磷酸苄酯和亚磷酸苄酯衍生物与二氧化碳的电化学羧化反应

刘晓菲 王贺 陶力 任伟民 吕小兵 张文珍

引用本文: 刘晓菲, 王贺, 陶力, 任伟民, 吕小兵, 张文珍. 磷酸苄酯和亚磷酸苄酯衍生物与二氧化碳的电化学羧化反应[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 230700. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307008 shu
Citation:  Xiaofei Liu, He Wang, Li Tao, Weimin Ren, Xiaobing Lu, Wenzhen Zhang. Electrocarboxylation of Benzylic Phosphates and Phosphinates with Carbon Dioxide[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(9): 230700. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307008 shu

磷酸苄酯和亚磷酸苄酯衍生物与二氧化碳的电化学羧化反应

    通讯作者: 张文珍, zhangwz@dlut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22278054

    国家自然科学基金 21920102006

    中央高校基本科研业务费专项资金 DUT22LAB609

摘要: 二氧化碳是无毒、储量丰富、廉价易得的可再生能源,以二氧化碳作为碳源,将其催化转化为高附加值的化学品比如羧酸化合物,对实现碳循环可持续利用具有重要的意义。由于二氧化碳的热力学稳定性和动力学惰性,传统的二氧化碳参与的羧化反应通常需要苛刻的反应条件。与经典的有机合成方法相比,有机电化学合成利用电能驱动反应,不需要额外的化学氧化剂或还原剂,是更安全、可持续和环保经济的有机合成方法。其中,碳卤键或碳杂键与二氧化碳的电化学还原羧化反应可高效获得高附加值羧酸化合物。磷酸酯作为一种良好的离去基团广泛应用于众多有机合成反应。本文发展了在牺牲阳极及非牺牲阳极两种体系中磷酸苄酯和亚磷酸苄酯衍生物与二氧化碳的电化学羧化反应高效合成重要的芳基乙酸类化合物。该反应表现出优异的官能团耐受性,高效且容易放大,为布洛芬、非诺洛芬等芳基乙酸类药物分子提供了一种高效经济绿色的合成方法。通过循环伏安实验和多组对照实验证实磷酸苄酯和亚磷酸苄酯底物在阴极还原生成的苄基自由基和碳负离子是反应关键中间体,同时也不能排除二氧化碳在阴极还原生成CO2•−的可能性。

English

    1. [1]

      Liu, Q.; Wu, L.; Jackstell, R.; Beller, M. Nat. Commun. 2015, 6, 5933. doi: 10.1038/ncomms6933

    2. [2]

      Jacob, D.; Julien, R. L.; Dmitry, P. Z.; Ruben, M. Chem 2021, 7, 2927. doi: 10.1016/j.chempr.2021.10.016

    3. [3]

      Cai, S. F.; Li, H. R.; He, L. N. Green Chem. 2021, 23, 9334. doi: 10.1039/d1gc02783b

    4. [4]

      Wang, L.; Qi, C.; Xiong, W.; Jiang, H. Chin. J. Catal. 2022, 43, 1598. doi: 10.1016/s1872-2067(21)64029-9

    5. [5]

      Ye, J. H.; Ju, T.; Huang, H.; Liao, L. L.; Yu, D. G. Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518. doi: 10.1021/acs.accounts.1c00135

    6. [6]

      Yi, Y.; Xi, C. Chin. J. Catal. 2022, 43, 1652. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63956-6

    7. [7]

      Blobaum, A. L.; Marnett, L. J. J. Biol. Chem. 2007, 282, 16379. doi: 10.1074/jbc.M609883200

    8. [8]

      Senboku, H.; Yoneda, K.; Hara, S. Tetrahedron Lett. 2015, 56, 6772. doi: 10.1016/j.tetlet.2015.10.068

    9. [9]

      Mita, T.; Higuchi, Y.; Sato, Y. Chem. Eur. J. 2015, 21, 16391. doi: 10.1002/chem.201503359

    10. [10]

      Shao, P.; Wang, S.; Chen, C.; Xi, C. Org. Lett. 2016, 18, 2050. doi: 10.1021/acs.orglett.6b00665

    11. [11]

      Leon, T.; Correa, A.; Martin, R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1221. doi: 10.1021/ja311045f

