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手性氮杂环丙烷化合物是有机合成中重要的、用途广泛的中间体。由于它容易通过进一步衍生化来制备大量的多官能团手性分子，而成为了不对称合成研究中的热点。本论文研究了Rhodococcus erythropolis AJ270催化的氮杂环丙腈及其酰胺的立体选择性生物转化反应，探讨了腈的生物转化在合成手性氮杂环丙烷化合物中的应用以及Rhodococcus erythropolis AJ270中腈水合酶和酰胺水解酶的立体选择性规律，并在此基础上对氮杂环丙烷化合物的开环反应进行了研究。
在温和的条件下，红球菌Rhodococcus erythropolis AJ270细胞能立体选择性催化1-芳基氮杂环丙腈及其酰胺进行生物水解得到产率为45-49％，ee为91-＞99％的(S)-1-芳基氮杂环丙酰胺和45-49％，ee为86-＞99％(R)-1-芳基氮杂环丙酸甲酯。该生物水解体系同样可以对反式1-甲基-3-芳基氮杂环丙腈及其酰胺进行生物水解而以45-50％的中等产率得到高光学纯度(ee＞99％)的(2R,3)-1-甲基-3-芳基氮杂环丙酰胺。
质子酸促进的条件下，亲核试剂区域专一性的进攻反式1-甲基-3-芳基氮杂环丙酰胺的3-位碳原子，得到高产率(85％-96％)的开环产物。而苄溴对1-苯基氮杂环丙酰胺进行开环反应，可以高区域选择性的得到C-2位开环的产物(产率90％)。在此反应的基础上，发展了一锅煮的反应途径制备α，β-双氨基酸化合物(产率78-89％)和1，4-苯并二氮杂卓衍生物(26-71％)。
研究(trans/cis)-1-甲基-3-芳基氮杂环丙-[(E/Z)-N-苯乙烯基]-2-酰胺分子内亲核开环反应发现，当分子内氮负离子发生亲核试剂进攻时，氮杂环丙烷化合物可以发生C-C键断裂，生成较高产率的(65-84％)五元双氮杂环化合物-1-甲基-2-芳基-3-[(E/Z)-苯乙烯基]-咪唑啉-4-酮。