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过渡金属催化从根本上改变了研究人员构建分子的方式，这得益于d区元素能够偶联两个结构复杂的分子片段。Suzuki和Negishi型交叉偶联方法在催化领域十分普遍；然而，由于能够同时构建两个化学键的能力，涉及金属卡宾-烯烃偶联（MCAC）的反应在片段偶联工具箱中也
过渡金属催化从根本上改变了研究人员构建分子的方式，这得益于d区元素能够偶联两个结构复杂的分子片段。Suzuki和Negishi型交叉偶联方法在催化领域十分普遍；然而，由于能够同时构建两个化学键的能力，涉及金属卡宾-烯烃偶联（MCAC）的反应在片段偶联工具箱中也占有重要地位。尽管具有这种明显的实用性，但在环丙烷化和C–H插入反应中使用非稳定卡宾中间体（即仅带有烷基的卡宾）仍然具有挑战性，尽管烷基环丙烷在天然产物和药物中很普遍。这篇视角文章总结了解决将非稳定卡宾基团转移到烯烃和其他捕获剂过程中所涉及挑战的催化方法。
研究背景与意义：在合成有机化学中，片段偶联是构建复杂分子的基本策略。过渡金属催化能够有效提升反应速率及区域、立体选择性。卡宾中间体通过与π键的加成或σ键的插入反应，能够实现与传统交叉偶联截然不同的片段连接方式，增加分子的sp3碳含量。然而，带有烷基取代基的非稳定卡宾在环丙烷化等反应中极具挑战性，这主要受限于难以寻找合适的非稳定卡宾前体以及极易发生的副反应（如1,2-氢迁移）。由于烷基取代的环丙烷广泛存在于天然产物、拟除虫菊酯农化物及如奈玛特韦等药物中，开发此类卡宾转移反应具有极其重要的合成价值与现实意义。本论文发表在《ACS Catalysis》期刊上，系统地总结了过渡金属催化非稳定卡宾转移领域的最新进展与突破。
关键技术方法：研究人员在开展此类研究时，主要采用了基于自由基化学的单电子转移激活模式与配体设计技术。具体而言，这包括利用光氧化还原催化、电化学催化以及简单的金属还原剂来激活二卤代烷烃、醛、腙等非常规的非稳定卡宾前体。此外，合理设计大位阻或氧化还原活性的配体（如卟啉、吡啶二亚胺等）以稳定自由基中间体，同时配合动力学同位素效应（KIE）和密度泛函理论（DFT）计算等手段来阐明催化机理。
研究结果：
Group 6: Cr-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：研究人员发现，铬催化能够通过自由基-极性交叉机理利用偕二卤代烷烃作为非稳定卡宾前体进行不对称环丙烷化反应，成功构建了多种取代环丙烷骨架。
Group 8: Fe-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：通过研究铁催化体系，研究人员证实脂肪醛或偕二卤代烷烃在光催化、电催化或锌粉还原条件下能有效转化为非稳定铁卡宾或铁类卡宾，进而与苯乙烯等烯烃发生环丙烷化或Si–H插入反应，具有良好底物普适性。
Group 8: Ru-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：钌催化体系被证实可利用烷基腙作为卡宾前体实现C–H键插入反应构建四氢呋喃。此外，通过炔烃的偕氢化或偕氢硼化反应也能原位生成非稳定钌卡宾，进而合成环戊烯或双环[3.1.0]己烷类化合物。
Group 9: Co-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：钴催化在金属自由基催化（MRC）方面取得进展。研究证实，钴卟啉配合物可利用偕二氯烷烃或烷基腙为前体，通过净还原序列或自由基途径形成钴卡宾或钴类卡宾，有效实现了吲哚等杂环的分子内环丙烷化、非对映选择性的C–H烷基化，且不易发生副反应。
Group 9: Rhodium-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：铑卡宾通常易发生1,2-氢迁移副反应。然而研究表明，通过使用大位阻铑催化剂或引入烷基三甲苯磺酰腙前体，能够实现分子内烯烃的环丙烷化，合成双环[3.1.0]己烷，或者在温和条件下实现酰胺的N–H键插入以及串联的Bamford-Stevens/Claisen重排。
Group 10: Nickel-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：研究指出，镍卡宾在反应中表现出独特的亲核碳特征。研究人员利用双环[1.1.0]丁烷、[1.1.1]螺桨烷或二氯甲烷等特殊前体，在镍催化下通过形成镍杂环丁烷中间体，实现了烯烃的不对称环丙烷化，且在电化学催化条件下表现良好。
Group 10: Palladium-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：钯催化容易促进1,2-迁移和β-氢消除。但通过无β-氢的底物设计或使用特定NHC配体，研究人员实现了钯(0)卡宾介导的分子内环丙烷化构建[2.1.0]双环戊烷，并可通过调控配体改变反应路径，实现竞争性的分子内C–H插入。
Group 10: Platinum-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：铂卡宾具有显著的高亲电性及单键特征。相关研究多集中于其与炔烃底物的环异构化反应，对非稳定卡宾转移的常规环丙烷化直接应用尚属少见。
Group 11: Copper-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：铜催化多集中于交叉偶联而非经典卡宾转移。研究表明，通过使用磺酰腙裂解原位生成的非稳定铜卡宾，能与炔烃、胺、磷氧化物等发生还原偶联或迁移插入，构建复杂多取代烯烃及多氟芳烃的C–H烷基化产物。
Silver-Catalyzed Carbene Transfer Reactions：银卡宾具有极强的亲电性。研究人员利用[1.1.1]螺桨烷作为非稳定卡宾前体，在银催化下成功实现了与环醚、苯胺或醇的三组分偶联反应。
Biocatalysis：生物催化方面，目前的研究成果均集中于带有酯基等稳定基团的卡宾前体。尽管工程化细胞色素P450等酶在稳定卡宾转移中表现出优异的对映选择性，但针对非稳定卡宾的生物催化转移尚属空白。
讨论与结论：尽管在生成、稳定性及选择性控制上存在巨大挑战，非稳定金属卡宾在催化合成中依然具有不可替代的地位。非稳定卡宾的转移能产生与经典的供体/受体卡宾截然不同的取代模式，推动环丙烷化化学超越传统的亚甲基化范畴。对其反应活性影响因素（如金属种类、氧化态、配体及取代基效应）的深入理解，是设计新反应的关键。基于自由基策略的新型激活模式，结合稳定自由基的配体设计以及原子经济性高的新型卡宾前体开发，极大促进了该领域的发展。未来，通过深入探究副反应产物分布、量化竞争性金属卡宾途径（如1,2-氢迁移）的影响，并将生物催化策略引入非稳定卡宾转移领域以实现高对映选择性转化，将是该领域的重要研究方向。
