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脂肪酸是分子結構中含有羧基的長烷基鏈化合物，是重要的化工原料，被廣泛應用于食品、醫藥、塑料化工等領域。雖然脂肪酸可以通過動植物油脂中進行衍生提取，但是得到的往往是多種脂肪酸的混合物。為了真正得到有工業使用價值的脂肪酸，現在的方法是使用純度較高的烯烴衍生物，并且在合成過程中需要貴重且毒性較高的金屬催化劑，這些都使得其工業生產成本較高。

而來自西班牙Institute of Chemical Research of Catalonia的Ruben Martin研究小組最近開發了脂肪酸的新合成方法。他們使用二氧化碳氣體與烴類化合物的在特殊催化劑下的反應，并有著較高的位點選擇性。該工作的重要意義在于，一方面使用了溫室氣體二氧化碳作為重要工業價值化合物的合成原料之一，并且進一步發現烴類化合物可以直接使用工業石油原料混合物，而無需底物提純。該工作發表在最新一期的國際頂尖雜志《Nature》上。

（本文作者Toni Moragas (左) 與 Francisco Juliá）

該反應中最重要的角色就是催化劑，這是一種鎳金屬催化劑，它可以在一個較長脂肪鏈上“行走”，在特定的位點，催化劑可以將二氧化碳定點引入，成為羧基。事實上，這種可以行走的催化劑是受到一種聚合催化劑的啟發而設計出來的。在反應過程中，首先通過溴化反應將不飽和烴類化合物轉變為溴化烴，隨后，它與催化劑通過C-Ni鍵形成一個中間產物，這個中間產物是不穩定的，Ni催化劑會通過與鄰氫的β消除反應自由移動，這也就是所謂的“行走”。通過合理設計催化劑的配體，研究者可以加速這種“行走”過程。當催化劑行走到烷基鏈的末端時，由于無法再發生β消除反應，此時體系中的二氧化碳會與該催化位點反應生成脂肪酸。

（實現這種位點選擇性催化脂肪酸生成的機理）

（對該反應進行的多種底物探究，證明具有良好的普適性）

實現該反應的條件并不嚴苛，在室溫、常壓下即可進行該反應。

更為難得的是，這個反應可以直接從含有烷烴/烯烴的石油原料混合物出發，而無需中間的原料提純。

（直接從石油原料出發的羧基化反應）

國際同行——Rice University的知名有機化學家James Tour對這個工作評價極高，他認為，這種新的合成方法對于藥物合成意義重大，尤其是對于奇數碳數的脂肪酸，用這種合成方法可以大大降低成本。

參考文獻：Juliá-Hernández, F.; Moragas, T.; Cornella, J.; Martin, R., Remote carboxylation of halogenated aliphatic hydrocarbons with carbon dioxide. Nature 2017, 545 (7652), 84-88.