α-氨基酸是生物化学和医药化学中至关重要的分子，在蛋白质合成和药物开发中起着关键作用。传统的α-氨基酸合成方法往往依赖于高毒性的氰化物，这不仅对环境有害，而且在操作上也存在风险。（图1A）为了寻找更环保、更高效的合成方法，研究者们不断探索新的反应路径。近年来，光催化技术由于其在单电子转移过程中的强大能力，逐渐成为有机合成中的热门工具。特别是2018年，Yu和Walsh分别报道了利用光催化剂进行亚胺还原羧化的优秀方法，但这些方法都依赖于CO2气体作为羧基来源，这在实际操作中存在一定的局限性。（图1B）相比之下，草酸盐作为一种稳定且易得的固体试剂，展示出其在光化学反应中的潜力。草酸盐在电化学发光（ECL）反应中被广泛使用，其反应机制包括单电子氧化草酸盐以及随后产生的CO2•−和CO2。CO2•−是一种强还原剂，可以与氧化的ECL发光体反应并发光。虽然过去几十年里涉及CO2•−的羧化反应已有研究，但使用草酸盐作为羧酸衍生物合成的C1来源却鲜有报道。考虑到CO2•−独特的还原电位（Eox = -2.21 V vs SCE），作者设想这种未被充分探索的CO2•−物种可能实现亚胺的还原羧化。在此背景下，本研究提出了一种新的方法，通过形成电子-供体-受体（EDA）复合物，利用草酸盐进行N-苯甲酰亚胺的光化学还原羧化反应，从而合成非天然的α-氨基酸。（图1D）这不仅为CO2•−化学提供了新的见解，也为合成高附加值的分子提供了一种高效的途径。
图片来源：ACS Catalysis
本研究旨在开发一种利用草酸盐进行N-苯甲酰亚胺的光化学还原羧化反应的新方法，以合成非天然的α-氨基酸。作者提出，通过在可见光照射下，草酸盐与亚胺形成EDA复合物，实现电子转移生成CO2•−和CO2，从而完成还原羧化反应。作者团队首先通过不同的光催化剂和草酸盐的筛选，确定最佳反应条件。在N2气氛下，以不同的光催化剂（如3DPAFIPN）和草酸盐进行反应，考察各种取代基对反应的影响。此外，通过加入质子捕获剂（如tBu-TMG），有效避免了副产物的生成。在没有光催化剂的情况下，反应也能进行，表明可能存在一种无需光催化剂的电子转移机制。为进一步验证反应机制，作者团队进行了多项控制实验，包括D2O和TEMPO的加入实验，以探讨自由基中间体和EDA复合物的形成。最终，通过核磁共振（NMR）和紫外-可见光谱（UV-vis）实验，进一步证实了反应中EDA复合物的存在。本研究通过开发一种新的光化学还原羧化反应，为合成非天然α-氨基酸提供了一种高效且环保的方法。相比传统的高毒性氰化物方法，该方法使用草酸盐作为羧基来源，不仅安全且易于操作，还具有良好的原子经济性。通过形成EDA复合物，反应在温和条件下即可进行，显示出良好的底物普适性和高产率。此外，本研究还揭示了CO2•−在有机合成中的潜在应用，为CO2•−化学提供了新的见解。未来，随着对CO2•−物种的进一步研究，我们可以探索更多利用不同供体生成CO2•−的反应，为合成高附加值的分子开辟新的途径。这不仅对基础研究具有重要意义，也为绿色化学和可持续发展提供了新的思路。
标题：Photochemical Reductive Carboxylation of N‐Benzoyl Imines with Oxalate Accelerated by Formation of EDA Complexes
作者：Wen-Wen Liu,§ Pei Xu,§ Hui-Xian Jiang, Meng-Lei Li, Tian-Zi Hao, Yi-Qin Liu, Song-Lei Zhu, Kun-Xiao Zhang,* and Xu Zhu*
链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c02007
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