二氧化碳（CO2）是储量丰富、廉价易得、无毒且可循环再生的“碳一资源”，通过化学手段将CO2转化为高附加值的化学品具有重要意义。然而，由于CO2反应活性较低，传统的CO2转化方法通常需要高温高压等苛刻的反应条件。长期以来，人们希望通过模拟光合作用实现CO2在温和条件下的高效化学转化。近年来，可见光催化的发展为CO2的化学转化提供了新的动力。与传统化学手段相比，可见光催化不仅能实现自由基的可控生成和电子传递，而且具有反应条件温和和绿色的特点。因此，利用可见光促进CO2转化为高附加值产品具有重要意义。
有机磷化合物是重要的功能分子，广泛存在于生理活性分子、配体等化合物中。膦氧化合物是构建含磷化合物的重要前体。目前已有很多课题组实现了膦氧化合物在氧化性条件下参与烯烃的氧化膦酰官能团化，构建多种取代的膦氧化合物。然而，膦氧化合物在氧化还原中性条件下参与的烯烃双官能团化却只有个别例子报道（例如，上海有机化学研究所的李超忠研究员报道的膦氟化反应，J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 14082-14085）。
含磷羧酸化合物具有重要的生理活性和应用价值，因而备受关注。然而，传统合成含磷羧酸化合物的方法存在步骤多、原子经济性不高、操作繁琐和产物结构单一等缺点，限制了对该类化合物生理活性等相关研究。针对以上问题，四川大学化学学院余达刚教授（点击查看介绍）课题组采用可见光促进的烯烃双官能团化策略，利用膦氧化合物为磷源，CO2为羧基源，在多种取代烯烃底物中同时引入含磷基团和羧基基团，高效合成了包括β-膦氧-α-氨基酸在内的β-膦氧-羧酸类化合物。该方法在氧化还原中性条件下实现了多种类型磷氧化合物参与的烯烃双官能团化，不仅避免了多种可能的副反应，而且具有底物适用范围广、条件温和、产物易衍生的特点，催化剂用量可低至0.1 mol%。机理实验表明该反应经历了自由基还原为碳负离子的光化学反应历程。
图片来源：Nat. Commun.
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综上，余达刚教授课题组开发了可见光促进CO2参与的烯烃膦羧基化反应，提供了合成β-膦氧-羧酸的新方法，同时为可见光促进的CO2转化提供了新的思路。该工作发表在Nature Communications。
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Transition metal-free phosphonocarboxylation of alkenes with carbon dioxide via visible-light photoredox catalysis
Qiang Fu, Zhi-Yu Bo, Jian-Heng Ye, Tao Ju, He Huang, Li-Li Liao, Da-Gang Yu
Nat. Commun., 2019, 10, 3592, DOI: 10.1038/s41467-019-11528-8
导师介绍
余达刚
https://www.x-mol.com/university/faculty/18372
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