烯烃的水合反应是制备醇类最直接有效的方法之一，可以实现大宗化学品烯烃向高附加值醇类化合物的转化。然而，传统的酸催化烯烃水合反应只能得到符合马氏规则的产物醇，即OH总是加在取代基多的碳原子上而H总是加在取代基少的碳原子上，限制了烯烃水合反应的应用，因此反马氏规则的烯烃水合反应在1993年就被列入催化领域的十大挑战之一。
酶催化合成相较于化学催化合成，具有反应条件温和、催化效率高、区域选择性高等优点，因而成为绿色制造领域的研究热点。本研究通过开发苯乙烯单加氧酶催化的多功能性，发现来自于假单胞菌(Pseudomonas sp. LQ26)的苯乙烯单加氧酶（SMOA）催化反应从有氧体系转变为厌氧体系时，该酶能够催化芳香烯烃与水的反马氏加成反应，同位素追踪技术进一步证实了反马氏过程的发生，反马氏产物:马氏产物 >99:1（图1）。更为重要的是，SMOA催化烯烃反马氏水合反应具有立体选择性，为手性伯醇的制备提供了崭新的途径。
图1. 苯乙烯单加氧酶催化烯烃环氧化和反马氏水合反应
为解析SMOA催化烯烃反马氏水合反应的关键催化位点，研究团队结合计算机辅助的蛋白结构模拟、分子对接、定点突变等手段，确定Asn46、Asp100和Asn309为该酶催化烯烃反马氏水合反应的关键催化位点(图2)。为进一步解析该酶催化机制，分析了SMOA催化反式-氟代苯乙烯水合反应产物，提出SMOA催化的反马氏水合反应是通过形成碳负离子中间体的过程实现的，其中极性氨基酸残基Asn46和Asn309在稳定碳负离子中间体中起着关键的作用(图3)。
图2. SMOA催化烯烃反马氏水合反应的关键位点解析
图3. SMOA催化烯烃反马氏水合反应机理
该论文中，微生物酶工程团队林晖副教授为第一作者，陈红歌教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（32171472）和河南省自然科学基金（202300410218）的资助。全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202206472
