近日，生物与制药工程学院郭凯教授团队在《Angewandte Chemie International Edition》发表题为“Ene-Reductase-Catalyzed Aromatization of Simple Cyclohexanones to Phenols”的研究性文章。郭凯教授和胡玉静副教授为共同通讯作者，硕士研究生陈杰为第一作者。

苯酚及其衍生物作为典型的结构单元，在化工、制药等领域发挥着关键作用。如雌二醇（Estradiol）、纳洛酮（Naloxone）以及广为人知的解热镇痛药扑热息痛（Acetaminophen）等均含有苯酚结构单元。然而，在芳环附近引入特定的基团是制备这类化合物的重要挑战。自十九世纪以来，亲电芳香族取代反应一直是制备取代苯酚的通用方法。然而，受限于强电子定向效应，该反应在制取邻、对位取代苯酚衍生物方面具有很大困难。从取代环己酮合成相应的苯酚是解决该问题的重要途径，同时也是挑战性难题。

郭凯教授团队利用黄素依赖型烯还原酶的催化混杂性，实现了烯还原酶(TsER)催化取代环己酮的直接芳构化制备取代苯酚。反应以4-甲基环己酮作为模型底物，通过对反应条件优化，获得99%转化率。在后续实验中，作者对底物范围进行了考察，发现邻、对位具有不同类型取代基的环己酮均能顺利进行反应，但间位取代的环己酮反应效率都较差。为解决这一难题，课题组通过丙氨酸扫描突变、迭代位点饱和突变等手段，获得了能高效转化间位取代环己酮的烯还原酶突变株。同时，作者利用分子动力学模拟探究了突变型烯还原酶（TsER）相对于野生型能更高效催化间位取代环己酮的形成原因。随后，作者通过反应动力学实验、控制实验、光谱学实验以及H/D交换实验等手段，对整体反应机理进行了研究，并提出了可能的反应机理：环己酮底物在碱性条件下通过顺序氢转移，经历两次脱氢去饱和化形成二烯酮产物，后再通过二烯酮异构化形成苯酚。

综上，郭凯教授团队利用黄素依赖型烯还原酶的催化混杂性，成功开发了邻、间、对取代环己酮直接芳构化构筑取代苯酚的新方法。反应具有较高的催化活性和底物范围，有望在含苯酚结构单元的药物研发中得以应用。与传统的化学催化相比，该酶催化体系具有反应条件温和、活性高等特点，为构建取代基苯酚化合物提供了一种简便的方法。

感谢浙江大学吴起教授和杭州师范大学王志国副研究员为论文研究思路和计算模拟给予重要指导。该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202408359

作者：胡玉静；单位：生工学院；审核:庄伟