Ci-Yang Sun, Yu-Yu Chen, Hung-Chi Chen, Hung-Li Li, and Chien-Wei Chiang
J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 42, 38827–38837

東吳大學 化學系 江建緯副教授

胺基酸與蛋白質的選擇性化學修飾，是生物分子工程與精準藥物設計的核心方向。然而，多數反應僅能在既有官能團或吲哚環表面進行，限制了功能化的多樣性，也可能改變蛋白質的天然構形與活性。本研究提出一項全新光電催化（photoelectrocatalysis）平台，能在溫和的條件下，高選擇性地活化色胺酸（Trp）β-位的 C(sp³)–H 鍵，並直接導入親核試劑以形成穩定的 C–N 鍵結構，成功突破以往生物共軛反應侷限於吲哚 C2/C3 位修飾的困境。

此策略結合光化學與電化學的協同氧化機制，利用 DDQ/TBN 催化系統在藍光與低電流下驅動反應。反應關鍵在於精準操控 Trp 吲哚環的電子分佈，誘導其苄基形成 β-位碳陽離子中間體，進而與吡唑等親核試劑選擇性偶聯。β-位導入修飾的優勢在於避免干擾胺基酸本身的活性或蛋白質摺疊，使反應兼具化學選擇性與生物相容性。

此外，我們進一步證實，本光電催化脫氫交叉偶聯（cross-dehydrogenative coupling, CDC）的機制和方法也可擴展至多種多肽及天然蛋白質層級，並發現此光電催化系統在複雜生物分子中仍維持高反應專一性。從而為胺基酸的 β-位修飾開啟了可控制、綠色且模組化的新途徑，展示光電催化在精準生物共軛與次世代生醫應用中的潛力。