可见光诱导甲酸盐参与的炔烃氢羧基化反应

doi:10.6023/cjoc202405025

摘要/Abstract

本文发展了一种绿色高效的炔烃区域选择性氢羧基化反应以构建种类丰富的丙酸衍生物。在可见光诱导条件下,甲酸盐原位产生的二氧化碳自由基负离子,既充当羧基来源,也充当还原剂,在炔烃的氢羧基化反应中扮演重要角色。光敏剂和氢原子转移催化剂的协同作用,促进该催化循环的顺利进行。各类末端和中间炔烃都能够很好地参与反应。二氧化碳自由基负离子对C-C三键的Giese自由基加成,是引发该反应进行的关键步骤。

关键词: 甲酸盐, 二氧化碳自由基负离子, 氢羧基化, 可见光催化, 芳基丙酸

Herein, we disclosed an efficient and sustainable protocol for regioselective hydrocarboxylation of alkynes to construct diverse propionic acid derivatives. Under photoinduced conditions, the anti-Markovnikov hydrocarboxylation of alkynes was realized with CO₂ radical anion in-situ generated from formate as both a carbonyl source and a reductant. The collaboration between photosensitizer and hydrogen atom transfer catalyst promoted the catalytic cycle to work smoothly, giving a broad substrate scope including terminal and internal alkynes. The Giese radical addition of CO₂ radical anion to the C-C triple bond is the key step to initiate the reaction.

Key words: formate, CO₂ radical anion, hydrocarboxylation, visible-light catalysis, aryl propionic acids

引用此文

徐辉, 蒋慧娴, 阚磊, 徐佩, 朱旭. 可见光诱导甲酸盐参与的炔烃氢羧基化反应[J]. 有机化学, doi: 10.6023/cjoc202405025.

Xu Hui, Jiang Hui-Xian, Kan Lei, Xu Pei, Zhu Xu. Visible-Light-Induced Selective Hydrocarboxylation of Alkynes with Formate[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, doi: 10.6023/cjoc202405025.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] Cauwenbergh R.; Goyal V.; Maiti R.; Natte K.; Das S. Chem. Soc. Rev. 2022, 51, 9371.
[2] Zhang S.; Neumann H.; Beller M. Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 3187.
[3] (a) Ye, J.-H.; Ju, T.; Huang, H.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G. Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518.
(b) Z. Zhang, L. Gong, X.-Y. Zhou, S.-S. Yan, J. Li, D.-G. Yu, Radical-Type Difunctionalization of Alkenes with CO₂. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 783.
(c) Yuan, P.-F.; Yang, Z.; Zhang, S.-S.; Zhu, C.-M.; Yang, X.-L.; Meng, Q.-Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202313030.
(d) Cao, K.-G.; Gao, T.-Yu.; Liao, L.-L.; Ran, C.-K. Jiang, Y.-X.; Zhang, W.; Zhou, Q.; Ye, J.-H.; Lan, Y.; Yu, D.-G. Chin. J. Catal. 2024, 56, 74-80.
(e) Duan, D.; Ma, Y.; Liu, Y.; Cheng, F.; Zhu, D.; Wang, S. Chin. J. Org. Chem. 2024, 44, 1675-1685.
[4] (a) Gui, Y. Y.; Yan, S.-S.; Wang, W.; Chen, L.; Zhang, W.; Ye, J. H.; Yu, D.-G. Sci. Bull. 2023, 68, 3124.
(b) Xiao, W.; Zhang, J.; Wu, J. ACS Catal. 2023, 13, 15991.
[5] (a) Williams, C. M.; Johnson, J. B.; Rovis, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14936.
(b) Greenhalgh, M. D.; Thomas, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11900.
(c) Shao, P.; Wang, S.; Chen, C.; Xi, C. Org. Lett. 2016, 18, 2050.
(d) Gaydou, M.; Moragas, T.; Juliá-Hernández, F.; Martin, R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 12161.
[6] (a) Seo, H.; Liu, A.; Jamison, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13969.
(b) Meng, Q.-Y.; Wang, S.; Huff, G. S.; König, B. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3198.
[7] (a) Song, L.; Wang, W.; Yue, J.-P.; Jiang, Y.-X.; Wei, M.-K.; Zhang, H.-P.; Yan, S.-S.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G. Nat. Catal. 2022, 5, 832.
(b) Huang, H.; Ye, J.-H.; Zhu, L.; Ran, C.-K.; Miao, M.; Wang, W.; Chen, H.; Zhou, W.-J.; Lan, Y.; Yu, B.; Yu, D.-G. CCS Chem. 2021, 3, 1746.
[8] (a) Alektiar, S. N.; Wickens, Z. K. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 13022.
(b) Alektiar, S. N.; Han, J.; Dang, Y; Rubel, C. Z. ; Wickens, Z. K. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 10991.
[9] Hendy C. M.; Smith G. C.; Xu Z.; Lian T.; Jui N. T.J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 8987.
[10] (a) Huang, Y.; Hou, J.; Zhan, L.-W.; Zhang, Q.; Tang, W.-Y.; Li, B.-D. ACS Catal. 2021, 11, 15004.
(b) Huang, Y.; Zhang, Q.; Zhan, L.; Hou, J.; Li, B.-D. Chin. J. Org. Chem. 2022, 42, 2568.
[11] Xue T.; Ma C.; Liu L.; Xiao C.; Ni S.-F.; Zeng R. Nat.Commun. 2024, 15, 1455.
[12] (a) Xu, P.; Wang, S.; Xu, H.; Liu, Y.-Q.; Li, R.-B.; Liu, W.-W.; Wang, X.-Y.; Zou, M.-L.; Zhou, Y.; Guo, D.; Zhu, X. ACS Catal. 2023, 13, 2149.
(b) Wang, X.-Y.; Xu, P.; Liu, W.-W.; Jiang, H.-Q.; Zhu, S.-L.; Guo, D.; Zhu, X. Sci. China Chem. 2024, 67, 368.
(c) Xu, P.; Xu, H.; Wang, S.; Hao, T.-Z.; Yan, S.-Y.; Guo, D.; Zhu, X. Org. Chem. Front. 2023, 10, 2013.
(d) Wang, S.; Xu, P.; Zhu, X. ChemCatChem 2023, 15, e202300695.

