最近，過渡金屬 C?C 鍵活化方面取得的重大進展使得多種碳同位素交換反應得以發展。這些方法基于在選定的過渡金屬和標記的一氧化碳或二氧化碳存在下的CC鍵脫羧羧化反應。

碳和氫同位素在不同的科學領域都有重要的應用，例如藥物發現、化學或材料科學。1這些普遍存在的原子的穩定同位素（氘和碳 13）用于合成用于 LC-MS 定量的內標或用于磁共振成像技術的標記代謝物。2另一方面，放射性標記化合物（含有氚 (?3?H) 或碳 14 (?14?C)）對于研究代謝途徑，以及更一般而言，研究物質在吸收、分布、代謝和代謝過程中的體內命運仍然是不可或缺的。排泄（ADME）研究。在過去的十年中，氫同位素交換 (HIE) 3領域取得了重要突破，它可以被視為最基本的 C?H 功能化過程（方案?1）。在各種用于選擇性 C?H 官能化的催化劑的引人注目的發展的推動下，這一研究領域取得了進展，現在可以直接獲得氘代或氚化類似物。使用這種成熟的策略，現在可以在多個位置上進行氫同位素摻入，這是制備 MS 內標的一個基本特征，并且即使對于高度復雜的分子（例如藥物）也具有令人印象深刻的選擇性。3然而，3?H 標記化合物可能會因酶促反應和/或與周圍水的同位素交換而發生不需要的體內代謝降解，從而導致3?H 標記丟失。這解釋了對14?C 標記化合物的補充需求。事實上，將14?C 同位素嵌入化合物的結構核心是一種強烈推薦的方法，用于追蹤母體分子和隨后的代謝物，以闡明它們在體內的命運。然而， 14?C標記分子的制備通常伴隨著高昂的合成成本以及大量放射性中間體和廢物的產生，需要適當處理。這些缺點是由于可在多步放射合成的早期階段將其摻入底物的市售14?C 源數量有限所致。4從概念上講，開發與 HIE 類似的碳同位素方法，即碳同位素交換 (CIE)，可能自然會被視為獲取13?C- 和14以直接且更可持續的方式標記 C 標記分子。然而，與 C?H 活化技術相比，選擇性催化 C?C 鍵活化工藝的發展引起的關注較少。這種滯后主要是由于與 C?H 鍵相比，CC?C σ 鍵具有更高的惰性。盡管如此，在過去三十年中通過氧化加成在過渡金屬 C?C 鍵激活方面取得了重大進展之后，5最近描述了 CIE 的第一個例子。本文討論了?這些開創性和補充性的方法，這些方法依賴于在選定的過渡金屬和標記的一氧化碳（CO）或二氧化碳（CO?2?）存在下進行的CC鍵脫羧羧化反應（圖1）。

CIE 反應由 Gauthier、Baran、Cantat 和 Audisio 小組開發，并提供了制備的14?C 標記化合物的示例。碳 14 同位素摻入的百分比在方括號中以藍色給出，分離的標記酸的產率在括號中以黑色給出。

2018 年底，報告了一種基于使用已知的雙室系統7和標記的 CO 前驅體的程序，原位生成氣體并在鈀催化下實現 CIE。該工藝適用于以活化酰基氯為起始材料，可以獲得大量脂肪族和芳香族標記的化合物，具有良好的同位素結合和產率，甚至對于藥物等復雜結構也是如此。此外，對于在羰基的α位具有立體中心的羧酸，可以通過微調實驗條件和膦配體的性質來保留對映體純度。主要限制是酰氯形式的羧酸部分的預活化以及[?14?C]COgen的使用，[ 14 C]COgen是一種能夠在特殊玻璃器皿中產生[?14?C]CO的反應物。事實上，碳-14 在核反應堆中以碳酸鋇 ([?14?C]BaCO?3?) 的形式產生，并通常轉化為高度穩定的二氧化碳 ([?14?C]CO?2?)。然后，由[?14 C]CO?2分三步形成[?14?C] COgen試劑，增加了合成步驟的數量和產生的放射化學廢物的量。盡管如此，它的使用是一種在兩室反應器中引入受控量的[?14 C]CO氣體（1.5當量）的安全且精確的方法。

Baran 8及其同事?開發了一種使用更方便的[?14?C]CO?2氣體作為同位素源來生成碳14放射性標記脂肪酸的方法（圖1b??）。該策略基于在過量[?14?C]CO?2（5–32 當量）存在下鎳介導的活化酸轉化。雖然必須在 CIE 反應之前形成N-羥基鄰苯二甲酰亞胺氧化還原活性酯，但該過程在室溫溫和條件下提供了一系列標記的復雜烷基羧酸鹽，并具有足夠的同位素摻入用于 ADME 研究。

Cantat、Audisio、9和同事還使用 [?14?C]CO?2氣體作為芳香族和雜芳香族羧酸的 CIE 反應的同位素源（圖?1??c）。他們報道稱，芳香族羧酸鹽在銅鹽存在下經歷熱CO?2擠出，隨后有機金屬中間體與標記氣體反應生成相應的14?C標記酸。該CIE程序僅在2小時內用3當量[ 14?C]CO?2對羧酸銫鹽進行，但反應溫度很高（150℃）。在這一一步過程中成功標記了幾種具有生物活性的羧酸，并具有優異的比活性。這些例子清楚地表明了這些 CIE 方法相對于傳統多步驟方法的優勢。