通過C?H鍵活化策略實現底物的直接官能團化，是極具吸引力的有機轉化反應之一。因為該類反應不需要對起始反應底物預先官能化，大大縮短了合成路線，提高了反應原子經濟性�？梢詫⒑唵蔚挠袡C分子轉化為各種有價值的有機化合物，在材料科學和藥物研發等領域中有著重要的應用。

目前對于碳氫官能團化反應催化劑的研究大多集中于稀少且昂貴的后過渡金屬，如Pd Pt Rh, Ir, Ru等。而對于前過渡金屬，如稀土金屬的研究則非常少。這主要是由于稀土金屬大多具有穩定的+3價氧化態，無法發生后過渡金屬常見的兩電子氧化還原反應。但另一方面，稀土金屬是元素周期表中元素種類最多的一族，包括鈧、釔及鑭系金屬共計17種，且具有不同于后過渡金屬的獨特性質，例如：(1) 稀土金屬不遵守18電子規則，具有較高的配位數，因此有利于底物的絡合與活化；(2) 稀土金屬離子屬于硬路易斯酸，具有較強的親氮性和親氧性； (3)稀土-C鍵和稀土-H鍵離子性較強，活性較高，易于與底物發生σ?鍵復分解反應從而活化C-H鍵。正是由于稀土金屬這些獨特屬性，使其在C-H官能團化反應中展現出了其它催化劑難以實現的反應性和獨特的選擇性，和后過渡金屬催化的C-H官能化反應互為補充。

本期為大家介紹由蘇州大學徐信課題組發表的關于稀土金屬催化的碳氫官能團化反應的研究進展——作者對近年來稀土金屬催化的碳氫官能團化反應進行了綜述及展望。

在這篇綜述中，作者以C?H鍵活化策略構筑C?C鍵及C?雜原子鍵為出發點，先后介紹了稀土金屬催化的烷基化反應、烯基化反應、胺烷基化反應、硅基化反應以及硼化反應等。并討論了相應反應的底物范圍、優點、局限性以及反應機理。

稀土金屬活化C?H鍵早在上世紀80年代就被Watson等人發現并報道，但直到2011年日本理化所侯召民課題組利用陽離子型單茂稀土烷基配合物實現了吡啶的碳氫烷基化反應之后，稀土金屬配合物才逐漸在C?H官能團化反應中得到了較為廣泛的應用，實現了后過渡金屬無法實現的多類反應，展示了獨特的選擇性。這類反應大多具有如下特點：(1) 催化劑主要為陽離子型稀土金屬烷基化合物，茂系稀土化合物占據主導地位，非茂系稀土化合物也逐漸得到了開發與應用；(2) 催化體系較簡單，由于稀土金屬的價態穩定，在反應過程中不易變價，因此反應中不需要加入額外的添加劑，如氧化劑、還原劑、酸、堿等；(3) 反應底物通常不需要額外導向基團，如吡啶、酰胺、嘧啶、羥基等，而主要通過底物自身的雜原子作為導向基團；(4) 稀土金屬配合物通過σ-鍵復分解反應活化相應底物的C?H鍵。

與此同時，該領域尚處于萌芽階段，仍存在諸多亟待解決的問題，例如：(1) 絕大部分反應需要通過原位反應生成陽離子型稀土配合物作為催化劑，這可能是由于中性稀土金屬配合物路易斯酸性不足或者配位飽和導致。是否可以通過合理的配體設計，利用中性稀土配合物實現更多的碳氫官能團化反應；(2)目前報道的反應類型仍十分有限，主要以C?H烷基化反應為主。由于底物的限制，在復雜產物和藥物分子合成中的應用鮮有開發；(3) 反應活化的碳氫鍵大多為芳環鄰位的C(sp²)?H或者雜原子α位的C(sp³)?H，是否可以通過稀土催化體系的調控，實現更具有挑戰性的間位、對位或者遠程碳氫鍵官能團化； (4) 不對稱催化反應的例子目前仍較少，更多的不對稱催化反應仍有待開發。機遇與挑戰并存，近年來稀土金屬催化的碳氫官能團化反應展現出了獨特的應用前景，作者相信，這個快速發展且具有重要意義的研究領域在不久的將來會產生更多的創新性成果。