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環氧（環氧乙烷）官能團廣泛分布在具有廣泛生物活性的天然産物中，包括抗菌，抗真菌，抗病毒和抗腫瘤活性。此外，引入環氧基團是實現結構和功能多樣性的重要且有用的合成策略。自然界，有兩種引入環氧化物的策略，即通過在兩個相鄰碳上裂解C-H和O-H鍵進行脫氫；以及在底物的烯烴部分上反應插入氧原子，也稱為氧原子轉移（OAT）。對于這兩種策略，分子氧（O2）和某些情況下的過氧化氫被用作氧化劑，氧源，起着雙重的作用。通常，基于黃素，硫醇鹽-血紅素，非血紅素二鐵，或非血紅素單核鐵的高活性中間體引發環氧化反應。通過将氧原子插入烯烴部分來催化的環氧化反應的機理理解，主要是基于對含硫醇鹽-血紅素的環氧化酶（如膽過氧化物酶（CPO）和細胞色素P450s）的研究。陽離子觸發的膦酰基遷移也有報道。非血紅素鐵-酶催化的環氧化的分子基礎研究較少。n
n來自卡内基梅隆大學化學系的郭以崧和Maria G. Kurnikova課題組，台灣大學Nei-Li Chan課題組，北卡羅來納州立大學Wei-chen Chang課題組，聯合在JACS上發表了非血紅素依賴的加氧酶AsqJ催化環氧化反應的研究工作。文章以AsqJ為例，通過多種方法包括酶促反應的LC-MS分析，瞬态動力學，光譜表征，Mössbauer和電子順磁共振（EPR），X射線晶體學，密度泛函理論（DFT）計算和分子動力學（MD）模拟等相結合研究了非血紅素鐵-酶催化的環氧化反應的詳細機理，。n
n在這項研究中，使用天然底物2-OMe和幾種吸電子或給電子能力不同的對位取代的底物類似物（2-H，2-F和2-CF3）研究了AsqJ催化的環氧化。作者發現AsqJ催化的環氧化反應中反應速率确定步驟的過渡态中沒有明顯的電荷分離（例如陽離子種類）。通過LC-MS獲得的反應産物分析和晶體學數據進一步支持了這些實驗觀察。當在穩态轉化條件下進行酶促反應時，無論使用哪種化合物，LC-MS分析均顯示出相似的底物消耗和産物形成水平。在其中一種晶體結構中觀察到Fe-醇鹽物種為逐步環氧化機理提供了重要的支持，在這種方法中，Fe（IV）-氧代中間體對烯烴部分的初始攻擊發生在苯甲基的（C10）位置。該觀察結果也與底物結合的晶體結構一緻，後者顯示出Fe和C10位置之間的距離比Fe和C3位置之間的距離更短（4.4相對于5.0）。此外，計算還表明，在最初的環氧化物形成過程中，環氧化物可能直接與鐵中心配位，并且它與鐵中心的解離可能取決于環氧化物産物與蛋白質殘基（最可能是Asn70）之間的氫鍵相互作用，以及額外的水分子靠近鐵中心。最終，MD模拟支持了這樣一種情況，即最初将O2添加到鐵中心的過程可能是2OG在線綁定到鐵中心的模式，而不是晶體結構中出現的離線模式。這很可能是由于底物的結合，提供了疏水環境以促進将O2添加到鐵中心。當2OG在在線模式下結合到鐵中心時，會更有效地形成這種疏水性環境。n
n綜上所述，所有的實驗和計算結果都提示了AsqJ催化環氧化反應的逐步機理。從Fe（IV）-氧代物質到發生在苄基位置的底物的烯烴部分的初始氧加成，最有可能的是随後生成的Fe（III）-烷氧化物與C3位置的碳自由基，随後的C3-O鍵形成完成了環氧的形成。nn
