过渡金属催化的N-H键的碳插入反应已成为构建C-N键的稳定和通用的方法。虽然均相催化金属碳烯N-H插入取得了重大进展，但由于金属碳烯中间体的高亲电性，该领域的化学选择性控制仍然具有挑战性。
基于此，华东理工大学赵杰副研究员、清华大学李亚栋院士和王定胜副教授等人报道了一种合成铑单原子位点催化剂（Rh-SA）的有效策略，该催化剂将Rh原子包围在三个氮原子和一个磷原子中，并掺杂在碳载体中。Rh-SA催化剂负载仅为0.15 mol %，对多种苯胺和杂芳胺与重氮酯结合的非均相碳插入具有优异的催化性能。此外，还获得了一组立体电子不同的重氮酯对N-H键插入的相似选择性，突出了这种多相催化方法的普遍适用性。通过DFT计算，作者研究了所表现出的催化行为和化学选择性N-H键插入反应，以分析非均相Rh-SA催化中的能垒。假定的催化循环包括通过重氮酯分解形成金属碳（C=Rh）的基本步骤，随后将X-H键（X=N或O）插入金属碳中间体。碳化铑的形成是放热的，并表现出6.64 kcal/mol（TS0）的活化势垒。计算表明，碳烯N-H插入步骤的反应势垒为21.31 kcal/mol（TS2），小于相应的单碳烯O-H插入步骤的反应势垒（TS1, 25.95 kcal/mol），从而导致了3am的选择性生成。需注意，RhN3P碳-碳化合物在Rh原子上的Bader电荷分别小于类似物RhN4和均相Rh2(OAc)4。因此，工程化RhN3P的金属碳具有较低的亲电性，增强了随后插入到N-H键的选择性。电荷密度差表明，P和转移的H原子的电子分布相反，诱导了P和H原子之间存在静电吸引，稳定了这两个过渡态这种相互作用，加速了碳插入过程中的质子转移，因此非均相催化体系中的X-H插入步骤通过协同加成进行。Heterogeneous Rhodium Single-Atom-Site Catalyst Enables Chemoselective Carbene N-H Bond Insertion. J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c01408.
