具有光活性的铬、钴配合物的设计及其在有机合成中的应用进展

doi:10.6023/cjoc202512031

摘要/Abstract

可见光催化是构建结构多样有机分子的重要方法。目前,金属光催化剂以铱、钌等贵金属配合物为主,相比之下,铬和钴具有地壳丰度高、价格便宜等优势,其配合物通过可调控的配位环境和丰富的氧化还原性质,在光催化有机合成中展现出广阔的应用前景。本文系统综述了光活性铬、钴配合物的结构设计及其在各类有机转化中的应用进展,并简要评述了当前面临的挑战与未来发展方向。

关键词: 可见光催化, 光氧化还原催化, 铬配合物, 钴配合物, 催化有机合成

Visible-light photocatalysis has become a powerful method for constructing structurally diverse organic molecules. Currently, metal-based photocatalysts are predominantly rely on noble-metal complexes of iridium and ruthenium. In contrast, chromium and cobalt offer advantages of earth abundance and low cost; their complexes, featuring tunable coordination environments and rich redox properties, have shown promising potential in photocatalytic organic synthesis. This review systematically summarizes the structural design of photoactive Cr- and Co-based complexes and their applications in various organic transformations, along with a briefly outline of current challenges and future perspectives in this field.

Key words: Visible-light photocatalysis, Photoredox catalysis, Chromium complex, Cobalt complex, Catalytic organic systhesis.

引用此文

孟令旭, 申霖, 罗祥玲, 林玉妹, 龚磊. 具有光活性的铬、钴配合物的设计及其在有机合成中的应用进展[J]. 有机化学, doi: 10.6023/cjoc202512031.

Meng Lingxu, Shen Lin, Luo Xiangling, Lin Yu-Mei, Gong Lei. The Design of Photoactive Cr- and Co-based Complexes and Their Applications in Organic Synthesis[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, doi: 10.6023/cjoc202512031.

