CCS Chem. | 兰州大学科研团队在可见光催化领域取得重要进展

导读

近日，兰州大学科研团队在可见光催化领域取得重要进展，开发了一种条件温和、无需金属氧化剂的三组分反应新方法，首次实现了以CO2与甲酸盐作为双碳源，对1,3-烯炔进行精准的1,2,4-三官能团化，高效合成具有轴手性潜力的1,3-联烯二羧酸类化合物。

1,3-联烯二羧酸在功能材料、手性配体与药物分子设计中备受关注。然而，自1979年该骨架被首次报道以来，其合成长期依赖于当量有机金属试剂和多步反应，步骤繁琐且原子经济性差，制约了该类分子的深入研究和应用。

针对这一挑战，研究团队创新性地提出在1,3-烯炔的C2位引入三甲基硅基（TMS）作为可离去导向基团。在可见光激发下，甲酸盐产生的二氧化碳自由基负离子（CO2•⁻）首先将碘化物还原成碳自由基，实现对1,3-烯炔的自由基加成形成关键的自由基中间体，随后在碱促进下TMS脱除，生成高反应活性的联烯自由基负离子，进而精准捕获两分子CO2，最终实现了在C2与C4位点同时引入羧基的1,2,4-三官能团化过程。该策略巧妙利用了TMS的电子与空间效应调控反应路径，并使甲酸盐同时扮演还原剂与辅助碳源的角色，整个过程无需外加金属氧化剂，体现了绿色合成的理念。

在经过系统筛选获得的最优条件下进行了底物适用性研究，无论是带有给电子或吸电子取代基的芳基、杂芳基1,3-烯炔，还是各类烷基取代的烯炔，甚至是布洛芬、萘普生、吲哚美欣和L-薄荷醇等药物及活性分子衍生的复杂底物，均能顺利发生反应，以中等至优良的收率得到目标产物。同时，多种芳基碘和烷基碘也展现出良好的兼容性。

该方法的合成实用性在克级规模实验中得到了验证，以77%的收率成功获得1.13克产物。此外，所得1,3-联烯二羧酸可进一步衍生为二酯、二醇以及Weinreb酰胺等多种高价值中间体，为后续功能分子的构建提供了模块化工具。

深入的机理研究通过自由基捕获、同位素标记、中间体分离以及荧光猝灭等实验，证实了反应经历自由基途径，并揭示了“先脱硅、后双羧化”的串联过程，明确了CO2是羧基的主要来源，而甲酸盐则主要作为CO2•⁻的前体。基于此，研究团队提出了可能的催化循环机理。

该工作不仅首次实现了可见光驱动下1,3-烯炔的脱硅三官能团化反应，为结构独特的1,3-联烯二羧酸建立提供了高效、绿色的合成方法，也拓展了CO2自由基负离子化学在复杂分子精准合成中的范围，对药物化学、材料科学及相关领域的发展具有积极的推动作用。

该成果在中国化学会旗舰刊《CCS Chemistry》上发表。该论文兰州大学为第一署名单位，博士生段东森为第一作者，通讯作者为兰州大学药学院王少华教授和朱道勇副教授。本研究获得国家重点研发计划（2023YFA1506404）、国家自然科学基金（22401123）、甘肃省科技计划（23ZDFA003, 23JRRA1144, 23JRRA1028, 23CXGA0043, 24JRRA941, 24ZDFA003）、兰州市科技计划（2023-QN-18, 2023-1-17, 2024-1-17）及中央高校基本科研业务费（lzujbky-2023-ct02, lzujbky-2023-pd08, lzujbky-2024-14, 2025CXZX-106）的资助，并依托兰州大学天然产物化学全国重点实验室和药学院平台完成。

论文信息：

Dong-Sen Duan, Fu Cheng, Yu He, Zong-Bo Zhang, Jia-Xin Feng, Yuan Ma, Ye Zhang, Wen Bao, Dao-Yong Zhu, Shao-Hua Wang. Photocatalytic Desilylation Trifunctionalization of 1,3-Enynes with CO2. CCS Chemistry, 2025, DOI: 10.31635/ccschem.025.202506414

来源：兰州大学药学院