有机化学 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (10): 2997-3042.DOI: 10.6023/cjoc202405004 上一篇 下一篇
综述与进展
收稿日期:
2024-05-06
修回日期:
2024-07-04
发布日期:
2024-07-25
基金资助:
Panfeng Yuana, Canming Zhua,b, Qingyuan Menga,b,*()
Received:
2024-05-06
Revised:
2024-07-04
Published:
2024-07-25
Contact:
*E-mail: Supported by:
文章分享
光化学反应以洁净、节能、节约为目标, 为合成化学提供了新途径和新方法, 成为现代有机合成化学中非常活跃的研究领域之一. 二氧化碳(CO2)由于其无毒、廉价易得、储量丰富且可循环再生等特点, 是合成化学中理想的C1合成子. 近年来, 光催化促进的CO2向羧酸化合物的转化得到了快速发展, 为羧酸化合物的制备提供了一种温和并高效合成方法. 综述了光催化转化CO2合成羧酸化合物的合成方法研究进展, 并对其部分反应机理做了相应的阐述.
袁盼锋, 朱灿明, 孟庆元. 光化学转化二氧化碳合成羧酸化合物的研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(10): 2997-3042.
Panfeng Yuan, Canming Zhu, Qingyuan Meng. Advances in the Synthesis of Carboxylic Acid by Photochemical Conversion of CO2[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2024, 44(10): 2997-3042.
[1] |
(a) Narayanam, J. M. R.; Stephenson, C. R. J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 102.
doi: 10.1039/b913880n pmid: 20532341 |
(b) Prier, C. K.; Rankic, D. A.; MacMillan, D. W. C. Chem. Rev. 2013, 113, 5322.
pmid: 20532341 |
|
(c) Romero, N. A.; Nicewicz, D. A. Chem. Rev. 2016, 116, 10075.
pmid: 20532341 |
|
(d) Shaw, M. H.; Twilton, J.; MacMillan, D. W. C. J. Org. Chem 2016, 81, 6898.
pmid: 20532341 |
|
(e) Skubi, K. L.; Blum, T. R.; Yoon, T. P. Chem. Rev. 2016, 116, 10035.
pmid: 20532341 |
|
[2] |
Ye, J.-H.; Ju, T.; Huang, H.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G. Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518.
|
[3] |
Yeung, C. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 5492.
|
[4] |
Jung, J.; Saito, S. Synthesis 2021, 53, 3263.
|
[5] |
(a) Fan, Z.; Zhang, Z.; Xi, C. ChemSusChem 2020, 13, 6201.
|
(b) He, X.; Qiu, L.-Q.; Wang, W.-J.; Chen, K.-H.; He, L.-N. Green Chem. 2020, 22, 7301.
|
|
(c) Pradhan, S.; Roy, S.; Sahoo, B.; Chatterjee, I. Chem.-Eur. J. 2021, 27, 2254.
|
|
(d) Zhang, G.; Cheng, Y.; Beller, M.; Chen, F. Adv. Synth. Catal. 2021, 363, 1583.
|
|
(e) Dou, Q.; Wang, T.; Li, S.; Fang, L.; Zhai, H.; Cheng, B. Chin. J. Org. Chem. 2022, 42, 4257. (in Chinese)
|
|
(窦谦, 汪太民, 李嗣锋, 房丽晶, 翟宏斌, 程斌, 有机化学, 2022, 42, 4257.)
doi: 10.6023/cjoc202206003 |
|
[6] |
Shimomaki, K.; Murata, K.; Martin, R.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9467.
doi: 10.1021/jacs.7b04838 pmid: 28657743 |
[7] |
Meng, Q.-Y.; Wang, S.; König, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 13426.
|
[8] |
Hang, W.; Li, D.; Zou, S.; Xi, C. J. Org. Chem 2023, 88, 5007.
|
[9] |
Zhu, C.; Zhang, Y.-F.; Liu, Z.-Y.; Zhou, L.; Liu, H.; Feng, C. Chem. Sci. 2019, 10, 6721.
