季碳中心具有刚性和结构多样性，是许多天然产物、药物和生物活性分子中的关键结构单元。“一碳”合成子对碳-碳单键的插入是构建季碳中心的理想反应，但极具挑战性。2018年，毕锡和课题组在银的催化下实现了金属卡宾对1,3-二羰基化合物C–C键的插入反应，高效合成了α-位含全碳季碳中心的1,4-二羰基化合物，首次将金属卡宾对C–C键的插入反应扩展到了非张力体系中（Angew. Chem.Int. Ed. 2018, 57, 8927；iScience 2018, 8, 54）。有趣的是，改用Sc(OTf)₃作为催化剂时，重氮化合物则以完全不同的化学选择性方式发生C–H键的插入反应，得到含叔碳中心的1,3-二羰基化合物。这一反应充分展示了过渡金属催化剂在调控重氮化合物活化模式方面所具有的巨大潜力，但是对其中重氮化合物的具体活化模式和化学选择性产生的根本原因尚不清楚。

图1. 银和钪催化重氮化合物与1,3-二羰基化合物C–C键或C–H键选择性插入反应

近日，毕锡和与张景萍等人通过使用密度泛函理论（DFT）方法分别研究了银和钪催化重氮化合物与1,3-二羰基化合物C–C键和C–H键插入的反应机理以及反应具有化学选择性的原因。结果表明，重氮化合物首先与Ag和Sc反应形成相应的银卡宾和钪卡宾。配位数低的银卡宾与1,3-二羰基化合物经过亲电加成，分子内环化，选择性开环和烯醇异构等过程选择性地发生C–C键插入反应，生成α-位含全碳季碳中心的1,4-二羰基化合物。配位数高的钪卡宾与1,3-二羰基化合物经过亲电加成和质子化过程选择性地发生C–H键插入反应，生成α-位含叔碳中心的1,3-二羰基化合物。关键过渡态环张力的不同以及银和钪金属中心配位数差异引起的前驱体中氢键相互作用的不同共同影响了选择性的产生，该结果为发展过渡金属催化的卡宾转移反应提供了新思路。

图2. 银和钪催化选择性产生步骤中优化得到的关键中间体和过渡态构型

相关成果近期在线发表于Chin. J. Org. Chem.。详细内容见：Cao Shanshan, Liu Zhaohong, Yuan Haiyan, Yang Liu, Zhang Jingping, Bi Xihe. Catalyst-controlled Selective Insertion of Metal Carbenoids into C—C and C—H bonds of 1,3-Dicarbonyl Compounds: A DFT Study[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, doi: 10.6023/cjoc202003003.