9月1日，中国科学院南海海洋研究所闫岩研究员/海南师范大学化学与化工学院黎婉珊副教授在《Journal of the American Chemical Society》上在线发表了题为“Cytosporin生物合成中环氧介导的二氧化碳偶联反应生成五元环碳酸酯”的研究论文。该研究阐明了真菌来源Cytosporin的生物合成途径及其中五元环碳酸酯的生物合成机制。
有机碳酸酯（Organic Carbonates,OCs）是碳酸与醇形成的酯类化合物, 在材料科学、合成化学和医药等领域具有广泛应用，将二氧化碳（CO₂）高效转化为有机碳酸酯的催化过程是可持续化学和能源研究中的关键目标。在现有策略中，将CO₂与环氧化物偶联生成环碳酸酯是实现CO₂利用最具技术可行性和应用前景的途径之一，尽管用于该转化的高性能催化剂已取得大量研究进展，但现有技术仍存在明显局限：反应需要有机溶剂、依赖过渡金属催化剂，并且反应条件苛刻，往往需要高温高压，能耗较高。
Cytosporins是一类真菌来源meroterpenoids，以六氢苯并吡喃骨架为特征，具有血管紧张素II结合抑制和免疫抑制活性。其中Cytosporin E是首个被发现含有五元环碳酸酯的成员。虽然多功Baeyer-Villiger单加氧酶已被证明能催化真菌代谢物Cytochalasin Z16中大环碳酸酯的形成，但在真菌天然产物中，五元环碳酸酯形成的机理和驱动力仍未得到阐明。本研究完成了Cytosporin生物合成全部酶的鉴定与功能表征，借助异源表达与底物饲喂实验，完整解析了其生物合成途径。首次揭示了Cytosporin中五元环碳酸酯通过非酶促、环氧介导的CO₂偶联反应在中性水溶液条件下形成，并通过同位素标记和反应动力学实验予以证实。该非酶促五元环碳酸酯生成机制，是天然产物生物合成中一种全新的反应策略。
从应用角度来看，二氧化碳与环氧化物偶联制备五元环碳酸酯，是CO₂资源化利用领域兼具技术可行性与经济潜力的重要路线。本研究发现，底物环氧中间体可以直接与碳酸氢根（水溶液环境下CO₂的存在形式）在pH 7.0中性水溶液条件下发生偶联反应得到目标五元环碳酸酯，无需额外催化剂，也不需要外界能量输入，和传统工业催化体系需要有机溶剂、过渡金属、高温高压苛刻条件形成鲜明对比。该发现不仅拓展了人们对天然产物生物合成过程中CO₂固定化学的认识，也为开发环境友好的有机碳酸酯绿色合成新路线提供重要启示。
该项研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c12612