（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

最近，在有機分子骨架中進行選擇性刪除、插入或交換原子的策略，備受關注（Figure 1A）。同時，骨架編輯策略在制藥、農用化學品、香水和材料行業具有重要意義。其中，與涉及雙重C-C鍵的反應相比，將單碳插入至單個C-C鍵的方法在很大程度上仍然不發達。目前，將單碳插入單個C-C鍵的經典例子主要與羰基化合物的反應有關，如Wolff重排和Arndt?Eistert反應等。最近的研究表明，芐基C-H鍵可以作為一個戰略官能團來實現單碳的插入（Figure 1B）。Manchen?o與Alemán團隊證明了在銅催化劑作用下，由黃嘌呤或二氫吖啶（dihydroacridine）衍生物中的芐基C-H鍵生成的碳陽離子可與(三甲基硅基)重氮甲烷（trimethylsilyldiazomethane）反應，得到作為單碳插入產物的dibenzoxepines和dibenzazepines。另一方面，Morandi團隊開發了一種羥吲哚類化合物的單碳插入策略，涉及通過用LHMDS對酸性芐基C-H鍵進行去質子化，并用相應的烯醇化鋰的二碘甲烷進行烷基化反應。該過程產生了一種合成中間體，在隨后用LHMDS或AgBF₄處理后，可選擇性地獲得區域異構體喹啉酮產物。受到卡賓和金屬卡賓與C-H鍵和碳陽離子反應以誘導C-C鍵斷裂過程的啟發，近日，西班牙加泰羅尼亞化學研究所（ICIQ）Marcos G. Suero團隊報道了一種利用雙氮雜丙烯啶（diazirines）作為氯芳基卡賓的前體[Cl?C(:)?Ar]，其可作為carbynoid物種，能夠對三級C-H鍵進行位點選擇性官能團化反應（Figure 1C）。該過程產生氯化芐中間體，經銀鹽處理后發生Wagner?Meerwein重排。歡迎下載化學加APP到手機桌面，合成化學產業資源聚合服務平臺。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

2019年，Suero團隊報道了一種Rh-carbynoids的催化生成，這是一類被高價碘(III)部分取代的銠-卡賓（Figure 2A）。研究結果表明，Rh-carbynoids可以具有雙重卡賓/碳陽離子的性質，通過單價陽離子碳炔（:+C?R）在烯基C(sp²)?C(sp²)鍵進行單碳插入。或者，化學家們還開發了利用Rh-carbynoids誘導單碳插入以及氯芳基卡賓進行單碳插入反應。利用這些親電carbynoids的雙重卡賓/碳陽離子的性質，作者假設，Rh-carbynoids是否可以通過C-H鍵插入芐基C-H鍵形成int-I（Figure 2B）。int-I中離去基團的離去，生成碳陽離子int-II。int-II可能會經歷1,2-芳基位移，生成中間體int-III，其經質子消除（Wagner?Meerwein重排）后，從而獲得目標產物。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

在最初的研究中，采用1a與不同的試劑2a-2e，在Rh₂(esp)₂或紫色LED燈照射條件下，均未能獲得目標產物3（Table 1A）。前期的研究發現，在卡賓C-H鍵插入反應中，三級C-H鍵比二級或一級鍵更具反應性。因此，作者采用異丙苯作為底物，苯作為溶劑，2f作為氯芳基卡賓的前體，紫色LED光（390 nm，40 W）作為光源，可以14%的收率得到化合物4a，并生成一定的副產物，如氯芳基卡賓（5）二聚反應以及卡賓與2f的反應（6）。4a是一種穩定的化合物，AgBF₄（1.5 equiv）作為氯化物攫取劑和Bu₄NOTf（2.0 equiv）作為添加劑處理后，通過Wagner?Meerwein重排，可以95%的收率獲得目標產物7a（Table 1B）。為了進一步提高第一步反應的收率，作者采用1a與2f為模型底物，進行了相關反應條件的篩選（Table 1C）。當以紫色LED光（390 nm，40 W）作為光源，在CH₂Cl₂溶劑中28 ^oC反應6 h，可以80%的收率得到化合物4a。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

在獲得上述最佳反應條件后，作者對單碳插入策略的底物范圍進行了擴展（Table 2）。首先，一系列在芳基的對位/間位含有不同取代的異丙基苯衍生物，均可順利反應，獲得相應的產物7b-7l，具有良好至優異的收率。然而，芳基的鄰位含有甲基或溴取代的異丙基苯衍生物，未能有效的參與反應，如7m和7n，可能是由于氯芳基卡賓C-H鍵插入過程中的空間位阻導致。同時，含有醛、胺或醇官能團的異丙基苯衍生物觀察到C-H鍵插入，當烯烴用作取代物時，則生成卡賓環丙烷化和C-H插入的混合產物。其次，采用4-環戊基異戊醇為底物，得到四取代和三取代烯烴的混合物7o。采用 四氫化萘與9H-氧雜蒽為底物時，可獲得相應的苯并環庚烯（7p）與二苯并[b,f]oxepine（7q）。通過此策略，還可將9H-芴 和四氫熒蒽 轉化為材料科學中相關的聚芳烴，如菲類化合物（7r-7t）和5,6-二氫-4H-苯并[de]蒽（7u）。值得注意的是，具有三級C-H鍵的簡單烷烴，如甲基環戊烷或cis-十氫萘，提供了復雜的四取代烯烴（7v和7w）。同時，利用卡賓C?H插入和Wagner?Meerwein重排一鍋法，可輕松合成產物7a、7o、7q-7s和7u。此外，在芳基的不同位含有不同取代的雙氮雜丙烯啶，也是合適的底物，可以良好至優異的收率得到相應的產物7x-7z和7aa-7ad（Table 2C）。然而，由吡啶和2-嘧啶衍生的雜芳基取代的雙氮雜丙烯啶，未能有效的參與反應。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者將單碳插入策略應用于天然產物衍生物的后期衍生化，如O-Me-香芹酚與N-鄰苯二甲酰-脫氫松香胺（Figure 3）。有趣的是，與后者進行的反應時，生成了化合物7ag、7ag*和7ag**的混合物。化合物7ag是C-H插入異丙基的產物。7ag*是由初始的C-H插入芐基亞甲基形成的。7ag*的形成可以用AgBF₄產生芐基碳陽離子來解釋，其經歷1,2-氫轉移以形成環狀碳陽離子。隨后的質子消除提供了7ag*。7ag**是由雙重卡賓C-H鍵插入兩個不同的芐基C-H鍵形成的。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）