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亲核试剂诱导二氧化碳参与的环化反应综述2019-05-03

二氧化碳(CO2)作为一碳合成子具有储量丰富、绿色安全、可再生、转化形式多样等优点,是一种理想的合成原料。在实际生活中,诸如火电行业等各种形式的能源消耗每时每刻都会产生大量CO2。在节能减排、追求可持续发展的背景下,倘若能够将排放入大气的CO2加以利用,无疑将产生巨大的经济效益与社会价值。为实现这一目标,除了需要探索二氧化碳更廉价的富集方式降低成本外,更需要探索CO2在转化领域上的可能性以提升反应的收益。尽管CO2的热力学稳定性与动力学惰性大大增加了这一课题的挑战性,但是近几年已经取得了长足的进步。

近年来,清华大学席婵娟教授课题组基于实验室的研究方向,围绕CO2的有机转化开展了一系列研究,例如廉价过渡金属催化炔烃与烯烃的氢羧化与碳羧化反应(Org. Lett., 2015, 17, 5112; Chem. Commun., 2015, 51, 6640; Org. Lett., 2016, 18, 2050; Org. Lett., 2018, 20, 4131; RSC Adv., 2017, 7, 3534),羰基化环化合成菲啶酮衍生物(J. Org. Chem., 2016, 81, 6672),羧化环化合成具有脯氨醇骨架的噁唑啉酮衍生物(Green Chem., 2017, 19, 4515)和还原剂参与CO2转化反应(Org. Lett., 2018, 20, 6678; ChemSusChem, 2018, 11, 2296; Eur. J. Org. Chem., 2018, 1739)等。

参与杂环分子的合成是CO2作为一碳合成子的重要应用,近年来涌现出大量利用CO2化学性质将其转化为羧基、羰基、亚甲基、次甲基结构,用于杂环分子合成的研究。最近,席婵娟教授课题组在Chem. Soc. Rev.上撰写综述,将CO2作为可极化的亲电试剂,从反应机理与亲核试剂角度对近五年来CO2参与的环化反应进行了系统总结:(1)亲核试剂诱导的羧化环化反应;(2)亲核试剂诱导的羰基化环化反应;(3)CO2参与的还原环化反应(Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 382)。

通过底物设计,人们以CO2为原料,从不同亲核试剂出发,便能够合成种类丰富的杂环化合物,如噁唑啉酮、环碳酸酯、内酰胺、内酯等官能化的杂环衍生物。文章对于今后CO2可能的发展方向进行了展望,除了发展催化体系提高已知反应效率外,与光催化、电催化体系结合,将CO2作为氧化剂、原位保护基、路易斯酸用于有机反应等尝试都是值得研究和思考的方向。

这一论文近期发表在Chemical Society Reviews 上,文章的第一作者是清华大学的博士研究生王晟

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