恶唑烷酮是多种生物活性分子和药物中的重要结构单元，但传统方法制备其对映纯形式存在前体缺乏、条件苛刻等局限性。本文开发了一种基于工程化肌红蛋白催化剂的生物催化策略，通过羧氨酸衍生物的分子内C(sp³)-H胺化反应高效合成氧杂唑烷酮。该方法具有广泛的底物适用性、高对映选择性（包括对映互补选择性），并成功用于制备药物分子关键中间体，展示了其在合成化学中的应用潜力（图1）。
作者之前的研究尝试通过通过氮烯介导的碳叠氮化物底物工程化 P450 酶的分子内 C-H 胺化形成恶唑烷酮的生物催化策略，但由于低对映选择性和副反应产物的高比例，限制了其合成应用。本文采用肌红蛋白催化策略，通过优化底物（如N-苯甲酰羧氨酸酯1ac）和酶突变（如Mb(H64V,V68A,Y146F)和Mb(F43V,I107E)），显著提高了反应收率和对映选择性，实现了氧杂唑烷酮的高效手性合成。在优化条件下，1ac的C-H胺化反应收率达82%，对映选择性达99:1。此外，Mb催化体系相比P450酶展示了更高的催化效率和对映选择性，扩展了其在手性化合物合成中的应用潜力（图2）。
基于Mb（H64V, V68A, Y146F）突变体的生物催化方法，可以用于对多种碳酸酯衍生物进行手性恶唑烷酮的合成，取得了优异的产率和高度的对映选择性。通过对一系列含有电子供给或吸拉基团的碳酸酯底物进行筛选，发现该催化体系对不同位置的取代基有很好的耐受性。在对称和非对称底物的合成中，显示出对异环和杂环底物的较好耐受性，且产物的对映选择性可通过使用互补的Mb突变体调节。该方法成功实现了100-150 mg规模的合成，且获得的S-和R-异构体均表现出较高的产率和对映选择性。此外，研究表明，通过Mb（H64V, V68A, Y146F）突变体的催化，反应更倾向于产生目标产物，而减少了副产物的形成，且相较于其他突变体，反应效率有所提升，特别是Y146F突变对反应路径的优化起到了重要作用。这一方法不仅在合成手性药物中具有应用潜力，也为新的酶促反应的机制研究提供了有价值的见解（图3-4）。
文章信息：Highly Enantioselective Construction of Oxazolidinone Rings via Enzymatic C(sp3)–H Amination
文章链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c06066
