Summary
CO2变换在单罐两步过程中进行，用于合成复杂分子。选择性 4 e-使用氢硼还原剂减少 CO2提供了一种反应性和多功能的乙醛中间体，随后参与冷凝反应或碳介C-C耦合生成。
Abstract
本文介绍使用单罐两步法的CO2转换。该方法的目的是提供各种增值产品，特别是产生手性碳中心。关键的第一步是选择性的双氢化CO2催化由铁氢复合物。用这种4e-还原获得的产品是一种罕见的乙酰乙醛，化合物1，在第二步中原位受到三种不同的反应。第一反应涉及与（二丙丙基）苯丙胺的冷凝反应，提供相应的imine 2。在第二次和第三次反应中，中间体1与三氮-5-二利苯（Enders's carbene）发生反应，以根据反应条件提供化合物3或4。在这两种化合物中，C-C键形成，手性中心由CO2作为碳的唯一来源产生。化合物4显示了两个手性中心，以非莫斯型机制以二立体选择性的方式获得。我们证明了剩余的波里尔片段在这种前所未有的立体控制中起着关键作用。该方法的兴趣基于反应性和通用性1，从单个中间体产生各种复杂的分子。两步法的复杂性由总反应时间短（反应时间较大为2小时）和轻度反应条件（25°C至80°C和CO21至3安分姆）补偿。
Introduction
鉴于使用CO2作为可持续碳源1、2、3的巨大兴趣，该方法的目的是将CO2转化为各种增值产品。
深入的研究旨在使CO24，5功能化，或将其转化为甲酸（2 e-减少），一氧化碳（2e -减少），甲醇（6e -减少）或甲烷（8 e-减少）1，6。截取2个电子还原产物与胺，特别是，产生形式酰胺和甲基胺7，8，9。这些研究领域是迄今为止最先进的。然而，与起始材料相比，无障碍功能的范围和产品附加值仍然相当小。
为了规避这一限制，我们专注于4 e-减少CO2和ii）应用一锅两步程序。单罐两步程序的目的是限制两个步骤之间的兼容性问题，从而扩大在减少的第一步之后可以执行的反应性类型。我们的目标是减少CO2的4e-因为甲醛-最简单的4e-减少产品-是一个特别反应和多功能的碳源10，11。它用作冷凝反应作为亚甲源，可聚合成碳水化合物。后者的变数-称为变数-是一个令人印象深刻的转换产生碳链和手性碳中心，完全由甲醛，是高的兴趣合成12，13和益生菌化学14，15，16。虽然我们能够观察到CO2水化17的游离甲醛，但其在均匀条件下的选择性生成仍然是前所未有的。而不是甲醛，我们开发了合成二乙酸乙醛化合物1从CO218，19的选择性双氢化。
在一锅两步工艺中，我们在此证明，在同一锅中，这种中间体1 i）在冷凝反应18或ii中作为甲醛的代用品反应，产生经过修饰的莫思型反应20。在后一种反应中，获得C-C耦合和手性碳中心。
Protocol
注意：请在使用前查阅化学品的材料安全数据表 （MSDS）。执行以下反应和个人防护设备时，请使用适当的安全操作。必须特别注意真空管线和气体压力系统的使用。
1. 核磁共振（NMR）管中CO2化合物2的合成
- Fe（H）2（dmpe）2： 溶解 4.6 毫克 Fe（H）2（dmpe）2 221，22在 1 mL 的四氢草 （THF）-d8.