    12. [12]

      Moragas, T.; Gaydou, M.; Martin, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5053. doi: 10.1002/anie.201600697

    13. [13]

      Liao, L. L.; Cao, G. M.; Ye, J. H.; Sun, G. Q.; Zhou, W. J.; Gui, Y. Y.; Yan, S. S.; Shen, G.; Yu, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 17338. doi: 10.1021/jacs.8b08792

    14. [14]

      Ran, C. K.; Niu, Y. N.; Song, L.; Wei, M. K.; Cao, Y. F.; Luo, S. P.; Yu, Y. M.; Liao, L. L.; Yu, D. G. ACS Catal. 2022, 12, 18. doi: 10.1021/acscatal.1c04921

    15. [15]

      Jing, K.; Wei, M. -K.; Yan, S. -S.; Liao, L. -L.; Niu, Y. -N.; Luo, S. -P.; Yu, B.; Yu, D. -G. Chin. J. Catal. 2022, 43, 1667. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63859-7

    16. [16]

      Yan, S. S.; Liu, S. H.; Chen, L.; Bo, Z. Y.; Jing, K.; Gao, T. Y.; Yu, B.; Lan, Y.; Luo, S. P.; Yu, D. G. Chem 2021, 7, 3099. doi: 10.1016/j.chempr.2021.08.004

    17. [17]

      Jin, Y.; Toriumi, N.; Iwasawa, N. ChemSusChem 2022, 15, e202200021. doi: 10.1002/cssc.202200021

    18. [18]

      Zhang, S.; Chen, W. Q.; Yu, A.; He, L. N. ChemCatChem 2015, 7, 3972. doi: 10.1002/cctc.201500724

    19. [19]

      Hang, W.; Li, D.; Zou, S.; Xi, C. J. Org. Chem. 2023, 88, 5007. doi: 10.1021/acs.joc.2c01840

    20. [20]

      Yan, M.; Kawamata, Y.; Baran, P. S. Chem. Rev. 2017, 117, 13230. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00397

    21. [21]

      Yuan, Y.; Yang, J.; Lei, A. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 10058. doi: 10.1039/d1cs00150g

    22. [22]

      Jiao, K. J.; Xing, Y. K.; Yang, Q. L.; Qiu, H.; Mei, T. S. Acc. Chem. Res. 2020, 53, 300. doi: 10.1021/acs.accounts.9b00603

    23. [23]

      Rockl, J. L.; Pollok, D.; Franke, R.; Waldvogel, S. R. Acc. Chem. Res. 2020, 53, 45. doi: 10.1021/acs.accounts.9b00511

    24. [24]

      Siu, J. C.; Fu, N.; Lin, S. Acc. Chem. Res. 2020, 53, 547. doi: 10.1021/acs.accounts.9b00529

    25. [25]

      Zhu, C.; Ang, N. W. J.; Meyer, T. H.; Qiu, Y.; Ackermann, L. ACS Cent. Sci. 2021, 7, 415. doi: 10.1021/acscentsci.0c01532

    26. [26]

      Novaes, L. F. T.; Liu, J.; Shen, Y.; Lu, L.; Meinhardt, J. M.; Lin, S. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 7941. doi: 10.1039/d1cs00223f

    27. [27]

      Liu, Y.; Li, P.; Wang, Y.; Qiu, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202306679. doi: 10.1002/anie.202306679

    28. [28]

      Cheng, X.; Lei, A.; Mei, T. -S.; Xu, H. -C.; Xu, K.; Zeng, C. CCS Chem. 2022, 4, 1120. doi: 10.31635/ccschem.021.202101451

    29. [29]

      Kingston, C.; Palkowitz, M. D.; Takahira, Y.; Vantourout, J. C.; Peters, B. K.; Kawamata, Y.; Baran, P. S. Acc. Chem. Res. 2020, 53, 72. doi: 10.1021/acs.accounts.9b00539

    30. [30]

      Chang, X.; Zhang, Q.; Guo, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 12612. doi: 10.1002/anie.202000016

    31. [31]

      Senboku, H.; Katayama, A. Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2017, 3, 50. doi: 10.1016/j.cogsc.2016.10.003

    32. [32]

