二氧化碳（CO2）是一种储量丰富、廉价易得、无毒且可再生的碳一资源，将CO2转化为高附加值化学品具有重要的应用前景，受到合成化学家们的广泛关注。羧酸化合物不仅广泛存在于各种生物活性分子中，也是有机合成中重要的合成砌块，利用CO2参与羧基化反应是合成羧酸化合物的重要方法。其中，末端炔烃与CO2的直接C(sp)−H键羧基化反应被广泛研究，是炔烃的重要同系化增碳反应，可快速高效地构建高附加值的丙炔酸化合物。同时，非共轭炔基羧酸也是一类具有重要应用价值的化合物，然而利用CO2参与的炔烃多碳同系化来构建重要的非共轭炔基羧酸目前仍未被实现。由于端炔与CO2易发生直接C(sp)−H键羧基化反应，高效高选择性地实现三组分炔烃多碳同系化反应存在巨大挑战。因此，发展一种新的催化策略来实现该类转化具有重要意义。
四川大学余达刚教授团队长期致力于温和条件下CO2的高效活化和选择性转化研究（综述：Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2518; Acc. Chem. Res. 2024, 57, 2728; Natl. Sci. Open 2023, 2, 20220024; Sci. Bull. 2023, 68, 3124; 代表性论文：Nat. Catal. 2021, 4, 304; Nat. Catal. 2022, 5, 832; Nature 2023, 615, 67; Nat. Catal. 2023, 6, 959; Nat. Synth. 2024, 4, 394.），在前期开发的可见光/金属协同催化CO2高值化转化的基础上，余达刚教授和华西公共卫生学院（华西第四医院）章炜特聘副研究员合作进一步发展了可见光/铜协同催化CO2参与的烯烃炔羧基化新反应。该工作通过可见光催化单电子还原烯烃产生具有双反应位点的自由基阴离子中间体，随后亲核进攻CO2形成烷基自由基中间体，再结合铜催化自由基炔基化过程，成功实现了CO2参与的端炔多碳同系化反应，为快速构建重要的β-炔基羧酸化合物提供了一种有效途径。
总的来说，该研究首次实现了可见光/铜协同催化CO2参与的烯烃炔羧基化反应。利用廉价易得的烯烃、端炔和CO2为原料，在温和条件下高效构建了一系列β-炔基羧酸化合物，具有高原子和步骤经济性、良好的官能团兼容性和高选择性等优点。β-炔基羧酸作为一类多功能合成子，展示出了广泛的转化潜力。此外，利用该方法可以从商业可得的炔烃出发，两步快速合成II型糖尿病潜在药物分子（GPR40/FFA1激动剂），进一步证明了该方法的实用性。
该研究以“Metallaphotoredox-catalyzed alkynylcarboxylation of alkenes with CO2 and alkynes for expedient access to β-alkynyl acids” 为题发表于Nature Communications。四川大学为第一单位，化学学院余达刚教授和华西公共卫生学院（华西第四医院）章炜特聘副研究员为共同通讯作者，四川大学化学学院专职博士后徐金诚和博士研究生岳峻平为共同第一作者。衷心感谢科技部、国家自然科学基金委、四川省科技厅和四川大学的经费支持。同时感谢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、邓冬艳老师以及化学学院张琴芳老师、宾正杨老师、何宇轩的测试支持。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-57060-w
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