二氧化碳（CO2）作为一种储量丰富、廉价易得且无毒可循环再生的碳一资源，其高效利用对于推动绿色可持续发展具有重要意义。通过化学合成将CO2转化为高附加值的羧酸类化合物是实现CO2资源化利用的重要途径之一。轴手性羧酸类化合物作为一类重要的有机分子，不仅是天然产物和生物活性分子的重要母核结构，也可以作为不对称催化中的手性羧酸配体参与一系列催化转化。与发展较为成熟的联芳基轴手性羧酸化合物的不对称合成相比，苯乙烯型轴手性羧酸化合物由于结构灵活和构象稳定性相对较低，其不对称合成仍然是有机合成中的一个重大挑战。迄今为止，该类骨架的不对称催化合成方法较少，并且局限于底物中预先引入羧酸官能团。因此，开发一种新型高效的催化体系来实现CO2参与苯乙烯型轴手性羧酸的构建具有重要意义。
我院余达刚教授课题组长期致力于CO2的高效活化和选择性转化研究（综述：Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518; Natl. Sci. Open 2023, 2, 20220024; Sci. Bull. 2023, 68, 3124; Acc. Chem. Res. 2024, 57, 2728.），一直关注并努力解决CO2参与的不对称催化转化合成高附加值化学品这一重要难题（综述：Sci. China Chem. 2020, 63, 1336）。在前期该课题组已经（合作）实现了一系列廉价金属催化CO2参与芳基烯烃和1,3-丁二烯的不对称还原羟甲基化反应、不对称双羧基化反应（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17011; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18825; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 2919）、烯烃的不对称芳基羧基化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 14068）以及外消旋（拟）卤代物的对映收敛羧基化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202403401; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 14864），取得了优异的化学、区域、E/Z和对映选择性，高效构建了具有手性（季碳）中心的高苄醇，高烯丙醇，手性羧酸以及联芳基轴手性羧酸。在上述工作基础上，考虑到苯乙烯型轴手性羧酸的重要性，余达刚教授、周向葛教授和四川师范大学贵永远副研究员合作，利用镍催化CO2参与的炔烃的不对称碳羧基化反应，首次实现了过渡金属催化CO2参与苯乙烯型轴手性羧酸的高效高选择性的构建，为该类化合物的制备提供了一条简洁高效的路径。
综上，该研究首次实现了镍催化CO2参与的炔烃不对称碳羧基化反应，以高化学选择性、区域选择性、E/Z选择性和对映选择性得到了含四氢呋喃或吡咯烷结构的苯乙烯型轴手性羧酸。值得注意的是，炔烃顺式插入生成烯基镍中间体后双键发生异构化，进一步插羧，最终得到了反式选择性碳羧化产物。该研究结合实验结果和DFT计算，揭示了顺反异构化过程以及手性控制来源，并且初步实验表明了所得到的轴手性烯基羧酸有作为手性羧酸配体的潜力。
该研究以“Nickel-Catalyzed Atroposelective Carbo-Carboxylation of Alkynes with CO2: En Route to Axially Chiral Carboxylic Acids”为题近日发表于《Angew. Chem. Int. Ed.》。四川大学化学学院为第一单位，余达刚教授、周向葛教授和四川师范大学贵永远副研究员为本文的共同通讯作者，四川大学化学学院2021级硕士研究生李超、2023届陈小旺博士和四川大学华西公共卫生学院（华西第四医院）廖黎丽特聘副研究员为共同第一作者。衷心感谢国家自然科学基金委和四川大学的经费支持，同时感谢我校分析测试中心王晓燕老师以及我院化学专业实验室综合训练平台李静老师，张琴芳老师和邓冬艳老师在化合物表征方面的测试支持。
文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202413305
