琥珀酸衍生物广泛存在于天然产物、药物分子、和聚合物中。烯烃的双羧基化反应则提供了该类化合物最直接的合成方法。CO2气体作为最为常见的羧基来源，同时也是温室气体之一，其固定和转化具有重要现实意义。另外，在可见光催化条件下，利用甲酸盐产生的CO2•−作羧基来源，进行烯烃的羧基化反应近年来也得到关注。如果能够同时利用CO2和甲酸盐作羧基来源，实现烯烃的区域选择性异源双羧基化反应，则可以通过选择性同位素标记单一羧基来源的方式，合成单或双同位素标记的琥珀酸衍生物。这将对研究具有类似结构的药物分子在体内的代谢与同位素追踪提供可靠手段。此前，甲酸盐作CO2•−供体对烯烃的羧基化反应局限于单羧基化，而双羧基化反应的实现则仍然存在挑战。
我院朱旭教授带领研究团队针对该问题进行了深入研究，经过一年多的摸索与实验验证，近日，实现了蓝光（Blue LEDs）照射下，CO2和甲酸盐作共同羧基来源对烯烃的双羧基化反应，相关研究成果发表在ACS Catalysi (IF = 13.7)。通过利用甲酸盐和CO2共同作为羧基来源，实现了各种双芳基取代烯烃的异源双羧基化反应，极大地丰富了各类取代琥珀酸衍生物的种类和合成方法。并可以实现对药物分子如fenofibrate的后期修饰，得到双羧基化的衍生物。另外，除了活泼的双芳基取代烯烃，单芳基取代的烯烃，丙烯酸酯和酰胺，以及吲哚衍生物等，都可以发生双羧基化反应，以中等到较高收率，得到目标产物。该研究团队通过设计一系列控制实验，对反应机理进行了深入研究。这是首次通过同位素标记实验，证实了烯烃与CO2•−的反应同时存在两种途径，从而进一步丰富了对CO2•−反应性质的相关研究。
我院青年教师徐佩博士和硕士研究生王赛为该论文共同第一作者，通讯作者为郭栋教授和朱旭教授。上述工作得到了国家自然科学基金青年基金和江苏省自然科学基金青年基金，以及江苏省双创博士计划（徐佩）的经费支持。论文得到CBG网站亮点论文推介。
论文信息：Pei Xu,‡ Sai Wang,‡ Hui Xu, Yi-Qin Liu, Rui-Bo Li, Wen-Wen Liu, Xing-Yu Wang, Ming-Lin Zou, Yuan Zhou, Dong Guo,* Xu Zhu*. Dicarboxylation of Alkenes with CO2 and Formate via Photoredox Catalysis. ACS Catal. 2023, 13, 2149-2155. (DOI: 10.1021/acscatal.2c06377)
