加州理工学院Chen Kai, Frances H. Arnold等报道了细胞色素P₄₁₁酶的类似铁金属中心卟啉结构在内酯-卡宾插入反应显示较高的催化反应活性，实现了对α-胺基C-H键的卡宾插入反应。该催化剂能以高催化活性（TTN值达到4000）进行反应，生成手性内酯衍生产物。对于二级C-H键的卡宾插入反应中，展现了很好的反应活性。本工作展现了人工模拟酶能够有效的实现手性产物反应，并且具有较高的反应效率，能够对目标手性分子进行有效的合成。

本文要点：

（1）反应优化。使用α-重氮-γ-内酯、4-甲基-N，N-二甲基苯胺作为反应底物，通过卡宾插入到胺基α-位的C-H键上反应过程生成β-氨基内酯产物，这种产物是倍半萜内酯生物分子的类似物，具有一定的药物活性。对多种具有催化活性的P₄₁₁酶类似物对催化反应的活性进行表征，结果显示P₄₁₁-C10展现了适中的结果，47 %的ee值，催化反应活性达到105 TTN。在反应体系中加入不同组分，探索催化反应提升效果。结果显示，在催化剂体系中加入A87P位点实现了56 % ee值，但是TTN降低；加入A264S后，反应选择性和ee值都得以提高；加入V327P位点后，ee值提高到75 %。总之，A87P、A264S、V327P都可以通过调节反应物在催化过程中的结构改善反应的ee值。随后，作者发现加入E264D、V328L能够实现90 %的ee值，有最好的立体反应活性。特别的，当苯胺的N上被甲基/乙基取代时，反应的立体反应结果显示了95 %的ee值和1710 TTN的反应性。

（2）底物拓展。作者对阿西替丁、吡咯烷类、N芳基胺底物的反应活性进行研究，发现对多种底物可以很好的进行反应。结果显示，反应对二级C-H键有很好的卡宾插入反应活性，实现4000的TTN。

        反应机理情况。作者对该反应的机理还不明晰，该反应可能通过自由基抓氢反应活性或者协同插入过程进行。本工作对P₄₁₁-C10催化反应中心的催化活性实现了探索，认为P₄₁₁-C10酶催化体系在卡宾插入反应中有较好的前景。

参考文献

Andrew Z. Zhou, Kai Chen,* Frances H. Arnold*

Enzymatic Lactone-Carbene C–H Insertion to Build Contiguous Chiral Centers, ACS Catal 2020, 10, XXX, 5393-5398

DOI: 10.1021/acscatal.0c01349

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01349