投稿到接收仅3个月！他，28岁任四川大学教授/博导，「国家杰青/优青」，最新Nature子刊！可见光催化！

二氧化碳（CO₂）羧基化是合成羧酸最可持续的策略之一。值得注意的是，羰基化合物的还原性羧化反应为制备有价值的α-羟基酸、α-氨基酸及其衍生物提供了有前景的途径。然而，该转化的催化方法尚待深入探索，且主要局限于活化羰基化合物的羧化反应，这些反应依赖于生成稳定的有机金属中间体或碳负离子来与CO₂碳发生反应。

基于此，四川大学余达刚教授和四川大学华西公共卫生学院廖黎丽特聘副研究员（共同通讯作者）等人报道了一种通过可见光光催化实现非活化腙类化合物与CO₂的还原性羧基化反应。多种非活化腙类化合物，包括二烷基取代酮腙、环状酮腙和烷基醛腙等，均适用于此类羧基化反应。

利用CO₂自由基阴离子（CO₂^•−）与腙C=N双键的自由基加成策略，实现了可见光催化CO₂参与非活化腙的还原羧化反应，高效合成了一系列重要的N-氨基-α-氨基酸，产率良好，有别于以往需断裂C=N双键的腙类羧基化方法。此外，该方法具有反应条件温和、良好的底物适用性和官能团兼容性、易于放大及产物可便捷转化为α-氨基酸等优点。机理研究及密度泛函理论（DFT）计算表明，CO₂^•−通过自由基加成作用于C=N键，构成了利用CO₂实现还原性羧基化的独特极性反转策略。

余达刚博士，1986年9月出生，2007.07本科毕业于四川大学化学学院；2012.07博士毕业于北京大学化学与分子工程学院；2012.10—2014.12德国明斯特大学进行博士后研究，洪堡学者；2015.01（28岁）成为四川大学化学学院教授/博士生导师；2018年国家自然科学基金委优秀青年基金；2022年国家自然科学基金委杰出青年基金。研究方向：二氧化碳利用、自由基化学（可见光化学、电化学）、廉价金属催化。

通过使用N-Boc保护的2-十三烷酮腙1a作为模型底物，在1个大气压的CO₂和60 °C可见光照射下，以3DPFIPNtBu作为光催化剂，工业废物PMHS作为还原剂，Cs₂CO₃作为碱，以84%的收率进行了有效的羧化反应，得到了所需的产物2a。将温度从60 °C降低到50 °C会导致2a产量下降至72%。增加光催化系统的浓度对反应结果没有显著影响。对照实验表明，光催化剂、PMHS、Cs₂CO₃和可见光照射都是这种转化所必需的。值得注意的是，在N₂气氛下以6%的收率获得了2a，表明Cs₂CO₃可能作为羧基源。在热条件下时，即使将温度升高到120 ℃，也没有观察到产物2a和α-偶氮羧酸盐中间体 ，排除了直接碱介导的C-C形成。

图1.氨基酸衍生物的意义及其合成策略

作者评估了各种吸电子基团（EWG）对2-十三酮腙氮的影响。腙1b顺利地进行羧化，得到62%的2b，而腙1c和1d的结果较差，观察到大量相应的酮。在芳香环上同时带有供电子基团（EDG）或EWG的N-Boc保护的1-芳基-3-丁酮腙的集合以良好至高产率（77%-89%）转化为相应的产物。N-Boc保护的藜芦酮腙可以很好地反应，以86%的收率得到产物。同时，一些官能团，如甲氧基、酯、CF₃、醚和乙烯基，与条件相容。值得注意的是，丙酮衍生腙1o在这种转化中具有良好的耐受性，证明了这种方法的潜在应用。

图2.酮衍生腙的底物范围

作者还探索了包括未活化醛衍生腙的范围。几种脂肪醛衍生的腙可以适用于这种羧化，包括伯、仲和叔烷基取代的腙。值得注意的是，相对受阻的新戊醛衍生腙以87%收率提供了相应的产物。此外，由丙醛和异丁醛衍生的N-Cbz保护的腙也进行了有效的羧化，以提供所需的α-肼基酸。此外，还观察到直接的C(sp²)-H键羧化产物，可能源于α-羧化氨基自由基的HAT过程，并受到空间位阻增加的抑制。

图3.醛衍生腙的底物范围

在标准反应条件下进行腙1a的克级反应，以81%的收率得到所需产物2a。作者开发了一种简化的一锅两步法，通过缩合和光催化羧化序列将2-十三烷酮转化为所需产物2a，总收率为83%。通过酯化和还原，产物2f以75%的收率转化为α-氨基酸衍生物5。产物2f通过脱保护和缩合有效地转化为吡唑6，产率为81%。重要的是，产物2j的完全脱保护以77%的收率得到（±）-卡比多巴氢溴酸盐7，其可以转化为（±）-卡比多巴水合物。产物4e经过酯化和氧化反应，以69%的收率得到重要的α-酯腙8。

图4.合成转变

图5.机理研究

最后，作者提出了一种合理的机制。首先，脱质子化的腙N-中心阴离子A被光激发的光催化剂（PC*）氧化，导致光催化剂（PC^•–）和相应的N-中心自由基B还原。自旋密度分析表明，B中Boc基团上的氮原子的自旋密度超过了其他原子。这种自旋密度的差异导致该氮原子和甲酸盐之间发生氢原子转移（HAT），这是在碱性条件下由CO₂和PMHS原位产生的。通过这个HAT过程，产生了腙和CO₂物种。然后，CO₂^•−物种在腙C=N键上进行连续的自由基加成，形成α-羧基化氨基C。该中间体可能通过SET还原完成光催化循环，从而产生α-肼基酸产物。或者，该氨基C可通过链传播机制与原位生成的甲酸盐进行HAT反应，得到所需产物。此外，键离解能（BDE）和能垒的DFT计算表明，HAT和自由基加成步骤在热力学和动力学上都是有利的，进一步支持了所提出的机制。

图6.可能的机理

Photocatalytic reductive carboxylation of unactivated hydrazones with CO₂. Nat. Commun., 2026,

已收藏 0

点赞 4