01
研究背景
非活化烷烃的直接选择性 C–H 官能化是现代合成化学研究的前沿课题，但极具挑战性。卡宾对非活化 C(sp3)–H 键的选择性插入是实现烷烃 C–H 官能化最有效的方法之一，可以在不使用导向基团的情况下实现区域选择性和立体选择性。
02
综述内容
近日，东北师范大学刘兆洪副教授和吉林工程技术师范学院王也铭副教授合作发表综述，总结了卡宾插入非活化 C(sp3)–H 键实现简单烷烃的催化 C–H 官能化的研究进展。综述分别讨论了过渡金属催化下四类卡宾（受体/受体、受体、给体/受体和供体卡宾）与环烷烃 (CnH2n) 和非环烷烃 (CnH2n+2) 的 C–H 插入反应。受体/受体卡宾亲电性最强，理论上容易与反应活性低的 C–H 键反应。然而，双吸电子基取代的重氮化合物分解生成相应的金属卡宾需要克服较高能垒，容易发生卡宾自身副反应，且难以控制反应的选择性，受体/受体卡宾与烷烃 C–H 插入反应研究极少。受体卡宾通常由重氮乙酸酯与过渡金属作用生成，具有相对较高的亲电性，是 C(sp3)–H 插入反应中使用最广泛的金属卡宾。高亲电性在提高反应活性的同时，给反应的选择性控制提出了严峻的挑战。西班牙韦尔瓦大学 P. J. Pérez 教授等人使用大体积的铜/银催化剂大大提高了受体卡宾与烷烃 C–H 插入的位点选择性，但是对映选择性的插入反应至今仍然未实现。美国埃默里大学 H.M. L. Davies 教授向受体卡宾中引入给电子取代基，生成供体/受体卡宾，适当地降低了卡宾反应活性，为调控反应的区域和立体选择性提供了可能。供体/受体卡宾与烷烃的 C–H 插入反应发展最好的烷烃催化 C–H 键官能化反应之一。例如，Davies 等人发展了一系列手性二铑催化剂，实现了芳基重氮乙酸酯与烷烃三级、二级、一级 C–H 的位点和对映选择性插入。供体卡宾亲电性低，难以与非活化 C(sp3)–H 键反应。直到2020年，东北师范大学毕锡和/刘兆洪团队利用原位生成高亲电银卡宾策略，首次实现了磺酰腙作为供体重氮前体与烷烃三级 C−H 键的选择性插入反应。迄今，供体卡宾与烷烃 C–H 键的对映选择性插入仍然面临挑战。
金属卡宾与未活化简单烷烃的 C–H 插入反应
03
总结展望
近二十年来，金属卡宾与烷烃的 C–H 插入反应取得了巨大进展，但仍然存在许多尚未解决的科学问题和巨大的机遇。例如，只有使用给体/受体卡宾和昂贵的四羧酸二铑催化剂才可以实现高的位点和对映选择性。因此，开发新的手性催化剂调控其他类型金属卡宾 C–H 插入的区域选择性和立体选择性（特别是对映选择性）以及拓展卡宾来源，增加烷烃 C–H 官能化产物的多样性是未来值得研究者重点关注的问题。
04
论文信息
Catalytic alkane C–H functionalization by carbene insertion into unactivated C(sp3)–H bonds
Yongzhen Pan, Yeming Wang, Swastik Karmakar, Paramasivam Sivaguru and Zhaohong Liu
Org. Chem. Front., 2024, 11, 3777-3799
https://doi.org/10.1039/D4QO00606B
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05
通讯作者简介
刘兆洪 副教授
东北师范大学
东北师范大学副教授。2018年博士毕业于东北师范大学，导师毕锡和教授。目前主要从事金属卡宾为基础的催化反应研究。开发了苯磺酰腙室温分解技术，利用N-邻三氟甲基苯磺酰腙的易分解特性，发展了金属卡宾与 C(sp3)–H 键的选择性插入反应以及金属卡宾参与的杂芳烃多样性分子编辑反应。
王也铭 副教授
吉林工程师范学院
吉林工程师范学院副教授。2011年博士毕业于东北师范大学，师从刘群教授。2011年9月，就职于吉林师范大学化学学院，开始从事异腈化学的独立研究。2019年9月，调转至吉林工程师范学院化学与工业生物工程交叉学科研究院，主要研究基于过渡金属催化反应的合成方法学。
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