二氧化碳（CO2）具有储量丰富、廉价易得、低毒和可再生等优点，是理想的碳一合成子，利用其合成高附加值化学品具有重要意义。另一方面，全碳季碳羧酸（all-carbon quaternary carboxylic acids, ACQCAs）作为一类重要的有机分子骨架，广泛存在于药物分子和生物活性分子当中，其合成具有重要价值且备受关注。目前，利用CO2作为羧基源合成季碳羧酸，主要集中于当量有机金属试剂对CO2的亲核进攻、有机亲电试剂的还原羧基化以及不饱和烃的官能团化羧基化等。相比而言，通过C–H键直接羧基化合成季碳羧酸则具有更高的步骤经济性和原子经济性，更符合绿色化学的发展理念。然而，由于C–H键（特别是三级C–H键存在较大的位阻）和CO2的惰性，其直接羧基化转化面临反应条件苛刻、底物局限等挑战。因此，亟待开发温和条件下CO2参与三级C–H键直接羧基化转化，合成重要的高值季碳羧酸。
我院余达刚教授团队长期围绕温和条件下CO2高效活化和选择性转化的关键科学问题开展深入研究（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518; Natl. Sci. Open 2023, 2, 20220024; Sci. Bull. 2023, 68, 3124. Acc. Chem. Res. 2024, 57, 2728. 代表性论文：Nat. Catal. 2021, 4, 304; Nat. Catal. 2022, 5, 832; Nature 2023, 615, 67; Nat. Catal. 2023, 6, 959; Nat. Synth. 2024, 4, 394.），在前期利用分子内氢原子转移策略实现可见光催化C–H键羧基化的研究基础上（代表性论文：Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21121; Nat. Catal. 2022, 5, 832; Nat. Synth. 2024, 4, 394.），近期和四川大学碳中和未来技术学院宋磊特聘副研究员合作实现了可见光催化CO2参与的苄基三级C–H键直接羧基化反应，高效合成了一系列重要的全碳季碳羧酸。机理研究表明反应通过连续光诱导电子转移（ConPET）策略还原苄基自由基中间体，产生相应的苄基碳负离子是成功的关键。该苄基碳负离子进一步亲核进攻CO2、质子化后得到目标羧酸产物。反应具有良好的底物适用性、官能团兼容性和实用性，并且该方法可以高效便捷的合成包括喷托维林、卡拉美芬和PRE-084（σ1受体激动剂）在内的药物分子和生物活性分子。
综上，该研究利用连续光诱导电子转移（ConPET）策略成功实现了可见光催化CO2参与的苄基三级C–H键直接羧基化反应，具有良好的底物适用性和官能团兼容性，为季碳羧酸的合成提供了新方法。
该研究以“Visible-Light Photoredox-Catalyzed Direct Carboxylation of Tertiary C(sp3)–H Bonds with CO2: Facile Synthesis of All-Carbon Quaternary Carboxylic Acids”为题近日发表于《Journal of the American Chemical Society》。文章链接: https://doi.org/10.1021/jacs.4c09558。四川大学化学学院为第一单位，四川大学碳中和未来技术学院宋磊特聘副研究员和我院余达刚教授为共同通讯作者，四川大学化学学院博士研究生刘毅为第一作者。衷心感谢国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学和南开大学元素有机化学国家重点实验室等经费支持，同时感谢四川大学分析测试中心王晓燕老师以及化学学院化学专业实验室综合训练平台李静老师和邓冬艳老师的测试支持。