|
[10] |
Yan, S.-S.; Liu, S.-H.; Chen, L.; Bo, Z.-Y.; Jing, K.; Gao, T.-Y.; Yu, B.; Lan, Y.; Luo, S.-P.; Yu, D.-G. Chem 2021, 7, 3099.
|
[11] |
Bo, Z.-Y.; Yan, S.-S.; Gao, T.-Y.; Song, L.; Ran, C.-K.; He, Y.; Zhang, W.; Cao, G.-M.; Yu, D.-G. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2388.
|
[12] |
Liao, L.-L.; Cao, G.-M.; Ye, J.-H.; Sun, G.-Q.; Zhou, W.-J.; Gui, Y.-Y.; Yan, S.-S.; Shen, G.; Yu, D.-G. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 17338.
doi: 10.1021/jacs.8b08792 pmid: 30518213 |
[13] |
Chen, L.; Qu, Q.; Ran, C.-K.; Wang, W.; Zhang, W.; He, Y.; Liao, L.-L.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202217918.
|
[14] |
Shimomaki, K.; Nakajima, T.; Caner, J.; Toriumi, N.; Iwasawa, N. Org. Lett. 2019, 21, 4486.
doi: 10.1021/acs.orglett.9b01340 pmid: 31180681 |
[15] |
Cao, K.; Fan, D.; Gao, M.; Fan, B.; Chen, N.; Wang, L.; Tian, P.; Liu, Z. ACS Catal. 2022, 12, 1.
|
[16] |
Fan, Z.; Chen, S.; Zou, S.; Xi, C. ACS Catal. 2022, 12, 2781.
|
[17] |
Li, W.-D.; Wu, Y.; Li, S.-J.; Jiang, Y.-Q.; Li, Y.-L.; Lan, Y.; Xia, J.-B. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8551.
|
[18] |
Gao, T.-Y.; Mo, X.-Y.; Zhang, S.-R.; Jiang, Y.-X.; Luo, S.-P.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G. Chin. Chem. Lett. 2024, 35, 109364.
|
[19] |
Fan, Z.; Yi, Y.; Chen, S.; Xi, C. Org. Lett. 2021, 23, 2303.
|
[20] |
(a) Wheland, R.; Bartlett, P. D. J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 6057.
|
(b) Sander, W. W. J. Org. Chem 1989, 54, 4265.
|
|
[21] |
Masuda, Y.; Ishida, N.; Murakami, M. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 14063.
|
[22] |
Ishida, N.; Masuda, Y.; Uemoto, S.; Murakami, M. Chem.-Eur. J. 2016, 22, 6524.
doi: 10.1002/chem.201600682 pmid: 26998686 |
[23] |
Seo, H.; Katcher, M. H.; Jamison, T. F. Nat. Chem. 2017, 9, 453.
|
[24] |
Meng, Q.-Y.; Schirmer, T. E.; Berger, A. L.; Donabauer, K.; König, B. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 11393.
|
[25] |
Ishida, N.; Masuda, Y.; Imamura, Y.; Yamazaki, K.; Murakami, M. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 19611.
doi: 10.1021/jacs.9b12529 pmid: 31775498 |
[26] |
Sahoo, B.; Bellotti, P.; Juliá-Hernández, F.; Meng, Q.-Y.; Crespi, S.; König, B.; Martin, R. Chem.-Eur. J. 2019, 25, 9001.
|
[27] |
Song, L.; Fu, D.-M.; Chen, L.; Jiang, Y.-X.; Ye, J.-H.; Zhu, L.; Lan, Y.; Fu, Q.; Yu, D.-G. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 21121.
|
[28] |
Schmalzbauer, M.; Svejstrup, T. D.; Fricke, F.; Brandt, P.; Johansson, M. J.; Bergonzini, G.; König, B. Chem 2020, 6, 2658.