      Yang, Z.; Yu, Y.; Lai, L.; Zhou, L.; Ye, K.; Chen, F. -E. Green Synth. Catal. 2021, 2, 19. doi: 10.1016/j.gresc.2021.01.009

    33. [33]

      Liu, X. -F.; Zhang, K.; Tao, L.; Lu, X. -B.; Zhang, W. -Z. Green Chem. Eng. 2022, 3, 125. doi: 10.1016/j.gce.2021.12.001

    34. [34]

      Zhang, K.; Liu, X. F.; Ren, W. M.; Lu, X. B.; Zhang, W. Z. Chem. Eur. J. 2023, 29, e202204073. doi: 10.1002/chem.202204073

    35. [35]

      Wang, S.; Feng, T.; Wang, Y.; Qiu, Y. Chem. Asian J. 2022, 17, e202200543. doi: 10.1002/asia.202200543

    36. [36]

      Wang, Y.; Zhao, Z.; Pan, D.; Wang, S.; Jia, K.; Ma, D.; Yang, G.; Xue, X. S.; Qiu, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210201. doi: 10.1002/anie.202210201

    37. [37]

      Sun, G. Q.; Zhang, W.; Liao, L. L.; Li, L.; Nie, Z. H.; Wu, J. G.; Zhang, Z.; Yu, D. G. Nat. Commun. 2021, 12, 7086. doi: 10.1038/s41467-021-27437-8

    38. [38]

      Tummanapalli, S.; Gulipalli, K. C.; Endoori, S.; Bodige, S.; Kumar Pommidi, A.; Medaboina, S.; Rejinthala, S.; Choppadandi, S.; Boya, R.; Kanuka, A.; et al. Tetrahedron Lett. 2022, 104, 154022. doi: 10.1016/j.tetlet.2022.154022

    39. [39]

      Corbin, N.; Junor, G. P.; Ton, T. N.; Baker, R. J.; Manthiram, K. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 1740. doi: 10.1021/jacs.2c10561

    40. [40]

      Ang, N. W. J.; Oliveira, J. C. A.; Ackermann, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 12842. doi: 10.1002/anie.202003218

    41. [41]

      Jiao, K. J.; Li, Z. M.; Xu, X. T.; Zhang, L. P.; Li, Y. Q.; Zhang, K.; Mei, T. S. Org. Chem. Front. 2018, 5, 2244. doi: 10.1039/c8qo00507a

    42. [42]

      Sun, G. Q.; Yu, P.; Zhang, W.; Zhang, W.; Wang, Y.; Liao, L. L.; Zhang, Z.; Li, L.; Lu, Z.; Yu, D. G.; et al. Nature 2023, 615, 67. doi: 10.1038/s41586-022-05667-0

    43. [43]

      Zhao, Z.; Liu, Y.; Wang, S.; Tang, S.; Ma, D.; Zhu, Z.; Guo, C.; Qiu, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202214710. doi: 10.1002/anie.202214710

    44. [44]

      Rawat, V. K.; Hayashi, H.; Katsuyama, H.; Mangaonkar, S. R.; Mita, T. Org. Lett. 2023, 25, 4231. doi: 10.1021/acs.orglett.3c01033

    45. [45]

      Zhang, W.; Liao, L. L.; Li, L.; Liu, Y.; Dai, L. F.; Sun, G. Q.; Ran, C. K.; Ye, J. H.; Lan, Y.; Yu, D. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202301892. doi: 10.1002/anie.202301892

    46. [46]

      Sheta, A. M.; Alkayal, A.; Mashaly, M. A.; Said, S. B.; Elmorsy, S. S.; Malkov, A. V.; Buckley, B. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 21832. doi: 10.1002/anie.202105490

    47. [47]

      Sheta, A. M.; Mashaly, M. A.; Said, S. B.; Elmorsy, S. S.; Malkov, A. V.; Buckley, B. R. Chem. Sci. 2020, 11, 9109. doi: 10.1039/d0sc03148h

    48. [48]

      Alkayal, A.; Tabas, V.; Montanaro, S.; Wright, I. A.; Malkov, A. V.; Buckley, B. R. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1780. doi: 10.1021/jacs.9b13305

    49. [49]

      Zhang, W.; Lin, S. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 20661. doi: 10.1021/jacs.0c08532

    50. [50]

