双氧酶（dioxygenases），又称双加氧酶，能催化氧分子中2个氧原子都加入到一个底物分子中。这类酶一般含有紧密结合的铁原子，如血红素铁。双氧酶催化的典型反应有烯烃的氢过氧化反应、芳烃双羟基化反应两种。

4.2.2.1 烯烃的氢过氧化反应

1.脂氧酶

烯烃可被一种双氧酶-脂氧酶氧化为脂质氢过氧化物，脂质氢过氧化物对细胞具有毒性，并能引起病变。脂质氢过氧化物能被过氧化物还原为醇，也可被硼氢化钠还原为醇。大豆脂氧酶是一种非血红素铁双氧酶，它催化分子氧加到多不饱和脂肪酸如亚油酸的非共轭1，4-双烯中，形成共轭烯烃氢过氧化物，这是发生在不饱和脂肪酸远端13位的氢过氧化反应。

大豆脂氧酶发现较早、研究较多，且易于纯化、稳定性好。大豆脂氧酶具有下列特点：①该酶的特异性一直被认为仅作用于多不饱和脂肪酸碳链适当位置上全顺式（Z，Z）-1，4-二烯。最近发现（E，Z）-1，4-二烯和（Z，E）-1，4-二烯也能被氧化，只是反应速度稍慢；② （E，E）-1，4-二烯和共轭1，3-二烯一般不被氧化；③氧化形成的含氧手性中心一般以S构型优先；④非天然底物被氧化时，增加氧分压可以提高反应速度。

脂氧酶对天然产物（Z，Z）-9，12-十八碳二烯酸（亚油酸）的氧化具有很高的选择性（e.e.95%），其氧化产物为大量C-13过氧化（远点）和少量C-9过氧化（近点）。最近的研究发现大豆脂氧酶也可用于非天然（Z，Z）-1，4-二烯的氧化，但是这种底物需要经过仔细的设计。例如，含有（Z，Z）-1，4-二烯的长链醇必须连接一个含羧基的长链取代基，以形成与不饱和脂肪酸相类似的结构才能被氧化，氧化反应具有区域选择性，通常发生在远端，并可得到高光学纯度的氢过氧化物和少量的近端氢过氧化物。这些氢过氧化物经化学还原和水解羧酸取代基后，可得到一定构型的仲醇。

对底物进行适当的修饰可改变氢过氧化反应的区域选择性，从一般特异性的远端（distal）氢过氧化反应转变为非特异性的近端（proximal）氢过氧化反应。当增加远端R极端亲脂性（从n-C5变为n-C10）后，会导致非特异性（近端）氢过氧化反应，并且底物以近端氢过氧化产物为主。当增加羧酸取代基的亲脂性（n从2变为6）后，则产生特异性（远端）氢过氧化反应。

2.过氧化物酶

过氧化物酶能催化过氧化氢氧化许多芳香族胺或酚类化合物，也有的过氧化物酶如含硒的谷胱甘肽氢过氧化物酶能将有机氢过氧化物还原为醇，用于特定构型仲醇的制备。同样由于过氧化物酶的立体选择性，此酶还可用于消旋体氢过氧化物的拆分，例如在邻甲氧基苯酚存在下，辣根过氧化物酶催化消旋体氢过氧化物中一种对映体还原为相应的仲醇，另一种构型的氢过氧化物则不被反应得到保留。分离纯化后可获得光学纯度极高的未反应氢过氧化物。辣根过氧化物酶中的一种同工酶C主要负责还原反应。该酶可催化没有空间位阻的氢过氧化物还原，当分子中有分支取代基时，则该酶没有反应活性。(www.daowen.com)

4.2.2.2 芳烃双羟基化反应

1.顺式环状二醇的制备

芳烃化合物在微生物细胞中可被双氧酶氧化为内过氧化物，后者再被还原酶催化还原为顺式连二醇。反应中间体内过氧化物具有很高的反应活性，往往会重排和进一步转化为其他化合物。双氧酶催化芳香族化合物转化为顺式双羟基化合物是低等生物降解芳香族化合物的重要步骤之一。在野生型微生物细胞内手性顺式连二醇可被二氢二羟基脱氢酶快速地氧化成儿茶酚类衍生物，随后被进一步氧化分解。然而这种脱氢酶缺陷的突变菌株能使顺式连二醇不被进一步氧化，顺式连二醇在有机合成中有着重要的用途。

恶臭假单胞菌的突变菌株能将具有不同取代基的芳香族化合物转化为相应的手性顺式连二醇，其产物的光学纯度很高，并已用于商业化生产。根据苯环取代基的性质，可预测它们经微生物双氧酶催化后所得产物的构型。双氧酶催化单取代苯和催化对位双取代苯产生的连二醇产物构型相反。因此，可利用这种微生物转化反应特性来获取所需构型的产物。将对位用碘取代，苯环经双氧酶氧化后通过还原反应再除去碘得到的连二醇产物，它的构型与单取代苯反应后得到的连二醇产物构型相反。这种构型转变与对位取代基团的性质有关，一般碘的效应大于氟和甲基，且碘最后容易用还原法除去。

β-萘甲酸可被睾丸酮假单胞菌A3C（Pseudomonas testosterone A3C）氧化为顺式连二醇。Gilson等人构建了一株高表达甲苯双氧化酶的基因工程菌，该工程菌可将联苯类化合物转化为相应联二醇类化合物。

2.顺式环状连二醇的应用

手性顺式连二醇在合成中有很多用途。顺式环状连二醇中可以转化为共轭双键，可用于Diels-Alder反应和Michael加成反应，其反应的立体选择性有连二醇的手性所控制；顺式环状连二醇羟基经保护后，可转化为环己烷类衍生物，如右旋肌醇甲醚和D-肌醇衍生物；将芳环氧化裂解后产生直链产物，然后再经闭环反应可得到环戊烷类化合物，这类环戊烷衍生物使合成前列腺素，萜类化合物和稀有碳水化合物（D-赤藓糖、L-赤鲜糖和L-核糖酸内酯）的合成前体。