将化学催化和生物催化在水中一锅法中结合已经成为一个有价值的合成概念，这使得高效且同时可持续地合成广泛的手性化合物成为可能，特别是用于药物合成。这种策略的最大优点是完全避免了中间隔离，从而减少甚至完全防止了有机溶剂的利用，从而减少了废物量。此外，单元操作步骤减少，整个后处理过程更加简化，这也提高了工艺经济性。因此，这种工艺概念最近引起了越来越多的工业兴趣。尽管最近已经证明了这两个不同的“催化世界”中此类催化剂的兼容性，但将不相容的化学催化剂和生物催化剂合并在一个反应器中进行联合应用仍然是一个挑战。

概念上的解决方案是通过关键催化剂组分的非均相化来划分催化部分，从而将它们与互补的不相容催化剂、底物或试剂“屏蔽”开来。在前期研究中，不同的团队利用纳米区室化和膜分离的方法解决这一问题。最近，Bielefeld University的Harald Gröger与其合作者利用3D打印技术开发了一种陶瓷支架，用于Wacker氧化和随后原位形成的酮的生物转化（还原、转氨基和还原胺化）相结合产生具有高对映选择性的手性醇和胺。该化学-生物催化反应的两种催化剂彼此不相容，在所需浓度的铜离子存在的情况下，酶几乎失去了所有的活性。这项工作将铜离子嵌入具有高质量流渗透性的定制3D打印陶瓷支架中，使其能够与酶结合使用，这是由于铜催化剂的异质性，从而使铜离子与酶在空间上分离。

图片来源：Angew. Chem Int. Ed.

3D打印的Cu陶瓷器件作为金属催化剂组分与酶催化剂有效组合催化苯乙烯两步转化手性醇产物，该反应具有高的总转化率和优异的对映选择性。这种基于非均相金属催化剂3D打印的划分概念代表了一种可扩展的方法，并作为其他相关化学酶研究的一种有前景的通用工具。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

原文标题：Design of 3D-Printed Heterogeneous Reactor Systems To Overcome Incompatibility Hurdles when Combining Metal and Enzyme Catalysis in a One-Pot Process

原文作者：Nadiya Salitra, Jonas Gurauskis,* and Harald Gröger*

Angew. Chem. Int. Ed 2024, e202316760