自由基重定位是一种通过迁移未配对电子来激活远程C-C/C-H键的革命性策略，但在生物体系中尚未实现。

近年来，光生氮中心自由基（NCRs）的发展已实现1, 2-至1, n-迁移的有机合成，但对迁移后产生的前手性自由基实现立体化学控制仍具挑战。

2025年11月3日，南京大学黄小强、南京工业大学江凌在国际知名期刊Nature Catalysis发表题为《Photobiocatalytic radical repositioning for enantioselective acylation of remote C-C/C-H bonds》的研究论文，Yang Ming、Zhouping Wu、Yuanyuan Xu为论文共同第一作者，黄小强、江凌为论文共同通讯作者。

在本文中，作者开发了一种可见光促进、硫胺素依赖的自由基酶催化系统，通过NCR触发的自由基重定位实现远程C-C/C-H键的对映选择性酰基化。

单电子转移与硫胺素辅因子介导的生物催化协同作用，既能生成NCRs（通过1, n-氢原子转移或C-C断裂迁移至远程碳中心自由基），又能在活性位点内促进后续自由基交叉偶联，成功合成了多种在δ、ε、ζ或η位含有羰基的手性腈类和酰胺类化合物（43个实例），并获得良好至优异的对映选择性。

该策略将自由基重定位与酶催化相结合，为远程C-H/C-C键的选择性功能化开辟了新途径。

图1： 将自由基重定位引入酶体系实现远程C-H/C-C键选择性酰基化.a. 自然界中自由基重定位的典型案例（存在数量稀少且作用距离有限）。b. 基于氮中心自由基的化学催化自由基重定位。c. 已报道的涉及NCRs的光生物催化转化。d. 本研究提出的光生物催化自由基迁移实现选择性远程酰基化。

图2： 光生物催化C-C自由基酰基化反应的底物适用范围.

图3：光生物催化远程C-H自由基酰基化反应的条件优化与底物范围。a. 远程C-H自由基酰基化反应条件优化。b-c. 通过变换苯甲醛1（b）和羧酰胺4（c）评估反应适用范围。

图4：机理研究与产物转化。a. proposed催化循环。b. C-C酰基化反应的自由基捕获实验。c. 产物3i的衍生化。d. 不同条件下C-C自由基酰基化反应的产率-时间曲线。e. 1i、2a、DNP、酶及其不同混合物的C-C酰基化反应紫外-可见吸收光谱。f. 对溶液进行C-H酰基化反应淬灭研究。g. 中间体IV在中间体III内的MD模拟构象及其计算能量。

综上，作者开创了一种自然界前所未有的新策略，光生物催化自由基重定位，实现了远程C-C/C-H键的功能化。

该体系通过可见光促进的单电子转移过程生成高活性氮中心自由基，进而触发自由基重定位形成远程前手性碳中心自由基。

酶活性位点精准调控这些自由基的反应性、化学选择性与对映选择性，实现了多种腈类和酰胺类化合物的可持续合成。

与传统化学催化方法形成互补的是，该策略在温和、水相、无金属无配体条件下进行，并具备优异的对映选择性。

通过对羰基和氰基的简便官能团转化，进一步证明了本方法的合成潜力。

目前该研究实验室正致力于提高自由基酶的转化数和拓宽酰基供体的适用范围。

Photobiocatalytic radical repositioning for enantioselective acylation of remote C-C/C-H bonds. Nat. Catal., (2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01435-1.