近日，化学领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（化学领域top期刊，中科院一区，最新影响因子16.823）在线发表了题为《C(sp³)-H Hydroxylation in Diiron β-Hydroxylase CmlA Transpires by Amine-Assisted O2 Activation Avoiding Fe^IV₂O₂ Species》的研究成果。该成果以中科院化学所为通讯单位，437必赢会员中心为合作单位，我院路嘉瑞博士为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、以及黄克诚教育基金会和必赢官网博士启动基金等项目的资助。

C-H羟基化是自然界大量含铁加氧酶的主要生化功能。氧分子活化是转化O₂成为裂解C-H键的反应性物种的关键。广泛研究的甲烷单加氧酶（sMMO）通过菱形双四价Fe^IV₂O₂物种Q实现甲烷的C-H羟基化，这一物种也经常被用在其他双铁酶的C-H羟基化反应机理研究中。然而，2017年Fox等人发现双铁氧化酶T4MO的C(sp²)-H羟基化反应不涉及Q的参与。鉴于这一令人惊异的发现，提示我们需要重新思考双铁加氧酶中C(sp³)-H键活化的机理。该研究通过混合量子力学和分子力学（QM/MM）模拟发现，双铁羟化酶CmlA通过底物胺辅助O₂活化生成Fe^III₂O物种作为活性氧化剂来实现C(sp³)-H键的β-羟基化，避免了高价的Fe^IV₂O₂物种Q。同时与T4MO中的甲苯芳香族羟化作用的机制也有很大差异。这一胺辅助氧分子活化途径对其他催化底物氨基附近发生C(sp³)-H羟基化的双铁加氧酶的机制研究有重要的指导意义，比如hDOHH。此外，本研究还发现氧气结合可以极大地改变双铁辅因子的配位环境，使两个铁原子之间的羟桥在O₂配位时与其中一个铁断裂成为末端配体为其他非血红素双铁酶的O₂活化提供了更多的结构和机制可能性。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202211843