近日，我校化学学院余达刚教授课题组与美国康奈尔大学林松课题组合作的科研成果，以“Electrochemical reactor dictates site selectivity in N-heteroarene carboxylations”为题发表于Nature，该研究实现了电解池调控CO2参与的氮杂芳烃区域选择性羧基化。四川大学系该论文第一完成单位，我校化学学院余达刚教授和美国康奈尔大学林松教授为共同通讯作者，我校化学学院2022届博士孙国权、康奈尔大学余鹏博士和张文博士为共同第一作者。
该研究利用CO2作为理想的羧基源，通过改变电解池实现了氮杂芳烃直接高效且区域选择性可调控的羧基化反应，具有良好的底物适应性和官能团的兼容性，为重要含氮杂环羧酸类化合物的制备提供了新方法，也为CO2资源化利用、碳氢键官能团化以及反应选择性调控提供了新思路。
据悉，余达刚课题组一直致力于发展CO2参与的精准合成化学，在可见光催化CO2转化研究（工作总结：Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518; 代表性工作：Nat. Catal. 2021, 4, 304；Nat. Catal. 2022, 5, 832）的同时，考虑到有机电合成策略利用电子作为清洁还原剂，且可通过改变电流或电压实现反应性和选择性调控的优势，探索了电化学促进的CO2转化（代表性工作：Nat. Commun. 2021, 12, 7086; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 2062），并在研究过程中意外发现了一种有趣的现象：改变电解池类型，就可以改变CO2参与氮杂芳烃羧基化反应的区域选择性。具体而言，在分隔型电解槽中主要得到C5位羧基化（烟酸）产物，而在非分隔型电解槽中则主要得到C4位羧基化（异烟酸）产物。在此基础上，余达刚课题组与美国康奈尔大学林松课题组深入合作，通过大量条件优化、机理实验和理论计算，成功实现了区域选择性可调控的氮杂芳烃羧基化反应，并解释了选择性调控的可能原因。此外，该反应具有反应条件温和、底物适用性广和官能团兼容性好等优点，对一系列取代吡啶、喹啉和其他相关氮杂芳烃有很好的兼容性，以中等至优良的收率得到重要氮杂芳基羧酸。
该研究得到国家自然科学基金委、科技部973项目、四川省科技厅、四川大学（理科“从0到1”原创研究青苗计划）和北京分子科学中心的经费支持。四川大学分析测试中心王晓燕老师、化学学院化学专业实验室综合训练平台李静老师和邓冬艳老师对该研究提供了测试帮助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05667-0
