β-羟基酸是许多生物活性化合物、小分子药物和天然产物中的重要骨架结构。现有的一些构建β-羟基酸衍生物的策略，如脱羧Aldol反应、催化加氢、Reformatsky反应等，通常需要多步合成和转化，官能团耐受性有限。因此，开发直接和高效构建β-羟基酸的方法仍然是非常必要并具有挑战性的。环氧化合物是有机合成中非常重要的合成子，具有丰富的反应性，通常与亲核试剂反应，或者在过渡金属催化下实现开环偶联构建新的碳−碳键及碳−杂键。而CO2作为储量丰富，廉价易得的绿色C1源。原则上，环氧化合物和CO2直接发生反应即可高效、绿色且原子经济性地实现β-羟基酸的合成。而现有的环氧化合物与CO2的反应模式主要为氧中心的亲核开环生成环碳酸酯或者聚碳酸酯，而碳中心作为亲核位点进攻CO2的反应仍然鲜有报道。该反应存在很大的挑战：1）环氧化合物为亲电试剂，与CO2反应需要发生极性翻转，亲核进攻CO2实现羧化；2）环氧开环的位点选择性；3）CO2分子在热力学上具有很好的稳定性，很难被活化。
近些年来，有机电化学合成作为一种绿色高效的合成方法，得到了飞速的发展。电化学条件下可以通过得失电子来高效实现化学键的极性翻转。在此基础上，南开大学化学学院仇友爱团队发展环氧化合物选择性地电化学还原羧化合成β-羟基羧的反应。该反应具有良好的底物适用范围，单一的区域选择性；使用CO2作为羧基源；且该反应条件温和简单，不需要外加催化剂；对后修饰的天然产物也表现出很好的兼容性。值得一提的是，该方法还可以适用于芳基取代的四元、五元以及六元环醚类化合物，生成相应的γ-、σ-和ε-羟基羧酸。机理实验证明，该反应是在电还原的条件下，环氧先开环生成碳自由基，进一步被还原生成碳负离子，再对CO2亲核进攻实现羧化。循环伏安法（CV）实验证明，反应过程中可能有两种机理：当底物的还原电势比CO2更正时，底物在阴极直接被还原开环；当底物的还原电势比CO2更负时，优先还原CO2生成CO2自由基负离子，CO2自由基负离子再经单电子转移还原底物开环（其中CO2的还原电势为：Ep/2 = -2.2 V in DMF vs SCE）。然后，开环后的底物继续被还原，进而对CO2亲核进攻实现羧化。在该工作中，仇友爱研究员团队发展了一种电化学还原环氧化合物开环羧化的方法，实现了β-羟基酸的高效合成反应。该反应具有良好的化学与区域选择性，反应条件温和，CO2作为羧基源。该方法也为天然产物的后修饰提供了一种有效的策略。论文信息Electrocarboxylation of Aryl Epoxides with CO2 for the Facile and Selective Synthesis of β-Hydroxy AcidsYanwei Wang,Shunyao Tang,Guoqing Yang,Siyi Wang,Dengke Ma,Prof. Youai Qiu
