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EurJOC:大环锰卟啉对烯烃环氧催化的机理研究

细胞色素P450是被广泛研究的氧转移酶之一,可以进行多种催化反应,其中包括烷烃的羟基化和烯烃的环氧化。这种酶通常包含笼状结构(腔体)以及血红素基团。最近,Roeland Nolte教授和Hans Elemans博士以及Jana Roithova教授团队介绍了一种以细胞色素P450为模板的笼结构化合物。该化合物包含两部分:一部分是锰卟啉的衍生物;另一部分是一个空穴笼体。后者是由四个乙二醇衍生物与甘脲连接而成的化合物(图 1)。

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图1. 卟啉笼状化合物MnIIIC(左)、MnIIIC*结构(中),以及DMF与MnIIIC*复合物的晶体结构(右)。

通过使用氧化剂亚碘酰苯(PhIO),化合物MnIIIC与具有有手性位点笼状衍生物MnIIIC*可以对多种烯烃底物进行环氧化催化。催化产率在20-88%之间。在这里,作者旨在探究环氧化反应将会发生在卟啉笼的笼内还是笼外。作者通过离子迁移质谱(ion mobility mass spectrometry)结合密度泛函理论分子模型计算(DFT)来探究环氧化反应的机理。


卟啉笼MnIIIC和MnIIIC*可以与亚碘酰苯结合形成两种类型的复合物,即一种是氧化剂(PhIO)结合在笼内,另一种是结合在笼外(图2a)。在接下来的一系列氧化络合物的质谱实验中,作者清楚地检测到潜在的卟啉锰氧中间体的异构体,即氧原子位于笼内和笼外两种结构(图2b)。

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图2. 离子迁移质谱分析和密度泛函理论分子模型计算建模:锰卟啉笼与亚碘酰苯复合物(a);锰卟啉笼的锰氧中间体(b)。

这项研究不仅表明了酶的笼效应的重要性,也展示了离子迁移质谱法是一种重要的研究复杂分子反应的方法,例如本文使用该质谱法进行卟啉笼催化剂活性中间体的研究。这项技术可作为研究其他顺磁系统的一个有效参考。

文信息

Mechanistic Studies on the Epoxidation of Alkenes by Macrocyclic Manganese Porphyrin Catalysts

Dr. Xiaofei Chen, Dr. Quentin Duez, Guilherme L. Tripodi, Pieter J. Gilissen, Dimitrios Piperoudis, Dr. Paul Tinnemans, Dr. Johannes A. A. W. Elemans, Prof. Dr. Jana Roithová, Prof. Dr. Roeland J. M. Nolte


European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202200280




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