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

分享此文

参考文献

[1] Arias-Rotondo, D.M. Nat. Chem. 2022, 14, 716.
[2] Beatty J.; Stephenson, C. Acc. Chem. Res.2015, 48, 1474-1484.
[3] Corrigan N.; Shanmugam S.; Xu J.; Boyer, C. Chem. Soc. Rev.2016, 45, 6165-6212.
[4] DiLuzio S.; Connell T.; Mdluli V.; Kowalewski J.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 1431-1444.
[5] Fu X.; Liang H.; Wei Z.; Liu G.; Hong C.; Qiu H.; Kang Z.; Hu W.Green Synth. Catal. 2025, https:/ldoi.org/10.1016/j.gresc.2025.11.005.
[6] Koike T.; Akita, M. Inorg. Chem. Front.2014, 1, 562-576.
[7] Larsen C.; Wenger O.S. Chem.-Eur. J. 2018, 24, 2039-2058.
[8] Ma X.; Zhang Y.; Cai X.; Xu H.; Huang L.; Huo H.; Shu C.Green Synth. Catal. 2025, https:/ldoi.org/10.1016/j.gresc.2025.07.005.
[9] Mi X.; Wang C.; Zhang J.; Chauvin R.; Cui, X. Chin. Chem. Lett.2025, 36, 111485.
[10] Narayanam J.; Stephenson, C. Chem. Soc. Rev.2011, 40, 102-113.
[11] Wang Q.; Wang Y.; Liu M.; Chu G.; Qiu, Y. Chin. J. Chem.2024, 42, 2249-2266.
[12] Wang T.; Cao J.; Li J.; Li D.; Ao Z.Chin. Chem. Lett. 2025, 36, 110078.
[13] Wenger, O.S. J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 13522-13533.
[14] Wenger, O.S. Nat. Chem. 2020, 12, 323-324.
[15] Xie J.; Jin H.; Xu P.; Zhu C. Tetrahedron Lett.2014, 55, 36-48.
[16] Zimmerman J.; Anastas P.; Erythropel H.; Leitner W.Science 2020, 367, 397-400.
[17] Holmberg-Douglas,N.; Nicewicz, D. A. Chem. Rev. 2022, 122, 1925-2016.
[18] Li J.; Zhao J.; Loh T. Synlett.2024, 35, 840-850.
[19] Prier C.; Rankic D.; MacMillan D. Chem. Rev.2013, 113, 5322-5363.
[20] Ramani A.; Desai B.; Dholakiya B.; Naveen T. Chem. Commun.2022, 58, 7850-7873.
[21] Arai N.; Ohkuma, T. J Org. Chem.2017, 82, 7628-7636.
[22] Gall B. K.; Smith A. K.; Ferreira E. M.Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202212187.
[23] Higgins R. F.; Fatur S. M.; Damrauer N. H.; Ferreira E. M.; Rappé A. K.; Shores, M. P. ACS Catal.2018, 8, 9216-9225.
[24] Higgins R. F.; Fatur S. M.; Shepard S. G.; Stevenson S. M.; Boston D. J.; Ferreira E. M.; Damrauer N. H.; Rappé A. K.; Shores, M. P. J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 5451-5464.
[25] Otto S.; Nauth A. M.; Ermilov E.; Scholz N.; Friedrich A.; Resch-Genger U.; Lochbrunner S.; Opatz T.; Heinze K. ChemPhotoChem.2017, 1, 344-349.
[26] Sarabia F. J.; Ferreira, E. M. Org. Lett.2017, 19, 2865-2868.
[27] Sarabia F. J.; Li Q.; Ferreira, E. M. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 11015-11019.
[28] Sittel S.; Sell A. C.; Hofmann K.; Wiedemann C.; Nau J. P.; Kerzig C.; Manolikakes G.; Heinze K. ChemCatChem2023, 15, e202201562.
[29] Stevenson S. M.; Higgins R. F.; Shores M. P.; Ferreira, E. M. Chem. Sci.2017, 8, 654-660.
[30] Wegeberg C.; Häussinger D.; Wenger, O. S. J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 15800-15811.
[31] Yang Y.; Liu Q.; Zhang L.; Yu H.; Dang Z. Organometallics2017, 36, 687-698.
[32] Britton L.; Skrodzki M.; Nichol G. S.; Dominey A. P.; Pawluć P.; Docherty J. H.; Thomas, S. P. ACS Catal.2021, 11, 6857-6864.
[33] Huang T.; Du P.; Cheng X.; Lin, Y.-M. J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 24515-24525.
[34] Jamatia R.; Mondal A.; Srimani, D. Adv. Synth. Catal.2021, 363, 2969-2995.
[35] Laru S.; Bhattacharjee S.; Hajra A. Chem. Commun.2022, 58, 13604-13607.
[36] Liu R.-Z.; Li J.; Sun J.; Liu X.-G.; Qu S.; Li P.; Zhang, B. Angew Chem Int Ed.2020, 59, 4428-4433.
[37] Nuhant P.; Oderinde M. S.; Genovino J.; Juneau A.; Gagné Y.; Allais C.; Chinigo G. M.; Choi C.; Sach N. W.; Bernier L.; Fobian Y. M.; Bundesmann M. W.; Khunte B.; Frenette M.; Fadeyi, O. O. Angew Chem Int Ed.2017, 56, 15309-15313.
[38] Auböck G.; Chergui M. Nat. Chem.2015, 7, 629-633.
