Visible-Light Photoredox-Catalyzed Direct Carboxylation of Tertiary C(sp3)–H Bonds with CO2: Facile Synthesis of All-Carbon Quaternary Carboxylic Acids

化学 羧化 催化作用 四级碳 羧酸 碳纤维 可见光谱 第四纪 光化学 药物化学 有机化学 对映选择合成 古生物学 材料科学 复合材料 物理 复合数 生物 光电子学
作者
Yi Liu,Guan-Hua Xue,Zhen He,Jun‐Ping Yue,Min Pan,Lei Song,Wei Zhang,Jian‐Heng Ye,Da‐Gang Yu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
被引量:12
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09558
摘要

Direct carboxylation of C-H bonds with CO2 represents an attractive strategy to synthesize valuable carboxylic acids with high atom, step, and redox economy. Although great progress has been achieved in this field, catalytic carboxylation of tertiary C(sp3)-H bonds still remains challenging due to their inherent inertness and significant steric hindrance. Herein, we report a direct carboxylation of tertiary benzylic C(sp3)-H bonds with CO2 via visible-light photoredox catalysis. Various all-carbon quaternary carboxylic acids, which are of significant importance in medicinal chemistry, are successfully obtained with high yields. This direct carboxylation is characterized by good functional group tolerance, broad substrate scope, and mild operational conditions. Furthermore, our methodology enables the efficient and rapid synthesis of key drug or bioactive molecules, such as carbetapentane, caramiphen, and PRE-084 (σ1 receptor agonist), and facilitates various functionalizations of C(sp2)-H bonds using the directing ability of target carboxylic acids, thus highlighting its practical applications. Mechanistic studies indicate that a carbanion, which serves as the key intermediate to react with CO2, is catalytically generated via a single electron reduction of a benzylic radical through a consecutive photoinduced electron transfer process.
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