      Liao, L. L.; Wang, Z. H.; Cao, K. G.; Sun, G. Q.; Zhang, W.; Ran, C. K.; Li, Y.; Chen, L.; Yu, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 2062. doi: 10.1021/jacs.1c12071

    51. [51]

      Zhao, B.; Pan, Z.; Pan, J.; Deng, H.; Bu, X.; Ma, M.; Xue, F. Green Chem. 2023, 25, 3095. doi: 10.1039/d2gc04636a

    52. [52]

      You, Y.; Kanna, W.; Takano, H.; Hayashi, H.; Maeda, S.; Mita, T. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 3685. doi: 10.1021/jacs.1c13032

    53. [53]

      Wang, Y.; Tang, S.; Yang, G.; Wang, S.; Ma, D.; Qiu, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202207746. doi: 10.1002/anie.202207746

    54. [54]

      Scott J. H.; Mark D. E. J. Med. Chem. 2008, 51, 2328. doi: 10.1021/jm701260b

    55. [55]

      Pradere, U.; Garnier-Amblard, E. C.; Coats, S. J.; Amblard, F.; Schinazi, R. F. Chem. Rev. 2014, 114, 9154. doi: 10.1021/cr5002035

    56. [56]

      Trost, B. M.; Czabaniuk, L. C. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5778. doi: 10.1021/ja301461p

    57. [57]

      He, Y.; Huang, L.; Xie, L.; Liu, P.; Wei, Q.; Mao, F.; Zhang, X.; Huang, J.; Chen, S.; Huang, C. J. Org. Chem. 2019, 84, 10088. doi: 10.1021/acs.joc.9b01278

    58. [58]

      Schwarz, K. J.; Yang, C.; Fyfe, J. W. B.; Snaddon, T. N. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12102. doi: 10.1002/anie.201806742

    59. [59]

      Liu, W.; Zheng, Y. Chin. J. Org. Chem. 2021, 41, 3344. doi: 10.6023/cjoc202100061

    60. [60]

      Wang, H.; Wang, Z.; Zhao, G.; Ramadoss, V.; Tian, L.; Wang, Y. Org. Lett. 2022, 24, 3668. doi: 10.1021/acs.orglett.2c01286

    61. [61]

      Zhang, K.; Liu, X. F.; Zhang, W. Z.; Ren, W. M.; Lu, X. B. Org. Lett. 2022, 24, 3565. doi: 10.1021/acs.orglett.2c01267

    62. [62]

      Zhang, K.; Ren, B. H.; Liu, X. F.; Wang, L. L.; Zhang, M.; Ren, W. M.; Lu, X. B.; Zhang, W. Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202207660. doi: 10.1002/anie.202207660

    63. [63]

      Liu, X. F.; Zhang, K.; Wang, L. L.; Wang, H.; Huang, J.; Zhang, X. T.; Lu, X. B.; Zhang, W. Z. J. Org. Chem. 2023, 88, 5212. doi: 10.1021/acs.joc.2c01816

    64. [64]

      Wang, L. L.; Liu, X. F.; Wang, H.; Tao, L.; Huang, J.; Ren, W. M.; Lu, X. B.; Zhang, W. Z. Synthesis 2023, 55, 2951. doi: 10.1055/s-0041-1738439

    65. [65]

      Deposition no. 2278317 (for 2t) contains the supplementary crystallographic data for this paper. These data are provided free of charge by the joint Cambridge Crystallographic Data Centre (www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif, accessed on Aug 2, 2023).

    66. [66]

      Chen, X. W.; Zhu, L.; Gui, Y. Y.; Jing, K.; Jiang, Y. X.; Bo, Z. Y.; Lan, Y.; Li, J.; Yu, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18825. doi: 10.1021/jacs.9b09721

    67. [67]

      Chen, X. W.; Yue, J. P.; Wang, K.; Gui, Y. Y.; Niu, Y. N.; Liu, J.; Ran, C. K.; Kong, W.; Zhou, W. J.; Yu, D. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 14068. doi: 10.1002/anie.202102769

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  916
  • HTML全文浏览量:  81
文章相关
  • 发布日期:  2024-09-15
  • 收稿日期:  2023-07-03
  • 接受日期:  2023-07-27
  • 修回日期:  2023-07-27
  • 网络出版日期:  2023-08-03
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章