|
[29] |
Jiang, Y.-X.; Liao, L.-L.; Gao, T.-Y.; Xu, W.-H.; Zhang, W.; Song, L.; Sun, G.-Q.; Ye, J.-H.; Lan, Y.; Yu, D.-G. Nat. Synth. 2024, 3, 394.
|
[30] |
Lapidus, A. L.; Pirozhkov, S. D.; Koryakin, A. A. Russ. Chem. Bull. 1978, 27, 2513.
|
[31] |
Williams, C. M.; Johnson, J. B.; Rovis, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14936.
|
[32] |
Greenhalgh, M. D.; Thomas, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11900.
doi: 10.1021/ja3045053 pmid: 22779807 |
[33] |
(a) Ostapowicz, T. G.; Schmitz, M.; Krystof, M.; Klankermayer, J.; Leitner, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 12119.
|
(b) Kawashima, S.; Aikawa, K.; Mikami, K. Eur. J. Org. Chem. 2016, 2016, 3166.
|
|
[34] |
Shao, P.; Wang, S.; Chen, C.; Xi, C. Org. Lett. 2016, 18, 2050.
|
[35] |
Wu, L.; Liu, Q.; Fleischer, I.; Jackstell, R.; Beller, M. Nat. Commun. 2014, 5, 3091.
|
[36] |
Murata, K.; Numasawa, N.; Shimomaki, K.; Takaya, J.; Iwasawa, N. Chem. Commun. 2017, 53, 3098.
|
[37] |
Seo, H.; Liu, A.; Jamison, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13969.
|
[38] |
Meng, Q.-Y.; Wang, S.; Huff, G. S.; König, B. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3198.
|
[39] |
Saini, S.; Singh, H.; Prajapati, P. K.; Sinha, A. K.; Jain, S. L. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 11313.
|
[40] |
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.
|
[41] |
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.
|
[42] |
Yatham, V. R.; Shen, Y.; Martin, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 10915.
|
[43] |
Ye, J.-H.; Miao, M.; Huang, H.; Yan, S.-S.; Yin, Z.-B.; Zhou, W.-J.; Yu, D.-G. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 15416.
|
[44] |
Hou, J.; Ee, A.; Cao, H.; Ong, H.-W.; Xu, J.-H.; Wu, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 17220.
|
[45] |
Fu, Q.; Bo, Z.-Y.; Ye, J.-H.; Ju, T.; Huang, H.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G. Nat. Commun. 2019, 10, 3592.
|
[46] |
Mello, R.; Arango-Daza, J. C.; Varea, T.; González-Núñez, M. E. J. Org. Chem 2018, 83, 13381.
|
[47] |
Zhang, B.; Yi, Y.; Wu, Z.-Q.; Chen, C.; Xi, C. Green Chem. 2020, 22, 5961.
|
[48] |
Hahm, H.; Kim, J.; Ryoo, J. Y.; Han, M. S.; Hong, S. Org. Biomol. Chem. 2021, 19, 6301.
|
[49] |
Niu, Y.-N.; Jin, X.-H.; Liao, L.-L.; Huang, H.; Yu, B.; Yu, Y.-M.; Yu, D.-G. Sci. China: Chem. 2021, 64, 1164.
|
[50] |
Wang, H.; Gao, Y.; Zhou, C.; Li, G. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8122.
doi: 10.1021/jacs.0c03144 pmid: 32309942 |
[51] |
Liao, L.-L.; Cao, G.-M.; Jiang, Y.-X.; Jin, X.-H.; Hu, X.-L.; Chruma, J. J.; Sun, G.-Q.; Gui, Y.-Y.; Yu, D.-G. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 2812.
doi: 10.1021/jacs.0c11896 pmid: 33561344 |
[52] |
Zhou, C.; Li, M.; Sun, J.; Cheng, J.; Sun, S. Org. Lett. 2021, 23, 2895.
|
[53] |
Yang, H.; Yao, Y.; Yang, Q.; Yao, Y.; Sun, J.; Sun, S. Org. Lett. 2024, 26, 4194.
