众所周知，芳族系统在热力学上是及其惰性的的，特别是如果要破坏其原本的共轭和芳香结构是极其困难的。最近报道了一些由生物酶催化的脱芳香化反应，比如由血红素依赖酶（例如P450单氧酶和相关过氧酶）催化的芳香羟基化反应通过一种中间的、短寿命的芳烃氧化物进行，这种氧化芳烃容易快速自发重排到相应的苯酚产物（称为NIH移位，方案1b）。但是，迄今为止，还没有人报道过用亲核剂捕获中间芳烃氧化物。芳烃氧化物是潜在的非常有用的化学合成中间体。反应环亲核开度导致反二取代环己烯衍生物，可作为各种合成的起始材料。然而，由于繁琐的多步骤综合协议（方案1a），它们今天的综合相关性受到限制。利用由相应芳烃在温和条件下直接形成的血红素酶衍生芳香环氧化物，可以更直接地获得这种反二取代环己烯衍生物。
方案1
因此，荷兰代尔夫特理工大学的Frank Hollmann教授设想是否可以在化学酶促反应中获得反式二取代的环己二烯衍生物，其中包括酶促形成氧化芳烃，然后进行亲核环氧化物的开环反应（方案1c）。 近日，Frank Hollmann教授在ACS Catal.报道了此工作。首先，作者选择了从茶树菇（Agrocybe aegerita，rAaeUPO）进化的重组过氧化物酶（peroxygenase）作为催化剂；更具体地说，是先前进化的变体（PaDa-I），将PaDa-I（0.2μm最终）添加到萘和H2O2（各2 mM）的缓冲溶液中后，作者通过其在266 nm处的特征吸收带检测（和定量）萘-1,2-环氧化物（2）。2相对稳定并且在几分钟内重新排列成相应的1-萘酚（图S30和S31）。环氧化物的形成速率与生物催化剂的浓度相关（表1，条目1-3）。将H2O2浓度增加到2 mM以上导致2浓度降低（表1，条目2、4和5），这很容易由过量H2O2对血红素酶的氧化失活来解释。进一步的研究将集中在确定酶催化环氧化反应的动力学参数。在没有PaDa-I、萘或H2O2的情况下，未观察到环氧化物的形成。使用H218O2的同位素标记实验证实，所结合的氧原子源自H2O2（图S27）。
加入叠氮化物后，中间环氧化物的降解加速，作者认为这是亲核开环的结果。接下来，作者调查了影响所需加成产物（4a）的总收率的因素（表1）。亲核试剂浓度的增加使所需的（4a）与副产物（3）的比例发生明显变化（表1，条目6–9）。延长分配给酶促环氧化反应的时间对萘起始原料的总转化率没有显着影响（范围为80％至85％，表1），条目10–13），但增加了不希望的重排产物1-萘酚（3）的收率。在反应开始时加入NaN3可使萘的起始原料完全回收，作者认为这是由于与N3相关的血红素酶失活。值得一提的是，叠氮化物在C1位置选择性地攻击环氧化物（产生1-叠氮-2-醇产物）。这种选择性仅在环氧化合物2中观察到，目前对这种特性缺乏合理的解释。
作者接下来开始探讨底物实用性范围，首先是一系列萘的衍生物，在使用叠氮化物作为亲核试剂时，各种卤素还有甲基、三氟甲基取代的萘环都能很好地反应。作者又尝试用甲酸作为亲核试剂，以较低的产率得到了产物。这可能时因为在该反应条件下，甲酸的亲核性比叠氮化物低得多。苯在标准条件下反应也很差，在换了一种酶后，反应明显变好了（绿色部分）。
最后，作者探究了该反应在合成应用上的潜力。再芳构化被证明是非常困难的，因为只有浓缩的高氯酸才能将中间环氧化物（2）完全转化为芳香族叠氮化物（5）（图4和表S1）。相反，Pd/C催化氢化形成化合物（7，图S23和S24）或CuI催化的1,3-偶极环加成与末端炔烃（生成产物8a和8b，图S25和S26）被证明是简单的（图4）。5可容易地还原成芳香胺（6，图S28）。
综上，本文作者开发出了一种过氧化酶合成手性反式二取代的环己二烯衍生物方便的途径，可用于萘环氧化物和可能的其他芳烃环氧化物的合成以及亲核开环。
DOI. 10.1021/acscatal.0c05588
