与酯、三氟甲磺酸酯和甲苯磺酸酯相比，其C−O键被预活化（图1a），在这种交叉亲电试剂中，利用具有更高C - O键离解能的醇不仅在化学上具有挑战性，而且还避免了从醇中制备这些化合物的繁琐过程。
2017年，Martin 及其同事发现了一种配体控制的烯丙醇羧基化形式，采用镍催化，使用锌粉作为还原剂（图1b）。
作者在此报道了在1 atm CO2 条件下，用廉价的 Hantzsch 酯(HEH)作为还原剂，对烯丙醇进行的可见光/镍双催化区域选择性羧化反应（图1c）。
作者以烯丙醇 1a 作为二甲基甲酰胺 (DMF) 中的模型底物与 2,4,5,6-四(9-咔唑基)-间苯二腈 (4CzIPN)、空气储存的 Ni(acac)2、 室温下在蓝色 LED 照射和大气 CO2 下的新铜嘌呤 (L1)、HEH 和乙酸四丁铵 (nBu4NOAc)的条件下筛选反应条件。溶剂筛选显示二甲亚砜(DMSO)的性能最好，而乙腈(MeCN)中没有发现目标产物。对一些常见的镍催化剂的测试表明，Ni(OTf)2是最佳选择。此外，当LiOAc作为添加剂时，产率提高到71%。且在所有条件下，产物2a均具有良好的区域选择性(>99:1)和立体选择性(E/Z > 15:1)。
在最优条件下，作者研究了此条件的适用性（图 2）。为了便于分离，羧酸被转化为相应的甲酯。具有强供电子基团(1b) 和吸电子基团 (1c) 的衬底耐受性良好。同时，酯(1d) 和氯 (1e) 未发生反应，表明本方法存在后期的交叉偶联可能。其他芳基环，如萘(1f) 和呋喃 (1g) ，也可以耐受。延长或缩短碳链不妨碍反应（1h和1i）。烷基烯丙醇1j和1k表现出良好的反应活性。碳链内的杂原子，如硫化物或氨基，都是耐受的(1t和1u)。
作者接下来研究了此方法对炔丙醇的适用性（图 3）。通过将还原剂增加到 3.0 equiv，具有末端和内部三键的芳基和烷基底物可以连续转化为对应的酯类。对于直链醇 4b，获得了少量的支链酸，这可能是由于在加氢金属化过程中原位形成的 cis-1m 的空间位阻降低。
进行了控制实验。将水增加到化学计量的量没有破坏反应（图 4a，上）。与配合物5 进行反应，产物 2a 的产率为43%，证实了H2O的介入(图4a，下)。在没有HEH酯的情况下，用化学计量Ni(cod)2处理 1a,1HNMR观察到微量的产物 2a。这一结果表明可能参与了NiI中间体的形成，这与之前报道的Ni催化羧化反应一致(图 4b)。此外，作者还测试了化合物 6 作为 1a 的潜在反应中间体。没有形成 2a（图 4c）表示烯丙酯可能不会直接由醇和 LiOAc 生成。当 4b 在没有 CO2的情况下处理时，氢化产物 1m 以 Z: E = 3:1 定量获得，支持 Ni-H 介导的加氢金属化过程。为了确定氢源，在没有 CO2 的情况下引入了 D1-氘代 HEH（图 4d）。结果表明，尽管有水，HEH 也可以作为氢化物供体，尽管氘代水平（18%）较低。然而， 在不加入 LiOAc 的情况下，反应生成痕量的 2a，这表明碳酸氢盐与 LiOAc 的配体变化对于更稳定的中间体仍然是必要的。
推测的反应机理。在可见光照射下，4CzIPN 被激发为 4CzIPN*。它与 HEH 发生单电子转移 (SET) 变为还原性 4CzIPN•−，释放单电子并返回其基态。同时，在 L1存在下 NiII逐步单电子还原为 L1Ni0 (I) 引发了 Ni 催化循环。烯丙醇在水和 CO2 存在下被预活化成相应的烯丙基碳酸氢盐，这显著降低了氧化加成的活化能。 I与烯丙基碳酸氢盐的配位和氧化加成得到 π-烯丙基镍中间体 II。然后，II 与 LiOAc 的配体交换生成 III，其区域选择性受刚性 L1控制，形成末端 C-NiII键。用 4CzIPN•− 还原 III产生 NiI 中间体 IV，促进 CO2 插入过程形成羧酸镍 V。最后，V的还原再生催化 Ni0，同时释放羧酸盐 VI。
总之，作者开发了一种可见光/镍双催化烯丙醇与 CO2 的区域选择性羧化反应。该反应在大气 CO2 和室温下以廉价的 Hantzsch 酯作为还原剂进行，这提供了更环保的交叉亲电偶联选择。
DOI：10.1021/acscatal.2c00418
