含有碳氢键的化合物几乎无处不在，是理想的反应原料。由于碳氢键活性低，通常需要金属催化剂来活化。近几年该方面的研究工作表明，茂基三价铑催化剂对碳氢键活化有着独特的活性、选择性以及官能团兼容性。尽管如此，由于底物和反应的多样性，仍然需要对底物进行活化。我所金属络合物与分子活化研究组（209组）在这一领域取得了一系列进展，并在Acc. Chem. Res. 上发表综述 (Acc. Chem. Res.2015,48, 1007.)。近期取得的代表性进展如下：
(1) 芳烃底物的活化
芳烃碳氢键和金属催化剂作用产出的金属-碳键（M-C）活性中间体是亲核性的，因此只能和亲电试剂电性匹配，发生偶联。为了克服这一局限，该研究组之前采用的策略是对偶联试剂进行极性反转，将其原位转化为亲电试剂（J. Am. Chem. Soc.2014,136, 4780; Org. Lett.2015,17, 920.）。为了拓宽极性反转的概念，进一步提出了将芳烃进行极性反转的新思路，即将亲核性的Cδ--H键经铑催化转化为亲电、高活性、稳定的高价碘试剂Cδ+-I(III), 从而达到和一系列亲核试剂偶联的目的；利用这一策略实现了芳烃碳氢键在氮原子定位作用下和简单的高价碘原料（Koser试剂）之间的高价碘化反应，得到非对称的二芳基高价碘。基于二芳基高价碘的亲电活性，可以经铜催化简便地和一系列C、N、O、P、S、Br等亲核试剂发生选择性的（亲核）官能化。该反应的优点是，对于这些形成不同的碳-碳、碳-杂原子键的反应，无需逐一经过C-H键活/官能化反应来对每一个反应进优化，因此具有发散合成的优势。这一工作发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed.2015,54, 7405）。
(2) sp3 C-H键的活化
铑催化碳氢键活化体系中绝大多数底物局限于芳烃和烯烃(sp2 C-H)，而烷烃的碳氮键由于下列原因通常活性很低： (1) C(sp3)-H键的位阻较大；(2) 形成的Rh-C(sp3)中间体的活性低，和偶联组分作用较为困难； (3) 形成的Rh-C(sp3)中间体可能发生b-氢消除等不利反应。正因如此，三价铑催化下C(sp3)-H键官能化的报道仅有数例。因此利用烷烃中C-H键作为原料来快速构建C-N键有重要意义。该研究组利用稳定而有高活性的杂环作为酰胺化试剂，在三价铑催化下实现了一系列甲基和亚甲基碳氢键的选择性酰胺化。该反应具有条件温和、选择性高、底物范围广、官能团兼容性好等优点，同时也适用于天然产物的后期官能化。反应经历了碳氢键活化、酰胺化试剂的脱二氧化碳产生nitrene 中间体、以及铑碳键对nitrene的插入等过程。初步结果表明，羧酸银盐添加剂既能辅助碳氢键活化，也有助于酰胺化试剂的活化。这一工作近期发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, DOI: 10.1002/anie.201506323)上。
该系列工作得到了国家自然科学基金及中国博士后基金等的支持。（文/图 李兴伟）
