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川大余達剛課題組實現(xiàn)可見光催化CO2參與C(sp3)–F鍵的選擇性羧基化反應

來源:四川大學化學學院      2021-09-10
導讀:四川大學化學學院余達剛教授課題組實現(xiàn)可見光催化CO2參與C(sp3)–F鍵的選擇性羧基化反應,該研究發(fā)表在Chem上。余達剛教授是化學加網(wǎng)“2021中國醫(yī)藥&精細化工產(chǎn)業(yè)青年企業(yè)家科學家高峰論壇”108分享嘉賓之一。

二氧化碳(CO2)是一種安全無毒、儲量豐富的溫室氣體,也是一種理想的C1合成子,利用其制備結(jié)構多樣的羧酸化合物具有重要意義。在過去幾十年中,化學家們基于CO2雙電子活化模式,利用有機金屬試劑或碳負離子中間體對CO2進行親核進攻,發(fā)展了多種高效制備羧酸化合物的方法。除此之外,化學家們近些年來發(fā)現(xiàn)通過單電子活化模式能夠?qū)?/span>CO2直接還原為CO2自由基陰離子,其具有高反應活性,經(jīng)過自由基加成或自由基自由基偶聯(lián)的方式能夠?qū)崿F(xiàn)具有獨特選擇性的新型反應。在上述兩種反應路徑中,CO2分別發(fā)揮親電試劑與電子受體的單一作用。而在同一反應中,CO2同時發(fā)揮多重作用的研究還很少。

為了探索CO2在羧基化反應中的更多作用,受到CO2作為氫載體的啟發(fā),余達剛教授課題組與藍宇教授課題組合作,利用CO2作為電子載體與親電試劑,在可見光催化條件下高效實現(xiàn)了惰性C(sp3)–F鍵的選擇性羧基化反應。該研究利用有機光敏劑,在以硅烷作還原劑的室溫條件下,能夠高效實現(xiàn)CO2參與不同取代的一氟、二氟、三氟烷基芳烴底物的單一C(sp3)–F鍵的選擇性羧基化反應,得到重要的芳基乙酸或含氟芳基乙酸類產(chǎn)物。在相似的反應條件下,各種生物活性分子衍生的a,a-二氟羰基類化合物也能夠發(fā)生C(sp3)–F鍵選擇性羧基化反應,得到包含復雜結(jié)構的含氟丙二酸類衍生物。隨后,作者對反應的機理進行了一系列研究,證實了相關中間體的存在。結(jié)合實驗結(jié)果,提出了如下可能的反應機理。而CO2在這一過程中作為電子載體與親電試劑的雙重作用也得以體現(xiàn)。藍宇教授課題組進行的理論計算研究進一步證實了該反應路徑的可行性。

總的來說,該研究利用CO2作為電子載體,在溫和高效的可見光催化體系下實現(xiàn)了多種類型的C(sp3)-F鍵的選擇性羧基化反應,為惰性底物的羧基化反應開拓了新的發(fā)展方向。

該研究以“Visible-light photoredox-catalyzed selective carboxylation of C(sp3)?F bonds with CO2”為題發(fā)表于Chem (文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.08.004),四川大學為第一單位,化學學院余達剛教授、藍宇(重慶大學化學化工學院)教授為本文共同通訊作者,四川大學化學學院2021屆博士顏思順為本文第一作者,重慶大學博士生劉士晗為計算主要貢獻者。特別感謝國家自然科學基金委、四川省科技廳、四川大學、北京分子科學中心和中國博士后基金的經(jīng)費支持。

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