydrogenation.
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