C-H鍵官能化萌芽于上世紀(jì)60年代，自90年代逐步興起，這類反應(yīng)打破了有機(jī)合成設(shè)計的常規(guī)思路。傳統(tǒng)的有機(jī)反應(yīng)專注于調(diào)控不同官能團(tuán)的化學(xué)選擇性，C-H鍵官能化則是通過特定手段，即便在反應(yīng)活性更高的其他官能團(tuán)存在時，仍舊只發(fā)生目標(biāo)C-H鍵的區(qū)域選擇性轉(zhuǎn)化。經(jīng)典的非活化C-H鍵官能化以自由基引發(fā)劑或在光照條件下通過自由基反應(yīng)途徑實現(xiàn)這一過程，區(qū)域選擇性由不同C-H鍵之間解離能的差異加以控制，但結(jié)果往往不夠理想。過渡金屬催化劑參與的C-H鍵官能化則使選擇性的問題得到了很大程度的解決，其中Murai和Chatani提出的導(dǎo)向基團(tuán)策略更是極力推動了C-H鍵官能化的發(fā)展，從最初僅能修飾簡單的碳?xì)浠衔铮瑢崿F(xiàn)了向構(gòu)建多種復(fù)雜分子的轉(zhuǎn)變。
C-H鍵烷基化是有機(jī)合成中一類重要的反應(yīng)，將特定的脂肪族基團(tuán)引入生物活性分子中常常會使目標(biāo)分子的物理性質(zhì)及藥理活性發(fā)生較為顯著的改變。以簡單的甲基化反應(yīng)為例，甲基通常被視為是一種化學(xué)惰性的基團(tuán)，但引入目標(biāo)分子中可以通過色散力等相互作用改變其立體電子效應(yīng)，從而影響藥物分子與生物靶點的作用機(jī)制。迄今為止，芳香烴及烯烴等C(sp2)-H鍵烷基化反應(yīng)已發(fā)展得十分成熟，人們設(shè)計了多種過渡金屬催化體系，借助不同的導(dǎo)向基團(tuán)或模板甚至可以實現(xiàn)底物不同位置的區(qū)域?qū)Ｒ恍曰罨欢緹N的C(sp3)-H鍵烷基化反應(yīng)仍舊需要很大的改進(jìn)。最近，美國普林斯頓大學(xué)的David W. C. MacMillan教授及其團(tuán)隊報道了他們在C(sp3)-H鍵烷基化研究中的最新進(jìn)展。作者借助光氧化還原催化體系，將鎳催化劑參與的過渡金屬催化與奎寧環(huán)引導(dǎo)的有機(jī)分子催化結(jié)合起來，共同構(gòu)成三催化循環(huán)，基于C-H鍵與有機(jī)分子催化劑的極性匹配原則實現(xiàn)了含有孤對電子的N、O、S等雜原子脂肪烴α位強(qiáng)C(sp3)-H鍵的高選擇性烷基化過程。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature 上，并列第一作者為Chip Le、Yufan Liang博士、Ryan W. Evans博士。
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