导语
以二氧化碳为羧基源合成芳基羧酸类化合物具有重要意义。与芳基C-H键直接羧基化相比，芳基卤代物与二氧化碳的羧基化反应表现出更优的位点选择性。然而，尽管存在这一优势，该反应仍面临一些挑战，例如芳基卤代物在制备过程中普遍存在反应选择性差和反应效率低等问题。
袁勇课题组长期致力于发展绿色、高效的电化学方法 (Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 10058-10086; Green Chem. 2024, 26, 10811-10817; Green Chem. 2025, 27, 9777–9786; Org. Lett. 2025, 27, 1841–1846; Tetrahedron Chem 2025, 14, 100126)，以解决合成化学中的关键挑战。近期，课题组以芳基噻蒽盐和二氧化碳为原料，发展了一种1,3,5-三嗪介导的电化学羧基化反应，在简单、温和的条件下合成了一系列芳基羧酸类化合物。相关研究成果以“1,3,5-Triazine-Mediated Electrochemical Carboxylation of Aryl Thianthrenium Salts with CO2”为题，发表在Organic Letters上（DOI: 10.1021/acs.orglett.5c03380）。
（图片来源：Org. Lett.）
前沿科研成果
经过大量筛选，作者确定了最优反应条件。紧接着，作者对反应的底物普适性进行了探究。研究发现烷基苯、烷氧基苯以及联苯衍生的芳基噻蒽盐均适用于该反应。此外，该方法还可拓展到药物分子的合成与修饰。
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为了探究该方法的实用性，作者进行了克级合成及衍生化实验。首先，投入10 mmol或者5 mmol的芳基噻蒽盐，可以分别得到0.96 g, 1.42 g, 0.83 g , 1.03 g以及0.73 g 目标产物。其次，以甲苯或联苯为起始原料，通过一锅两步法可以分别得到0.69 g和0.91 g 目标产物。此外，衍生化实验表明芳基羧酸产物具有丰富的转化潜力。例如，在Pd催化剂的作用下对甲基苯甲酸和苯乙烯可以发生氧化偶联反应；对甲基苯甲酸的邻位C-H键官能团化可以制备43；对甲基苯甲酸和苄基溴可以发生亲核取代反应；对甲基苯甲酸和甘氨酸乙酯盐酸盐反应可以得到45；对甲基苯甲酸和N-羟基邻苯二甲酰亚胺脱水缩合可以制备活性酯46；在还原剂的作用下对甲基苯甲酸可以转化为相应的苄醇47。
（图片来源：Org. Lett.）
随后，作者进行了机理探究实验。首先，加入自由基捕获剂TEMPO或BHT, 反应被完全抑制，并且可以通过高分辨质谱检测到芳基自由基的捕获产物。其次，同时加入1,1-二苯乙烯和TEMPO, 反应也被完全抑制，并且可以通过高分辨质谱检测到苄基自由基的捕获产物50。通过以上实验结果，作者推测反应过程中可能生成了芳基自由基。最后，用5当量氘水代替二氧化碳可以得到氘代产物52，初步证明反应过程中可能生成了芳基负离子中间体。
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为了揭示1,3,5-三嗪的作用，作者开展了DFT理论计算（DFT理论计算部分由武汉大学博士后王力为完成）。密度泛函理论（DFT）计算表明，1,3,5-三嗪自由基阴离子Int-1很容易将电子传递给芳基自由基。相对而言，Int-1与二氧化碳之间的单电子转移过程以及芳基自由基和二氧化碳自由基阴离子的之间的自由基-自由基交叉偶联过程均需要克服较高的能垒。基于以上实验数据和DFT理论计算结果，作者提出了可能的反应机理。首先，1,3,5-三嗪和芳基噻蒽盐1分别被还原为1,3,5-三嗪自由基阴离子Int-1和芳基自由基Int-2。随后，1,3,5-三嗪自由基阴离子Int-1与芳基自由基Int-2发生单电子转移过程生成1,3,5-三嗪Med-1和芳基负离子中间体Int-3。中间体Int-3对二氧化碳亲核加成后再经质子化就可得到芳基羧酸产物。
（图片来源：Org. Lett.）
总结
综上，西北师范大学霍聪德、袁勇/武汉大学王力为等报道了一种1,3,5-三嗪介导的电化学羧基化方法，在简单、温和的条件下合成了一系列芳基羧酸类化合物。该反应不仅容易放大到克级规模，而且还可用于药物分子的合成与修饰。控制实验和DFT理论计算表明阴极还原产生的1,3,5-三嗪自由基阴离子是将芳基自由基还原为芳基负离子的关键中间体。
这一成果于近期以“1,3,5-Triazine-Mediated Electrochemical Carboxylation of Aryl Thianthrenium Salts with CO2”为题发表在Organic Letters上（DOI: 10.1021/acs.orglett.5c03380）。西北师范大学化学化工学院为论文第一通讯单位。西北师范大学袁勇副教授和武汉大学博士后王力为（理论计算）为论文通讯作者。该工作得到国家自然科学基金青年科学基金项目的支持。
袁勇副教授简介