doi: 10.1021/acs.orglett.4c00841 pmid: 38747692 |
[54] |
Benedetti Vega, K.; Campos Delgado, J. A.; Pugnal, L. V. B. L.; König, B.; Menezes Correia, J. T.; Weber Paixão, M. Chem.-Eur. J. 2023, 29, e202203625.
|
[55] |
Zhang, W.; Chen, Z.; Jiang, Y.-X.; Liao, L.-L.; Wang, W.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G. Nat. Commun. 2023, 14, 3529.
doi: 10.1038/s41467-023-39240-8 pmid: 37316537 |
[56] |
Yue, J.-P.; Xu, J.-C.; Luo, H.-T.; Chen, X.-W.; Song, H.-X.; Deng, Y.; Yuan, L.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G. Nat. Catal. 2023, 6, 959.
|
[57] |
Zhang, B.; Li, T.-T.; Mao, Z.-C.; Jiang, M.; Zhang, Z.; Zhao, K.; Qu, W.-Y.; Xiao, W.-J.; Chen, J.-R. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 1410.
doi: 10.1021/jacs.3c10439 pmid: 38179949 |
[58] |
Ju, T.; Zhou, Y.-Q.; Cao, K.-G.; Fu, Q.; Ye, J.-H.; Sun, G.-Q.; Liu, X.-F.; Chen, L.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G. Nat. Catal. 2021, 4, 304.
|
[59] |
Yu, B.; Liu, Y.; Xiao, H.-Z.; Zhang, S.-R.; Ran, C.-K.; Song, L.; Jiang, Y.-X.; Li, C.-F.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G. Chem 2024, 10, 938.
|
[60] |
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.
|
[61] |
Zhang, F.; Wu, X.-Y.; Gao, P.-P.; Zhang, H.; Li, Z.; Ai, S.; Li, G. Chem. Sci. 2024, 15, 6178.
|
[62] |
Hou, J.; Ee, A.; Feng, W.; Xu, J.-H.; Zhao, Y.; Wu, J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5257.
|
[63] |
Zhou, W.-J.; Wang, Z.-H.; Liao, L.-L.; Jiang, Y.-X.; Cao, K.-G.; Ju, T.; Li, Y.; Cao, G.-M.; Yu, D.-G. Nat. Commun. 2020, 11, 3263.
|
[64] |
Gao, Y.; Wang, H.; Chi, Z.; Yang, L.; Zhou, C.; Li, G. CCS Chem. 2022, 4, 1565.
|
[65] |
Yi, Y.; Xi, C. Chin. J. Catal. 2022, 43, 1652.
|
[66] |
Yi, Y.; Fan, Z.; Xi, C. Green Chem. 2022, 24, 7894.
|
[67] |
Gao, W.; Yang, Q.; Yang, H.; Yao, Y.; Bai, J.; Sun, J.; Sun, S. Org. Lett. 2024, 26, 467.
|
[68] |
Ju, T.; Fu, Q.; Ye, J.-H.; Zhang, Z.; Liao, L.-L.; Yan, S.-S.; Tian, X.-Y.; Luo, S.-P.; Li, J.; Yu, D.-G. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 13897.
|
[69] |
Fan, X.; Gong, X.; Ma, M.; Wang, R.; Walsh, P. J. Nat. Commun. 2018, 9, 4936.
|
[70] |
Cao, G.-M.; Hu, X.-L.; Liao, L.-L.; Yan, S.-S.; Song, L.; Chruma, J. J.; Gong, L.; Yu, D.-G. Nat. Commun. 2021, 12, 3306.
|
[71] |
Okumura, S.; Uozumi, Y. Org. Lett. 2021, 23, 7194.
|
[72] |
(a) Giezendanner, H.; Märky, M.; Jackson, B.; Hansen, H.-J.; Schmid, H. Helv. Chim. Acta 1972, 55, 745.
|
(b) Padwa, A.; Wetmore, S. I., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 2414.
|
|
[73] |
Jiang, Y.-X.; Chen, L.; Ran, C.-K.; Song, L.; Zhang, W.; Liao, L.-L.; Yu, D.-G. ChemSusChem 2020, 13, 6312.