[39] Aydogan A.; Bangle R. E.; De Kreijger S.; Dickenson J. C.; Singleton M. L.; Cauët E.; Cadranel A.; Meyer G. J.; Elias B.; Sampaio R. N.; Troian-Gautier, L. Catal. Sci. Technol.2021, 11, 8037-8051.
[40] Bansal A.; Kumar P.; Sharma C. D.; Ray S. S.; Jain, S. L. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.2015, 53, 2739-2746.
[41] Büldt L. A.; Guo X.; Vogel R.; Prescimone A.; Wenger, O. S. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 985-992.
[42] de Groot, L. H. M.; García-Mateos C.; Johnson C. E.; Freyr Hlynsson V.; Sharma A. K.; Lomoth R.; Wärnmark K. Chem-Eur J2025, 31, e202500409.
[43] Ilic A.; Schwarz J.; Johnson C.; de Groot, L. H. M.; Kaufhold S.; Lomoth R.; Wärnmark K. Chem. Sci.2022, 13, 9165-9175.
[44] Ilic A.; Strücker B. R.; Johnson C. E.; Hainz S.; Lomoth R.; Wärnmark K. Chem. Sci.2024, 15, 12077-12085.
[45] Jang Y. J.; An H.; Choi S.; Hong J.; Lee S. H.; Ahn K.-H.; You Y.; Kang, E. J. Org. Lett.2022, 24, 4479-4484.
[46] Lindroth R.; Ondrejková A.; Wallentin C.-J. Org. Lett.2022, 24, 1662-1667.
[47] Liu H.; Lei Y.; Tian P.; Wang H.; Zhao X.; Li Z.; Zhang, D. J. Mater. Chem. A2021, 9, 6361-6367.
[48] Parisien-Collette S.; Hernandez-Perez A. C.; Collins, S. K. Org. Lett.2016, 18, 4994-4997.
[49] Chi Z.; Liao J.; Cheng X.; Ye Z.; Yuan W.; Lin Y.; Gong, L. J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 10857-10867.
[50] Märsch J.; Reiter S.; Rittner T.; Rodriguez-Lugo R.; Whitfield M.; Scott D.; Kutta R.; Nuernberger P.; de Vivie-Riedle R.; Wolf, R.Angew Chem Int Ed2024, 63, e202405780.
[51] Pal A.; Li C.; Hanan G.; Zysman-Colman, E. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 8027-8031.
[52] Wegeberg C.; Häussinger D.; Wenger, O.S. J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 15800-15811.
[53] Chavda H.; Liang K.; Megna T.; Taylor O.; Kim G.; López A.; Bahamonde A. ACS Catal.2025, 15, 10760-10767.
[54] Dai L.; Shen C.; Wang J.; Li Y.; Dong, K. Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202505719.
[55] Li J.; Wang P.; Bai B.; Xiao Y.; Wan Y.; Yan Y.; Li F.; Song G.; Li G.; Wang C.; Zhang X.; Dong J.; Kang T.; Xue, D. J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 5851-5859.
[56] Ni S.; Halder R.; Ahmadli D.; Reijerse E.; Cornella J.; Ritter T. Nat. Catal.2024, 7, 733-741.
[57] Peng Z.; Ding K.; Lai M.; Qiu R.; Xiao Y.; Shi J.; Guan X.; Cai Y.-P.; Xu C.; Wang F.; Zheng Q. Nat. Commun.2025, https://doi.org/10.1038/s41467-025-67290-7.
[58] Cai Y.; Dawor M.; Gaurav G.; Ritter, T. J Am Chem Soc.2025, 147, 18438-18444.
[59] Caron A.; Morin É.; Collins, S. K. ACS Catal.2019, 9, 9458-9464.
[60] Hossain A.; Bhattacharyya A.; Reiser O. Science2019, eaav9713.
[61] Li S.; Li J.; Zhang H.; Zhang G.; Guo R. Org. Lett.2025, 27, 5057-5062.
[62] Sardana S.; Pattanaik A.; Rehbein J.; Reiser, O. Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202509658.
[63] Shen X.; Chen X.; Xiao Y.; Brown J. B.; Zhang J. G.; Ji X.; Rui J.; Garcia-Borràs M.; Rao Y.; Yang Y.; Huang X. Science2025, 389, 741-746.
[64] Zhong F.; Anderson R. L.; Oyala P. H.; Fu, G. C. J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 32963-32970.
[65] Dierks P.; Vukadinovic Y.; Bauer, M. Inorg. Chem. Front.2022, 9, 206-220.
[66] Kitzmann W.; Heinze, K. Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202213207.
[67] Wenger, O.S. Chem.-Eur. J. 2019, 25, 6043-6052.
[68] Sinha N.; Wenger O.S.J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4903-4920.
[69] Wegeberg C.; Wenger O.S. JACS Au2021, 1, 1860-1876.
[70] Gong Z.; Zhang H.; Cheng Y.; Liu J.; Ai Y.; Li Y.; Feng Z.; Zhang Q.; Gong S.; Chen Y.; Yao C.; Zhu Y.; Xu L.; Zhong Y. Sci. China-Chem.2025, 68, 46-95.
[71] Zhou W.; Thompson J. R.; Leznoff C. C.; Leznoff, D. B. Chem-Eur J2016, 23, 2323-2331.
