環(huán)尺寸操縱已成為一種將現(xiàn)有的環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為擴環(huán)或縮環(huán)化合物的強有力策略，而這是常規(guī)合成方法難以實現(xiàn)的。對于含氮雜環(huán)，一種可能的擴環(huán)策略是通過形成葉立德銨來誘導(dǎo)[1,2]-Stevens重排，從而導(dǎo)致一個碳環(huán)的擴環(huán)。通過卡賓插入將環(huán)擴張策略應(yīng)用于現(xiàn)成制備的氮雜環(huán)丙烷的不對稱單碳同系物將是氮雜環(huán)丙烷對映選擇性合成的一個有吸引力的新入口。然而，這種方法帶來了兩個主要的選擇性挑戰(zhàn)。第一是中間體疊氮啶葉立德的固有反應(yīng)性，在許多情況下，葉立德中間體會經(jīng)歷非常有利的鰲變反應(yīng)。第二，[1,2]-Stevens重排的雙自由基機理使其成為不對稱催化的一個具有挑戰(zhàn)性的反應(yīng)類別：幾乎沒有報道此類反應(yīng)。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
鑒于此，California Institute of Technology的Frances H. Arnold團隊報道了工程化“卡賓轉(zhuǎn)移酶”催化氮雜環(huán)丙烷的對映選擇性單碳擴環(huán)，使氮雜環(huán)丙烷成為一種新的具有天然活性的化合物。卡賓轉(zhuǎn)移酶P411-AzetS是由細胞色素P450BM3進化獲得的突變體，P411-AzetS不僅對[1,2]-Stevens重排反應(yīng)具有完美的立體控制（99:1 er），而且還覆蓋了疊氮雜環(huán)烯葉立德的固有反應(yīng)性，即鰲變反應(yīng)，以執(zhí)行[1,2]-Stevens重排。
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隨后，對該反應(yīng)進行一系列底物拓展，考察良好的選擇性是否可以擴展到其他底物。當該反應(yīng)在0.5 mmol規(guī)模下進行時，可以以75%的產(chǎn)率、1490 TTN、67%的分離產(chǎn)率和99:1 er生成雜氮環(huán)丁烷2。該反應(yīng)也可以從0.5 mmol放大到10 mmol，以1220 TTN、61%產(chǎn)率和99:1 er生成產(chǎn)物2，分離產(chǎn)率為1.44 g（55%分離產(chǎn)率）。因此，該實驗結(jié)果證明利用該平臺進行對映體富集的氮雜環(huán)丁烷的克級生產(chǎn)是可行的，并且該活性的擴展可能是不對稱合成手性雜環(huán)的有力工具。
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參考文獻：Biocatalytic One-Carbon Ring Expansion of Aziridines to Azetidinesvia a Highly Enantioselective [1,2]-Stevens Rearrangement
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.2c00251
原文作者：David C. Miller, Ravi G. Lal, Luca A. Marchetti, and Frances H. Arnold*
