Enzyme-Inspired Coordination Polymers for Selective Oxidization of C(sp3)–H Bonds via Multiphoton Excitation

化学 催化作用 活动站点 电子转移 催化循环 组合化学 光化学 键裂 配体(生物化学) 酶催化 人工酶 活动中心 氧化还原 立体化学 有机化学 生物化学 受体
作者
Hui‐Lin Huang,Xu Jing,Jiangtao Deng,Changgong Meng,Chunying Duan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (4): 2170-2182 被引量:31
标识
DOI:10.1021/jacs.2c09348
摘要

Nature's blueprint provides the fundamental principles for expanding the use of abundant metals in catalysis; however, mimicking both the structure and function of copper enzymes simultaneously in one artificial system for selective C–H bond oxidation faces marked challenges. Herein, we report a new approach to the assembly of artificial monooxygenases utilizing a binuclear Cu2S2Cl2 cluster to duplicate the identical structure and catalysis of the CuA enzyme. The designed monooxygenase Cu-Cl-bpyc facilitates well-defined redox potential that initially activated O2via photoinduced electron transfer, and generated an active chlorine radical via a ligand-to-metal charge transfer (LMCT) process from the consecutive excitation of the in situ formed copper(II) center. The chlorine radical abstracts a hydrogen atom selectively from C(sp3)–H bonds to generate the radical intermediate; meanwhile, the O2•– species interacted with the mimic to form mixed-valence species, giving the desired oxidization products with inherent product selectivity of copper monooxygenases and recovering the catalyst directly. This enzymatic protocol exhibits excellent recyclability, good functional group tolerance, and broad substrate scope, including some biological and pharmacologically relevant targets. Mechanistic studies indicate that the C–H bond cleavage was the rate-determining step and the cuprous interactions were essential to stabilize the active oxygen species. The well-defined structural characters and the fine-modified catalytic properties open a new avenue to develop robust artificial enzymes with uniform and precise active sites and high catalytic performances.
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