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化学系赖文珍课题组依托校级计算服务在催化领域权威期刊发表论文

中国人民大学化学系赖文珍老师与合作者在美国化学会旗下催化领域顶级期刊《ACS Catalysis》(IF:12.35)发表了题为《QM/MM Calculations Reveal the Important Role of a-Heteroatom Substituents in Controlling Selectivity of Mononuclear Nonheme HppE-Catalyzed Reactions》的文章。研究得到了国家自然科学基金和中国人民大学校级高性能与大数据公共计算云平台的支持。

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磷作为生命的重要元素,在生命体系中处于重要的地位。从化学意义上讲,磷参与的绝大部分生命过程,其化学本质都是磷酰基转移反应,可用于医药和农药上,通过官能团的结构改造来改变其活性及仿生作用。(S)-2-羟丙基膦酸环氧化酶(HppE)是生物合成磷霉素途径中的关键性酶。它不仅能将(S)-2-HPP转化成磷霉素,还能将(R)-2-HPP和(S)-1-HPP转化成相应的酮产物,并催化(R)-1-HPP 的1,2-磷酰基迁移反应(如下图)。

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采用混合量子力学/分子力学的理论计算对HppE 催化(R)-1-HPP的1,2-磷酰基迁移反应的机理进行了系统的研究,推翻了之前提出的反应需涉及碳正离子中间体的猜测,揭示了碳自由基中间体的单占分子轨道C2位的空间取向是进行磷酰基迁移反应的关键因素。进一步的计算表明a-异原子取代有利于碳正离子中间体的形成,从而改变反应的选择性。该项研究在分子水平上揭示了(S)-2-羟丙基膦酸环氧化酶催化底物的特异性和区域选择性,为开发新型的具有高效性、高选择性、廉价的仿生催化剂提供了新的思路和理论指导。

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原文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.0c01803