[72] Bories C. C.; Sodreau A.; Barbazanges M.; Petit M. Organometallics2024, 43, 895-923.
[73] Planes O. M.; Scopelliti R.; Fadaei‐Tirani F.; Severin K. Z. Anorg. Chem.2021, 647, 1065-1069.
[74] Wang B.; Lee Y.-M.; Tcho W.-Y.; Tussupbayev S.; Kim S.-T.; Kim Y.; Seo M. S.; Cho K.-B.; Dede Y.; Keegan B. C.; Ogura T.; Kim S. H.; Ohta T.; Baik M.-H.; Ray K.; Shearer J.; Nam W. Nat. Commun.2017, https://doi.org/10.1038/ncomms14839.
[75] Morselli G.; Reber C.; Wenger, O. S. J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 11608-11624.
[76] Sinha N.; Pfund B.; Wegeberg C.; Prescimone A.; Wenger, O. S. J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 9859-9873.
[77] Sinha N.; Yaltseva P.; Wenger, O. S. Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202303864.
[78] Yaltseva P.; Maisuradze T.; Prescimone A.; Kupfer S.; Wenger, O. S. J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 29444-29456.
[79] Kumar N.; Sharma T.; Thakur N.; Jain R.; Sinha N. Chem.-Eur. J.2025, 31, e202500365.
[80] Singh P. P.; Sinha S.; Singh J.; Singh P. K.; Srivastava V. ChemistrySelect2025, 10, e03155.
[81] Serpone N.; Jamieson M. A.; Henry M. S.; Hoffman M. Z.; Bolletta F.; Maestri, M. J. Am. Chem. Soc.1979, 101, 2907-2916.
[82] Wang Z.; Li M.; Zuo, W. J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 26416-26426.
[83] Huang T.; Du P.; Lin, Y. Chin. J. Chem.2025, 43, 2566-2587.
[84] Cebrián C.; Pastore M.; Monari A.; Assfeld X.; Gros P.; Haacke S. ChemPhysChem2022, 23, e202100659.
[85] Chábera P.; Kjaer K.; Prakash O.; Honarfar A.; Liu Y.; Fredin L.; Harlang T.; Lidin S.; Uhlig J.; Sundström V.; Lomoth R.; Persson P.; Warnmark, K. J. Phys. Chem. Lett.2018, 9, 459-463.
[86] de Groot L.; Ilic A.; Schwarz J.; Waernmark, K. J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 9369-9388.
[87] Dierks P.; Kruse A.; Bokareva O.; Al-Marri M.; Kalmbach J.; Baltrun M.; Neuba A.; Schoch R.; Hohloch S.; Heinze K.; Seitz M.; Kühn O.; Lochbrunner S.; Bauer M. Chem. Commun.2021, 57, 6640-6643.
[88] Forster L.Coord. Chem. Rev. 2006, 250, 2023-2033.
[89] Harlang T.; Liu Y.; Gordivska O.; Fredin L.; Ponseca C.; Huang P.; Chábera P.; Kjaer K.; Mateos H.; Uhlig J.; Lomoth R.; Wallenberg R.; Styring S.; Persson P.; Sundström V.; Wärnmark K. Nat. Chem.2015, 7, 883-889.
[90] Heinze, K. Nat. Chem. 2021, 13, 926-928.
[91] Heinze K.; Reinhart A.Dalton Trans. 2008, 469-480.
[92] Kaufhold S.; Rosemann N.; Chábera P.; Lindh L.; Losada I.; Uhlig J.; Pascher T.; Strand D.; Wärnmark K.; Yartsev A.; Persson, P. J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 1307-1312.
[93] Kaul N.; Asempa E.; Valdez-Moreira J.; Smith J.; Jakubikova E.; Hammarström, L. J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 24619-24629.
[94] KENNEY J.; BOONE D.; STRIPLIN D.; CHEN Y.; HAMAR K. Organometallics1993, 12, 3671-3676.
[95] Kjmer K.; Kaul N.; Prakash O.; Chábera P.; Rosemann N.; Honarfar A.; Gordivska O.; Fredin L.; Bergquist K.; Häggstrom L.; Ericsson T.; Lindh L.; Yartsev A.; Styring S.; Huang P.; Uhlug J.; Bendix J.; Strand D.; Sundstrom V.; Persson P.; Lomoth R.; Wärnmark K. Science2019, 363, 249-253.
[96] Larsen C.; Braun J.; Lozada I.; Kunnus K.; Biasin E.; Kolodziej C.; Burda C.; Cordones A.; Gaffney K.; Herbert, D. J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 20645-20656.
[97] Leis W.; Cordero M.; Lochbrunner S.; Schubert H.; Berkefeld, A. J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 1169-1173.
[98] Liang Y.; Steinbock R.; Yang L.; Ackermann, L. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 10625-10629.
