成功实现 C-H 键（CHB）官能团化所带来的成果，是当今合成化学最重要的课题之一。Debabrata Maiti 教授如是评价这一只需几步即可将简单的碳氢化合物转化为复杂分子的过程。CHB 的这些特性正引起当今一些高价值行业的关注。
首先给出一个简明的定义。将 CHB 官能团化，就是把它转化为 C-R 键。这里的 R 代表一个官能团，它使最终分子能够进行特定的反应。任何有机分子，例如芳香烃甲苯或非极性分子己烷，都含有许多 CHB。CHB 官能团化的任务，就是设法选择性地分辨出其中一个 CHB，并将其转化为另一种类型的键。做到这一点，实质上就能把一个非常简单的分子转化为有价值的物质。
这些“目标分子”可以是救命药物、农用化学品、医药产品或香料分子。它们不仅需求广泛，而且转化所需的原料也是最简单、最易获得的。这种成本相对较低、效益较高的特点颇具吸引力，业界自然不会忽视。
挑战“巨龙”
Maiti 教授任职于印度理工学院孟买分校 (Indian Institute of Technology (IIT) Bombay)。他工作的主要挑战，是寻找一种特殊手段，将这些简单的有机分子转化为复杂分子。这里讨论的就是位点选择性。这是一场寻找“天选之一”的探索：在多个 C-H 位点中找到那个特定的碳，并利用它选择性地在一个中心促进反应，同时不触及其他中心。这就是探索的目标，而在这场征程中你要对抗的“巨龙”就是区分：当这些相互竞争的中心都同样易于接近，且与周围其他中心同样简单或同样复杂时，究竟靠什么将它们区分开来？
不妨把这条巨龙想象成有许多个头，每个头都戴着一顶不同碳氢键的“王冠”。你需要逐一审视每个头，却不能惊动其他的头。此外，在这一过程中，你还必须让自己和这头巨兽都安然无恙。在实验室中，你要寻找的是一个“活”的 CHB，它能对合适的催化剂和方法做出响应，并避免错误选择带来的问题——错误选择可能导致各种反应以不同程度“乱枪打鸟”般地发生。
以这种方式开展的酶工程如今比以往任何时候都更加普遍，但这并不意味着它是一项简单的任务。Maiti 教授自身在 CHB 官能团化方面的努力，与全球科学界的工作方向一致：大家都在致力于找到一种高效的、可在实验室实现的仿生选择性催化方法。
令人苦恼又令人振奋的是，自然界早已能很好地完成这一过程。在自然生物学中，可以用一个有机分子得到一个明确的产物。在这里，酶（通常是蛋白质分子）就是有机催化剂。
但若在实验室合成化学中尝试同样的转化，情况就截然不同了。你或许能够成功复现该反应，但结果很可能达不到所需的选择性。尤其是当把通常庞大而复杂的催化蛋白分子转化为更简单、更高效的化学物质本身就更加困难时，情况更是如此。
驾驭底物
仿生化学酶反应通常通过一个简单的活性位点或金属中心进行。数百万年的进化赋予了酶选择性特征，这意味着酶会利用特定分子催化特定反应，因为这些化学物质会像钥匙插入锁孔一样嵌入酶的活性中心。底物固定在酶内部并靠近活性中心，从而降低了目标化学反应的活化能，使得例如通过静电力形成的氢键相互作用、CH−π 相互作用或众多其他弱相互作用中的某一种成为可能。在自然界中，可以看到数百甚至数千种弱相互作用，且不会造成位移影响。相反，它们恰好完美契合。
实验室中所用的底物则远没有那么“配合”。化学环境中并没有能够在物理上约束分子、引导其形成易于发生化学反应构型的中心，而是容许底物在远离活性位点处拥有一定的自由度。这使得底物可以旋转、翻转，随意运动。Maiti 教授正致力于通过一种设计来应对这种流动性，使研究人员能够弄清底物的取向，以及它是固定的还是被永久锁定的。了解这一点后，就有可能改变活性位点或金属中心，从而提高反应的收率和专一性。
多元化的方法
C-H 键的活化需要提供能量。传统上，工业中为达到启动化学反应所需的活化能，通常需要提供高温——可达 120、150 oC。采用 Maiti 教授正在开发的这类催化剂，可以改善这一状况。
催化过程中另一个关键步骤是催化剂再生，在本例中即金属中心的再生，需要对其进行再氧化（需要向金属提供电子）——通常使用硝酸银和乙酸银等强氧化性化学品。然而，从工业角度看，使用这些物质并不可行，因为它们成本高且具有危险性。替代氧化性盐的方案包括提供电流（电化学）或光源（光化学）。光催化和电化学方法并不完美，但它们使采取更具针对性的方法成为可能。这些替代工艺也存在缺点，因为可能提供了错误波长的光，或施加的电荷水平不合适。该过程需要将金属中心氧化，使其恢复为具有催化活性的中间体。也可以采用一种混合方案：含有钯等昂贵金属的光催化剂与所提供的光发生作用，并将电子转移到金属中心，从而使催化剂再生。
全球关注
目前，全球各地正在探索实现有效 CHB 官能团化的多种途径。正如酶本身一样，Maiti 教授也清楚，任何方法都不太可能完美。然而，作为一名合成化学家，他希望有朝一日能发现一种与大自然本身同样高效的工艺。这或许是很高的期望，但在他看来，在工业规模上高效实现 CHB 转化将具有革命性意义。
而这些转化的积极影响似乎已开始显现。制药企业已经能够缩短研发周期、减少合成步骤，从根本上改变了分子的制备方式。一些多步工艺如今已大幅精简，十步或二十步的流程被缩减至寥寥数步。
而且，这些益处也正体现在跨行业的应用中，成功的分子研究成果正在不同行业之间共享。例如，开发一种利用苯甲酸等广泛易得的简单分子来处理苯酚或甲苯的方法，可同时惠及医药和农化领域。
由此看来，Maiti 教授的观点或许不无道理。我们也许尚未完全实现目标，但有充分理由对 CHB 官能团化的前景保持乐观。