生物工程化的铁血红素酶已被证明可以促进一系列有用的非天然卡宾和硝基转移反应。通过铁-卡宾中间体的环丙烷化和X−H（X=C，N，Si，S等）插入在铁-血红素酶催化下可以以优异的效率和对映选择性产生目标产物。然而，这些转化几乎完全依赖于使用重氮化合物作为卡宾前体，这需要存在稳定的吸电子取代基，以避免潜在的热分解过程。最近，在各种卡宾转移反应中，包括与丙烯酸酯的选择性环丙烷反应中，台架稳定但具有挑战性的二氮杂环丙烷已被用作替代卡宾来源。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

       最近，California Institute of Technology的Frances H. Arnold和University of California, Los Angeles的K. N. Houk课题组合作，通过模型系统的密度泛函理论（DFT）计算、量子力学/分子力学（QM/MM），以及铁卡宾和酶活性位点中的环丙烷化过渡态的分子动力学模拟（MD），揭示了该反应是由在酶的活性位点发生直接二氮嗪重氮异构化引发，通过形成游离卡宾中间体代替直接一步异构化过程进行的异构化机制。随后与丙烯酸苄酯的反应通过二自由基中间体逐步形成C−C键，产生环丙烷产物。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

       通过MD模拟研究，观察到非对映选择性和对映选择性的来源，表明该反应可通过空间控制优选形成顺式环丙烷。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

原文标题：Iron Heme Enzyme-Catalyzed Cyclopropanations with Diazirines as Carbene Precursors: Computational Explorations of Diazirine Activation and Cyclopropanation Mechanism

原文作者：Torben Rogge, Qingyang Zhou Nicholas J. Porter, Frances H. Arnold,* and K. N. Houk*

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c06030