注： dmpe = 1，2-bis（二甲基磷化物）乙烷 - 在手套箱中，用 15.9 mg 的 9-borabicyclo[3.3.1]非苯酚（9-BBN）和 100 μL 的 Fe（H）2（dmpe）2 （1 mol%）的库存溶液为 NMR 管充电。
- 添加 0.5 mL 的四氢草 （THF）-d8。
- 关闭管子并将其带出手套箱。
- 将管连接到气体系统，并将其置于 25°C 15 分钟，以平衡管内溶液的温度。
注：气体系统将 CO2瓶连接到真空管和 NMR 管。连接与特氟龙管和斯瓦格洛克连接器（参见图1的设置方案）。该系统能够在所需温度下添加调节器上定义的压力。 - 添加 1 分姆 CO2。
- 在 CO2的动态压力下离开 3 分钟，然后关闭管。
- 将管在 25°C 下离开 45 分钟。
注： 在此步骤中，乙二（硼）乙醛1在 NMR 管内以 85% 的收率生成（参见 NMR 分析的代表性结果）。 - 胺的库存溶液：在THF-d8的1mL中溶解177.3毫克的2，6-（二丙丙烯）苯胺。一旦产生化合物1，打开手套箱内的NMR管，并添加55μL的库存溶液的2，6-（二异丙基）苯丙胺，对应于1个等效的生成的二乙酰乙醛1。
- 关闭管子，用手摇动10s。
- 20分钟后，确认imine 2的形成乘1HNMR分析（图2）。使用六甲基苯（约10 mol% vs 9-BBN）作为内部标准来确定NMR产量。
2. 费舍尔搬运工中来自CO2的化合物3的合成
- 向费舍尔波特充电320毫克9-BBN，9.4毫克的Fe（H）2（dmpe）2和磁搅拌棒21，22。
- 添加 10 mL 的 THF。
- 关闭费舍尔搬运工，把它带出手套箱。
- 将其置于25°C15分钟，以平衡溶液的温度。
- 将费舍尔波特连接到燃气系统，并添加1个二氧化碳。
注：气体系统将 CO2瓶连接到真空管线和费舍尔波特。连接与特氟龙管和斯瓦格洛克连接器（参见图1的设置方案）。该系统能够在所需温度下添加调节器上定义的压力。 - 在CO2的动态压力下保持3分钟，关闭管子，在25°C搅拌45分钟。
注：此阶段对应于从 CO2水化中选择性生成 2（硼）乙醛1，产量为 85%。 - 45分钟后，在手套箱中打开费舍尔波特，在6 mL的THF中加入380毫克三氮-5-二利酮溶液。
- 在手套箱外，向费舍尔搬运工收取3分M的CO2。
- 在CO23μm的动态压力下，在60°C下搅拌溶液60分钟。
- 让溶液冷却至室温。
- 在真空下去除挥发物，在0°C下用3x 2 mL的二乙苯（Et2O）清洗残留物，以获得CO2加法3作为白色粉末（图3）。
- 要生成单晶，将浓度THF/五烷溶液置于-37°C，以24-48小时。
3. 费舍尔搬运工中CO2化合物4的合成
- 在手套箱中，用 159 mg 9-BBN、4.7 mg（1 摩尔） 的费舍尔波特管充电Fe（H）2（dmpe）2和磁性搅拌棒。
- 添加 5 mL 的 THF。
- 关闭费舍尔搬运工，把它带出手套箱。
- 将其置于25°C15分钟，以平衡溶液的温度。
- 将费舍尔波特连接到燃气系统，并添加1个二氧化碳。
- 在CO2的动态压力下离开3分钟，关闭费舍尔波特，并在25°C搅拌45分钟。
注：此阶段对应于从 CO2水化中选择性生成 2（硼）乙醛1，产量为 85%。 - 在生成 1 后，在手套箱中打开费舍尔波特，加入 54 毫克三氮-5-二利酮。
- 在手套箱外，在80°C下搅拌溶液40分钟，产生含有化合物4的化合物混合物。
- 去除溶剂，将部分残留物溶解在THF-d8的0.6 mL中。
- 使用装有PTFE过滤器（0.2 μm）的注射器过滤溶液，并将其放入NMR管中进行分析。使用六甲基苯（约 10 mol% vs 9-BBN）作为内部标准来确定 NMR 产量。
4. d，l-甘油醛化合物4的替代合成
- 在手套箱中，向施伦克管部加50毫克d，l-甘油醛，135毫克9-BBN和磁搅拌棒。
- 添加 4 mL 的 THF。
注意：化合物溶解后，H2发生进化。 - 用隔膜关闭Schlenk，并将一根针扎进去，让H2不断释放形成。
- 在室温下将白色悬架在手套箱内搅拌 24 小时。
- 加入165毫克三氮-5-二利酮。
- 在室温下搅拌 3 小时。在此期间，所有残留物均会溶解。
- 在真空下清除挥发物。
- 将残留物溶解在最低量 Et2O （1 mL） 中，并将溶液置于 -37°C 12 h。
- 化合物4沉淀。通过过滤清除滤液，并在真空下干燥沉淀物。
- 将化合物4分离为白色粉末，产量为72%。
Representative Results
成功生成二乙酸二醇化合物1通过1HNMR分析进行评估，在THF-d8中，具有5.54 ppm的亚甲基特有特征，图4a。成功生成化合物2通过1个H NMR分析评估，其特性AB信号（α=7.73（d，1H，2 JH-H = 18.4 Hz，CH2），7.30（d，1H，2J H-H = 18.4 Hz，CH2）的两个等效质子的THF-d8 （图4b）。在THF-d8（图4c）中，通过1HNMR分析对化合物3的成功生成进行评估。最显著的信号是 CHCO 2，5.34 ppm，BBN 片段的 CH为 0.26 和 -0.65 ppm。在THF-d8中通过1HNMR分析对化合物4的成功生成进行评估。如图4 d所示，由CO2原位产生的化合物4具有显著特征，即4.64ppm（3JH-H = 7.9 Hz，H3）的双精度和3.36（2JH-H = 9.7 Hz、3 JH-H = 9.5 Hz、1H、H1b）的伪t。在从d，l-Glyceradehydee分离的化合物4中，C3链的四个质子信号被清楚地观察到（图4e），链中的三个碳原子在76.9（C2）、74.0（C3）和71.5（C1）ppm（图5）的13C+1H+ NMR分析中具有特征。