[1]	曹香雪, 贾雅会, 殷世纪, 徐亮, 韦玉, 宋欢欢. 可见光诱导二氢喹唑啉酮碳碳键断裂与三氟甲基取代烯烃的脱氟烷基化反应研究[J]. 有机化学, 2024, 44(5): 1549-1557.
[2]	童红恩, 郭宏宇, 周荣. 可见光促进惰性碳-氢键对羰基的加成反应进展[J]. 有机化学, 2024, 44(1): 54-69.
[3]	朱彦硕, 王红言, 舒朋华, 张克娜, 王琪琳. 烷氧自由基引发1,5-氢原子转移实现C(sp³)—H键官能团化的研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(1): 1-17.
[4]	杨晓娜, 郭宏宇, 周荣. 可见光促进有机硅化合物参与的化学转化[J]. 有机化学, 2023, 43(8): 2720-2742.
[5]	高艳华, 张银潘, 张妍, 宋涛, 杨勇. 可见光驱动表面富含氧空位Nb₂O₅催化醇氧化反应[J]. 有机化学, 2023, 43(7): 2572-2579.
[6]	赵金晓, 魏彤辉, 柯森, 李毅. 可见光催化合成二氟烷基取代的多环吲哚化合物[J]. 有机化学, 2023, 43(3): 1102-1114.
[7]	赵瑜, 段玉荣, 史时辉, 白育斌, 黄亮珠, 杨晓军, 张琰图, 冯彬, 张建波, 张秋禹. 可见光促进高价碘(III)试剂参与反应的研究进展[J]. 有机化学, 2023, 43(12): 4106-4140.
[8]	朱佳洁, 万义, 袁启洋, 魏金莲, 张永强. 可见光/路易斯碱协同催化的三氟甲基取代烯烃脱氟硅化反应研究[J]. 有机化学, 2023, 43(10): 3623-3634.
[9]	陈凤娟, 刘罗, 张子露, 曾伟. 可见光催化有机硅的合成研究进展[J]. 有机化学, 2023, 43(10): 3454-3469.
[10]	潘振涛, 刘彤, 马永敏, 颜剑波, 王亚军. 布朗斯特酸/可见光氧化还原接力催化构建喹唑啉(硫)酮[J]. 有机化学, 2022, 42(9): 2823-2831.
[11]	黄燕, 张谦, 詹乐武, 侯静, 李斌栋. 可见光诱导甲酸盐参与的烯烃氢羧化反应[J]. 有机化学, 2022, 42(8): 2568-2573.
[12]	李亚东, 吴鹏举, 杨志勇. 可见光催化苯并噁唑与α-酮酸合成芳基苯并噁唑[J]. 有机化学, 2022, 42(6): 1770-1777.
[13]	孙天义, 张依凡, 孟远倢, 王怡, 朱琦峰, 姜玉新, 刘石惠. 可见光-铜共催化的糖类区域选择性氧烷基化反应[J]. 有机化学, 2022, 42(5): 1414-1422.
[14]	赵成军, 白治琴, 何建, 刘强. 吡唑化提高喹喔啉酮敏化效率: 氮杂环丁烷的合成及进一步开环反应[J]. 有机化学, 2022, 42(12): 4300-4314.
[15]	季晓霜, 付荣, 王树良, 郝文娟, 姜波. 可见光驱动酚/芳胺联-1,6-烯炔与全卤代甲烷的Kharasch反应[J]. 有机化学, 2022, 42(12): 4282-4291.