四川大学余达刚教授等综述：CO2参与的不对称合成研究进展

四川师范大学贵永远博士和四川大学余达刚教授等系统总结了CO₂参与的不对称C-C成键和C-O成键研究进展，并对反应机理和发展趋势进行了详细的探讨。

二氧化碳（CO₂）是温室气体的主要组成部分，其过度排放被认为是温室效应的主要诱因之一。因此，CO₂捕集和利用得到了国际社会的广泛关注。同时，CO₂是一种廉价易得、无毒可再生的C1资源。高效利用这种理想的C1合成子参与化学转化，合成高附加值的产品，在学术和工业应用方面都具有重要意义。然而，CO₂的高效利用面临着诸多挑战：首先，CO₂处在碳元素的最高价态，在结构上具有高度离域的电子结构，导致其具有较高的热力学稳定性；其次，CO₂是非极性分子，其较弱的配位能力导致其难以被过渡金属活化，而且作为气体分子，在常用有机溶剂中的溶解度有限。针对这些挑战，化学家们经过长期努力，开发出了一系列方法来利用CO₂精准合成具有高附加值的羧酸、醇以及杂环化合物。然而，相比与CO₂参与的非手性转化，CO₂参与的不对称转化（尤其是催化不对称转化）发展缓慢。 

近年来，经过化学家的不懈努力，CO₂的不对称转化方面取得显著进展。最近，四川师范大学贵永远博士和四川大学余达刚教授合作在Science China Chemistry上发表了题为“Recent advances in asymmetric synthesis with CO₂”的综述文章，对CO₂参与的不对称转化这一领域进行了系统地总结。 

该综述系统阐述了CO₂参与的不对称C-O键形成以及不对称C-C键形成的研究进展，根据不同策略主要分为3部分：（1）环氧化物的动力学拆分以及去对称化合成手性环状碳酸酯和聚碳酸酯；（2）氮、氧亲核试剂进攻CO₂合成手性环状碳酸酯或氨基碳酸酯；（3）有机金属试剂进攻CO₂合成手性羧酸及其衍生物。 

最后，作者对该领域的发展进行了总结和展望。相较于研究较为广泛的CO₂参与的不对称C-O键形成，CO₂参与的不对称C-C键形成,尤其是催化不对称C-C键形成具有更大难度，发展相对滞后。该方向的早期研究主要依赖于手性辅助试剂诱导的不对称C-C键构建，未来研究应主要考虑以下3个方面：（1）由于强碱性及高温等苛刻条件对手性控制不利，需要开发相对温和的CO₂活化策略；（2）由于CO₂与金属的弱配位和out-sphere机制不利于CO₂参与的过渡金属催化不对称成键过程的手性控制，因此需要开发具有较强配位作用的催化体系；（3）鉴于目前对该领域机理（尤其是手性控制步骤）理解还不够深入，需要加强实验探索和理论计算的合作，深入理解反应机制。这些努力将有助于开发出新型的手性催化体系，精准合成更加多样的重要手性化合物，促进二氧化碳资源化利用。 

详见：Chuan-Kun Ran, Xiao-Wang Chen, Yong-Yuan Gui^*, Jie Liu, Lei Song, Ke Ren, Da-Gang Yu^*. Recent advances in asymmetric synthesis with CO₂. Sci. China Chem, 2020, 63, https://doi.org/10.1007/s11426-020-9788-2

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作者简介

贵永远 四川师范大学化学与材料科学学院讲师，硕士生导师。2010年本科毕业于河南大学获得理学学士学位，2015年于中科院成都有机化学研究所获得理学博士学位(导师：王立新研究员)，期间主要从事有机小分子催化的不对称串联反应研究。2015年9月-2018年12月，在四川大学余达刚教授课题组从事博士后研究，研究方向为光/镍协同催化以及CO₂参与的不对称合成。2019年5月入职四川师范大学，主要从事不对称催化以及烯烃的官能团化反应研究。

余达刚 四川大学化学学院教授，博士生导师。主要从事二氧化碳利用、自由基化学和廉价金属催化等研究，发展了一些CO₂高效活化与选择性转化的新理念、新策略和新反应。以通讯作者身份在Sci. China Chem.、CCS Chemistry、 J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem.和Chin. J. Chem.等国内外学术刊物上发表论文40余篇。曾入选海外高层次人才引进计划青年项目、2016年“Organic Chemistry Frontiers” Emerging Investigators、2020年“Chemical Communications” Emerging Investigators和“Science China Chemistry” Emerging Investigators，曾获得2017年Thieme Chemistry Journal Award、2017年ACP Lectureship Awards、2018年中国化学会青年化学奖等荣誉，并主持了2018年国家自然科学基金委优秀青年基金、霍英东青年教师基金和四川省青年科技创新研究团队等项目，任《中国科学:化学》和《有机化学》青年编委。