與酯、三氟甲磺酸酯和甲苯磺酸酯相比，其C?O鍵被預(yù)活化（圖1a），在這種交叉親電試劑中，利用具有更高C - O鍵離解能的醇不僅在化學(xué)上具有挑戰(zhàn)性，而且還避免了從醇中制備這些化合物的繁瑣過(guò)程。
2017年，Martin 及其同事發(fā)現(xiàn)了一種配體控制的烯丙醇羧基化形式，采用鎳催化，使用鋅粉作為還原劑（圖1b）。
作者在此報(bào)道了在1 atm CO2 條件下，用廉價(jià)的 Hantzsch 酯(HEH)作為還原劑，對(duì)烯丙醇進(jìn)行的可見(jiàn)光/鎳雙催化區(qū)域選擇性羧化反應(yīng)（圖1c）。
作者以烯丙醇 1a 作為二甲基甲酰胺 (DMF) 中的模型底物與 2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈 (4CzIPN)、空氣儲(chǔ)存的 Ni(acac)2、 室溫下在藍(lán)色 LED 照射和大氣 CO2 下的新銅嘌呤 (L1)、HEH 和乙酸四丁銨 (nBu4NOAc)的條件下篩選反應(yīng)條件。溶劑篩選顯示二甲亞砜(DMSO)的性能最好，而乙腈(MeCN)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物。對(duì)一些常見(jiàn)的鎳催化劑的測(cè)試表明，Ni(OTf)2是最佳選擇。此外，當(dāng)LiOAc作為添加劑時(shí)，產(chǎn)率提高到71%。且在所有條件下，產(chǎn)物2a均具有良好的區(qū)域選擇性(>99:1)和立體選擇性(E/Z > 15:1)。
在最優(yōu)條件下，作者研究了此條件的適用性（圖 2）。為了便于分離，羧酸被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的甲酯。具有強(qiáng)供電子基團(tuán)(1b) 和吸電子基團(tuán) (1c) 的襯底耐受性良好。同時(shí)，酯(1d) 和氯 (1e) 未發(fā)生反應(yīng)，表明本方法存在后期的交叉偶聯(lián)可能。其他芳基環(huán)，如萘(1f) 和呋喃 (1g) ，也可以耐受。延長(zhǎng)或縮短碳鏈不妨礙反應(yīng)（1h和1i）。烷基烯丙醇1j和1k表現(xiàn)出良好的反應(yīng)活性。碳鏈內(nèi)的雜原子，如硫化物或氨基，都是耐受的(1t和1u)。
作者接下來(lái)研究了此方法對(duì)炔丙醇的適用性（圖 3）。通過(guò)將還原劑增加到 3.0 equiv，具有末端和內(nèi)部三鍵的芳基和烷基底物可以連續(xù)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的酯類(lèi)。對(duì)于直鏈醇 4b，獲得了少量的支鏈酸，這可能是由于在加氫金屬化過(guò)程中原位形成的 cis-1m 的空間位阻降低。
進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn)。將水增加到化學(xué)計(jì)量的量沒(méi)有破壞反應(yīng)（圖 4a，上）。與配合物5 進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物 2a 的產(chǎn)率為43%，證實(shí)了H2O的介入(圖4a，下)。在沒(méi)有HEH酯的情況下，用化學(xué)計(jì)量Ni(cod)2處理 1a,1HNMR觀察到微量的產(chǎn)物 2a。這一結(jié)果表明可能參與了NiI中間體的形成，這與之前報(bào)道的Ni催化羧化反應(yīng)一致(圖 4b)。此外，作者還測(cè)試了化合物 6 作為 1a 的潛在反應(yīng)中間體。沒(méi)有形成 2a（圖 4c）表示烯丙酯可能不會(huì)直接由醇和 LiOAc 生成。當(dāng) 4b 在沒(méi)有 CO2的情況下處理時(shí)，氫化產(chǎn)物 1m 以 Z: E = 3:1 定量獲得，支持 Ni-H 介導(dǎo)的加氫金屬化過(guò)程。為了確定氫源，在沒(méi)有 CO2 的情況下引入了 D1-氘代 HEH（圖 4d）。結(jié)果表明，盡管有水，HEH 也可以作為氫化物供體，盡管氘代水平（18%）較低。然而， 在不加入 LiOAc 的情況下，反應(yīng)生成痕量的 2a，這表明碳酸氫鹽與 LiOAc 的配體變化對(duì)于更穩(wěn)定的中間體仍然是必要的。
推測(cè)的反應(yīng)機(jī)理。在可見(jiàn)光照射下，4CzIPN 被激發(fā)為 4CzIPN*。它與 HEH 發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移 (SET) 變?yōu)檫€原性 4CzIPN??，釋放單電子并返回其基態(tài)。同時(shí)，在 L1存在下 NiII逐步單電子還原為 L1Ni0 (I) 引發(fā)了 Ni 催化循環(huán)。烯丙醇在水和 CO2 存在下被預(yù)活化成相應(yīng)的烯丙基碳酸氫鹽，這顯著降低了氧化加成的活化能。 I與烯丙基碳酸氫鹽的配位和氧化加成得到 π-烯丙基鎳中間體 II。然后，II 與 LiOAc 的配體交換生成 III，其區(qū)域選擇性受剛性 L1控制，形成末端 C-NiII鍵。用 4CzIPN?? 還原 III產(chǎn)生 NiI 中間體 IV，促進(jìn) CO2 插入過(guò)程形成羧酸鎳 V。最后，V的還原再生催化 Ni0，同時(shí)釋放羧酸鹽 VI。
總之，作者開(kāi)發(fā)了一種可見(jiàn)光/鎳雙催化烯丙醇與 CO2 的區(qū)域選擇性羧化反應(yīng)。該反應(yīng)在大氣 CO2 和室溫下以廉價(jià)的 Hantzsch 酯作為還原劑進(jìn)行，這提供了更環(huán)保的交叉親電偶聯(lián)選擇。
DOI：10.1021/acscatal.2c00418
