在藥物化學中，構建手性化合物始終是新藥研發的基礎性工作。特別是對活性藥物分子而言，手性中心的構型往往直接決定其療效與代謝行為。雖然生物催化方法已廣泛應用于手性醇和胺的合成，但對手性硫醇和硫醚的構建仍然鮮見，尤其是在實現高立體選擇性的酶催化合成方面，仍面臨催化劑易被硫“毒化”以及副反應頻發等問題。此外，天然酶對自由基反應的控制能力有限，且底物適應性差，進一步限制了其在有機合成中的普適應用。
在這一背景下，Heckmann團隊提出了一項全新的策略，（圖1E）利用Ene還原酶（ERED）在無光條件下調控自由基反應路徑，實現前手性乙烯基硫化物與α-溴代芳酮之間的對映體互補型C–C鍵形成，從而高效合成手性硫醚分子。該反應不僅避免了光照條件下常見的光降解問題，還大大拓展了ERED酶的功能邊界。
圖片來源：JACS
研究中，作者重點考察了不同ERED酶（如GluER T36A與PETNR）在控制產物手性方面的能力，并以α-(甲硫基)苯乙烯與α-溴代苯乙酮為模型底物，系統優化了反應條件。在GluER T36A參與下，反應可在室溫無氧環境中，于24小時內完成，獲得高達>99.5% ee的(R)-產物，PETNR則實現了(S)-對映體的選擇性合成，實現了“對映體互補”這一生物合成中的關鍵目標。該方法在100 mg級別成功放大，產率達46%，為進一步工業化探索提供了可靠基礎。
圖片來源：JACS
更令人興奮的是，研究團隊通過停流光譜技術發現，Ene還原酶并非在所有底物條件下都產生自由基中間體，而是通過一種“門控機制”來判斷是否形成高度活性的α-酰基自由基，并在恰當的空間位點內完成立體選擇性的氫原子轉移（HAT）。這一機制有效規避了副反應，并解釋了為何反應的對映體純度與底物結構緊密相關。
?
圖片來源：JACS
這項研究首次將Ene還原酶成功應用于手性硫醚分子的對映體可控構建中，為自由基有機合成開辟了一條無需光照、底物適應性更廣的酶催化新路徑。與傳統金屬催化或光生物催化體系相比，該方法更溫和、安全，且避免了復雜的光照設備和副產物的干擾，具備更高的反應選擇性與工業轉化潛力。
同時，作者提出的“自由基門控機制”不僅揭示了酶如何以分子識別方式控制自由基中間體的生成與反應路徑，也為設計更加智能化的生物催化劑提供了理論支持。通過選擇不同的ERED酶系即可實現對目標產物構型的精確調控，這種“酶種—產物對映體”的一一映射關系，極大地簡化了手性硫醚分子的合成路線。該策略尤其適合用于藥物先導化合物的快速合成與篩選，也為后續的蛋白質工程改造提供了理想平臺。
未來，隨著對催化中心構象、電子效應和底物嵌合方式的進一步調控，我們有望將這一策略推廣至更廣泛的硫化結構構建中，在合成化學、生物制藥與綠色工業領域展現出更大的應用價值。
標題：Asymmetric Enantio-complementary Synthesis of Thioethers via Ene-Reductase-Catalyzed C–C Bond Formation
作者：Christian M. Heckmann,* Derren J. Heyes, Martin Pabst, Edwin Otten, Nigel S. Scrutton, and Caroline E. Paul*
鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c00761