[99] Lindh L.; Gordivska O.; Persson S.; Michaels H.; Fan H.; Chábera P.; Rosemann N.; Gupta A.; Benesperi I.; Uhlig J.; Prakash O.; Sheibani E.; Kjaer K.; Boschloo G.; Yartsev A.; Freitag M.; Lomoth R.; Persson P.; Wärnmark K. Chem. Sci.2021, 12, 16035-16053.
[100] Lindroth R.; Ondrejková A.; Wallentin C. Org. Lett.2022, 24, 1662-1667.
[101] Liu L.; Duchanois T.; Etienne T.; Monari A.; Beley M.; Assfeld X.; Haacke S.; Gros, P. Phys. Chem. Chem. Phys.2016, 18, 12550-12556.
[102] Liu R.; Li J.; Sun J.; Liu X.; Qu S.; Li P.; Zhang, B. Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 4428-4433.
[103] Gall B.; Smith A.; Ferreira, E. Angew. Chem. Int. Ed.2022, 61, e202212187.
[104] Liu Y.; Harlang T.; Canton S.; Chábera P.; Suárez-Alcántara K.; Fleckhaus A.; Vithanage D.; Göransson E.; Corani A.; Lomoth R.; Sundström V.; Wärnmark K. Chem. Commun.2013, 49, 6412-6414.
[105] Liu Y.; Kjær K.; Fredin L.; Chábera P.; Harlang T.; Canton S.; Lidin S.; Zhang J.; Lomoth R.; Bergquist K.; Persson P.; Wärnmark K.; Sundström V. Chem.-Eur. J.2015, 21, 3628-3639.
[106] London H.; Whittemore T.; Gale A.; McMillen C.; Pritchett D.; Myers A.; Thomas H.; Shields G.; Wagenknecht P. Inorg. Chem.2021, 60, 14399-14409.
[107] Long W.; Lian P.; Li J.; Wan, X. Org. Biomol. Chem.2020, 18, 6483-6486.
[108] Holmberg-Douglas,N.; Nicewicz, D. Chem. Rev. 2022, 122, 1925-2016.
[109] Hossain A.; Bhattacharyya A.; Reiser O. Science2019, 364, eaav9713.
[110] Huang T.; Du P.; Cheng X.; Lin, Y. J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 24515-24525.
[111] Duchanois T.; Etienne T.; Beley M.; Assfeld X.; Perpète E.; Monari A.; Gros P.Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 3747-3753.
[112] Fatur S.; Shepard S.; Higgins R.; Shores M.; Damrauer, N. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 4493-4505.
[113] Förster C.; Heinze, K. Chem. Soc. Rev.2020, 49, 1057-1070.
[114] Hockin B.; Li C.; Robertson N.; Zysman-Colman, E. Catal. Sci. Technol.2019, 9, 889-915.
[115] Marri A.; Marekha B.; Penfold T.; Haacke S.; Gros, P. Inorg. Chem. Front.2022, 10, 118-126.
[116] McCusker, J. Science2019, 363, 484-488.
[117] MCCUSKER J.; WALDA K.; DUNN R.; SIMON J.; MAGDE D.; HENDRICKSON, D. J. Am. Chem. Soc.1993, 115, 298-307.
[118] Monat J.; McCusker, J. J. Am. Chem. Soc.2000, 122, 4092-4097.
[119] Mourao H.; Gomes C.; Realista S.; Royo, B. Appl. Organomet. Chem.2024, 38, e6846.
[120] McDaniel A. M.; Tseng H.-W.; Damrauer N. H.; Shores, M. P. Inorg. Chem.2010, 49, 7981-7991.
[121] Stevenson S. M.; Shores M. P.; Ferreira, E. M. Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 6506-6510.
[122] Sinha N.; Wegeberg C.; Häussinger D.; Prescimone A.; Wenger O.S. Nat. Chem.2023, 15, 1730-1736.
[123] Stevenson S.; Shores M.; Ferreira, E. Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 6506-6510.
[124] Stevenson S.; Higgins R.; Shores M.; Ferreira E. Chem. Sci.2017, 8, 654-660.
[125] Sarabia F.; Ferreira E. Org. Lett.2017, 19, 2865-2868.
[126] Sarabia F.; Li Q.; Ferreira, E. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 11015-11019.
[127] Otto S.; Nauth A.; Ermilov E.; Scholz N.; Friedrich A.; Resch-Genger U.; Lochbrunner S.; Opatz T.; Heinze K. Chemphotochem2017, 1, 344-349.
[128] Arai N.; Ohkuma, T. J. Org. Chem.2017, 82, 7628-7636.
[129] Sittel S.; Sell A.; Hofmann K.; Wiedemann C.; Nau J.; Kerzig C.; Manolikakes G.; Heinze K. ChemCatChem2023, 15, e202201562.
[130] Sinha N.; Pfund B.; Wegeberg C.; Prescimone A.; Wenger, O.S. J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 9859-9873.
[131] Burton S. T.; Lee G.; Moore C. E.; Sevov C. S.; Turro, C. J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 13315-13327.
[132] Chan A.; Ghosh A.; Yarranton J.; Twilton J.; Jin J.; Arias-Rotondo, D.; Sakai, H.; McCusker, J.; MacMillan, D.Science 2023, 382, 191-197.