图1：燃气系统。气体系统的方案，能够在给定温度下添加CO2的固定压力。请点击此处查看此图的较大版本。
图2：CO2的还原功能化。化合物1和2的合成。请点击此处查看此图的较大版本。
图3：卡贝内介导的C-C债券形成。化合物3和4的合成。请点击此处查看此图的较大版本。
图4：1H NMR对化合物1-4的分析，在室温下记录在THF-d8中。（A） 原位生成的化合物1， （B） 原位生成的化合物2， （C） 分离化合物3， （D） 原位产生的化合物4来自CO2，（E） 分离化合物4从d， l-甘油醛.请点击此处查看此图的较大版本。
图5：从d，l-甘油醛中分离的化合物4的代表性表征。13C=1H+ NMR 分析在室温下记录在 THF-d8;入口：C1-C3 区域的缩放。请点击此处查看此图的较大版本。
Discussion
在这里，我们介绍了CO2到复杂产品的一罐两步多功能转换。该方法的第一步是使用氢硼还原剂选择性地减少CO2.这一步至关重要，因为对 4e减少的选择性具有挑战性.很少有系统被报道描述选择性生成乙二醇23，24，25。在我们的例子中，铁氢化物复合物用9-BBN催化这种选择性4e-减少CO2，在温和条件下（25°C）和反应时间极短（45分钟）（图2）18下提供化合物1。我们的研究表明，反应条件是非常重要的。在我们手中，每次试图改变浓度、溶剂、CO2压力和温度都导致化合物1的收率下降。较长的反应时间也是有害的，因为它会导致甲醇水平过度降低或乙二醇的进化成几种寡聚化合物。根据我们的经验，有必要通过原位1H NMR 表征来验证此还原步骤的结果。该方法的可重复性需要多次测试。
中间体1与体积庞大的阴碱的原位冷凝反应产生相应的imine 2（图2）。这是一个简单明了的方法，化合物2很容易形成高产量（83%）。这种反应也可用于探测还原步骤的效率。该方法是唯一能从CO2合成imine函数的方法。此外，在各种冷凝反应中，中间1被证明是亚甲基的多功能来源，导致C-N、C-O、C-C和C+C键18的形成。因此，这种方法提供了一种直接的方法，使用CO2作为甲醛的代理在冷凝反应26。
中间1与Ender的Carbene反应，以提供化合物3或4，取决于反应条件（图3）20。在深入实验和理论研究的支持下，我们得以解释观测到的反应性。在这种情况下，化合物1不作为甲醛反应，因为硼基莫蒂留在化合物3和4中。这个特点产生于形成一个前所未有的O-Boryled布雷斯洛中间体（图3）27，28，29，30，31，32。这种中间体不是实验观察到的，但可以作为双功能刘易斯酸/刘易斯基活化剂对CO2，以支付化合物3或导致两个更多的碳中心的同质耦合，以支付化合物4。在这两种产品中，都生成了手性中心，在化合物4的情况下，由于桥接性宝尔片段的存在，以二元选择性的方式获得两个手性中心，C2和C3。
这里提出的进步是可能的，由于采用了一锅两步法和从CO2的选择性4e减少产生的中间1的高和多功能反应性。遵循一种类似的方法，以进一步提高合成分子的范围和复杂性，进行的工作是专门i）调整二乙酸乙醛在使用其他水硼还原剂的特性，ii）探索不同的耦合条件，在使用其他有机催化剂。
Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
S. D. 感谢米迪-比利内斯大学和图卢兹大学获得博士学位。D. Z. 感谢中国奖学金委员会获得博士学位。A. M. 感谢COLFUTuro获得博士学位。S. B. 感谢ANR方案JCJC"ICC"和A.Leon教授进行了富有成果的讨论。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Wilmad quick pressure valve NMR tube 5 mm diam. | Sigma-Aldrich | Z562882-1EA | |
| Filtre-seringue PTFE hydrophobe Ø 25 mm pores 0,22 µm | UGAP | 2528593 | |
| Fisher Porter | Home made system | ||
| 9-borabicyclo[3.3.1]nonane dimer | Sigma-Aldrich | 178713 | |
| FeCl2 (anhydrous) | Strem | MFCD00011004 | |
| d,l-Glyceraldehyde | Sigma-Aldrich | G5001 | |
| 2,6-(diisopropyl)phenylamine | Sigma-Aldrich | 374733 | |
| dimethylphosphinoethane | Strem | MFCD00008511 | |
| Tetrahydrofuran | Carlo Erba | solvent | |
| Diethyl ether | Carlo Erba | solvent | |
| Pentane | Carlo Erba | solvent | |
| Tetrahydrofuran D8 | Eurisotop | D149FE |
References
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