|
[74] |
Xiao, H.-Z.; Yu, B.; Yan, S.-S.; Zhang, W.; Li, X.-X.; Bao, Y.; Luo, S.-P.; Ye, J.-H.; Yu, D.-G. Chin. J. Catal. 2023, 50, 222.
|
[75] |
Yuan, P.-F.; Yang, Z.; Zhang, S.-S.; Zhu, C.-M.; Yang, X.-L.; Meng, Q.-Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2024, 63, e202313030.
|
[76] |
Yuan, P.-F.; Meng, Q.-Y. Synlett 2024, 35, A-J.
|
[77] |
Cao, K.-G.; Gao, T.-Y.; 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.
|
[78] |
Duan, D.; Ma, Y.; Liu, Y.; Cheng, F.; Zhu, D.; Wang, S. Chin. J. Org. Chem. 2024, 44, 1675. (in Chinese)
|
(段东森, 马媛, 刘宇博, 程富, 朱道勇, 王少华, 有机化学, 2024, 44, 1675.)
doi: 10.6023/cjoc202312018 |
[1] | 靳瑞文, 王连杰, 宋跃, 刘小培, 王俊伟, 李中贤. 基于成环策略构建苯并呋喃的合成研究[J]. 有机化学, 2024, 44(9): 2742-2759. |
[2] | 傅艳华, 徐畅, 张超, 王怡莎, 冯高峰. 可见光诱导铁催化氮杂环的羟甲基化[J]. 有机化学, 2024, 44(7): 2265-2273. |
[3] | 李文雅, 王煜, 陈江琦, 史丹, 张良, 余小春, 王正军. 可见光催化不对称Minisci反应研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(7): 2110-2123. |
[4] | 陆玲依, 邱晓东. 自由基形式烯烃双烷基化反应研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(6): 1701-1718. |
[5] | 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. |
[6] | 姜晓琳, 王超洋, 武利园, 李跃辉. 含咔唑结构的小分子及聚合物催化二氧化碳转化研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(5): 1423-1444. |
[7] | 夏坤, 张开发, Sher Wali Khan, 阿布力米提•阿布都卡德尔. 二氧化碳参与的三组分偶联反应进展[J]. 有机化学, 2024, 44(5): 1506-1525. |
[8] | 段东森, 马媛, 刘宇博, 程富, 朱道勇, 王少华. 可见光诱导的二氧化碳对活化烯烃的脱碳羧基化反应[J]. 有机化学, 2024, 44(5): 1675-1685. |
[9] | 沈都益, 李玲慧, 靳鸽, 梁雨佳, 张欣慧, 公培伟, 张范军, 晁绵冉. 基于单电子转移的黄素仿生光催化氧化研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(4): 1069-1093. |
[10] | 吕帅, 朱钢国, 姚金忠, 周宏伟. 电化学介导的氧化羧化及二氧化碳还原羧化制备羧酸的研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(3): 780-808. |
[11] | 梅青刚, 李清寒. 可见光促进C(3)(杂)芳硫基吲哚化合物的合成研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(2): 398-408. |
[12] | 刘继宇, 李圣玉, 陈款, 朱茵, 张元. 三苯胺功能化有序介孔聚合物作为无金属光催化剂用于二硫化物合成[J]. 有机化学, 2024, 44(2): 605-612. |
[13] | 侯静, 黄燕, 李浩, 万远翠, 邵雨, 詹乐武, 王定海, 李斌栋. 二氧化碳自由基阴离子的应用研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(10): 3117-3135. |
[14] | 李嘉元, 易雅平, 席婵娟. 二氧化碳参与的芳香化合物去芳构化羧化反应研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(10): 3136-3146. |
[15] | 石亲, 李臻, 何林, 李玉东, 李跃辉. 硼促进Co催化使用CO2和H2实现仲芳香胺N-甲基化[J]. 有机化学, 2024, 44(10): 3233-3240. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||