碳氢键选择性官能化反应可实现从简单底物快速构筑复杂分子，在新药筛选、天然产物衍生化以及功能材料分子合成中具有广泛应用前景。碳氢键官能化中的常用策略之一是利用高反应活性的金属卡宾中间体对碳氢键进行插入，可在无导向基团的情况下，实现底物分子中特定位点碳氢键的简洁高效官能化反应。然而该类型反应目前还存在许多挑战：1）反应通常需要使用贵金属催化剂，且反应的转换数(turn over number)一般低于10,000，因而规模化应用成本较高；2）底物分子中存在多种类型碳氢键时，相对更惰性的一级碳氢键的选择性插入较难实现；3）目前X-H键插入反应（X为氮、氧、硅等）均已应用于高分子化合物合成，但碳氢键插入反应在高分子合成中的应用尚无报道，其原因在于碳氢键解离能较高，易发生副反应导致链增长过程终止。

近期，中国科学院上海有机化学研究所沪港化学合成联合实验室的支志明院士和徐镇江副研究员团队在铱卟啉催化卡宾碳氢键插入反应的前期工作基础上(Chem. Commun.2012,48,4299;ACS Catal.2013,3,1144)，进一步发展了铱卟啉催化的高效高选择性卡宾碳氢键插入反应(Nat. Commun.2025,16,3311)。以轴向芳基取代的手性铱卟啉为催化剂，苯乙酸重氮酯为卡宾源，实现了卡宾对N-甲基吲哚啉和N -甲基苯胺类化合物中氮邻位甲基碳氢键的高效高选择性不对称碳氢键插入反应，反应条件温和，兼容多种类型取代基底物，以优异的对映选择性（最高99% ee）和高催化转换数（8万-138万）获得手性β-氨基酸衍生物。放大至100g量级时反应仍可保持优异的收率、立体选择性及高转化数(最高达90万)。反应可以顺利地应用于复杂天然产物后修饰，雌酮及青蒿素衍生物均能以高产率和立体选择性得到相应碳氢键插入产物。基于铱卟啉催化剂在反应中表现出的高催化活性及选择性，实现了碳氢键插入反应进行逐步缩合反应合成了聚β-氨基酸酯类化合物，分子量最高可达50kDa，拓展了碳氢键插入反应在高分子材料合成中的应用场景。

图：铱卟啉催化的 a）不对称碳氢键插入反应和 b）逐步缩聚反应

中国科学院上海有机所沪港化学合成联合实验室的研究助理李宗瑞和香港大学博士研究生詹堃为文章的共同第一作者。北京师范大学的吴亮亮研究员对反应机理进行了量子化学计算研究。该工作得到了基金委、科技部、有机所、香港研究资助局及香港裘槎基金会的经费支持。