太阳光是地球表面最丰富的能量形式，由于具有清洁、可持续等诸多优点，一直是驱动化学反应最具吸引力的能源之一。光合作用就是其中最具吸引力的例子，大自然利用太阳光能将二氧化碳和水转化为有机化合物，为包括人类的几乎所有生物的生命活动提供能量。同时，该过程消耗了温室气体二氧化碳，为延缓全球变暖起到重要的作用。
长期以来，化学家们一直在尝试模仿大自然，探索利用光能将二氧化碳转化为有机化合物的方法。但由于二氧化碳本身的稳定性使得这些尝试极具挑战。然而，近期光催化化学的兴起使这些化学反应成为可能。例如，已有报道表明在可见光条件下，二氧化碳可以参与到烯烃、炔烃、卤代烃以及三级胺的化学转化中，生成相应的羧基化合物。然而，亚胺作为传统的亲电试剂很难发生这类反应而合成氨基酸类化合物。
南京工业大学的樊新元课题组和宾夕法尼亚大学的Patrick Walsh教授合作对可见光催化下亚胺类化合物的化学性质进行了深入研究。他们发现，在特定的条件下，亚胺的化学性质会发生逆转，本来具有亲电活性的亚胺会表现出很强的亲核反应活性，比如可以从水中攫取质子而实现以水为原料的亚胺还原反应（Org. Lett., 2018, 20, 2433），也可以和醛发生亲核加成反应实现亚胺和醛之间双亲电试剂的高效偶联反应（Org. Lett., 2018, DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03394）。
基于上述研究基础，他们探索解决可见光（太阳光）促使亚胺对二氧化碳亲核加成反应的难题。经过对反应体系的合理设计以及反应条件的优化筛选，他们发现以金属铱光敏剂作为催化剂，二环己基甲胺作为电子供体，室温条件下，亚胺对二氧化碳的亲核加成反应可以顺利进行，并以较高的产率得到目标氨基酸产物。在实验中他们发现，随着反应的进行，产物以固体的形式从反应液中析出。反应完成后，经过简单过滤就可得到目标分子，可以避免色谱等繁琐的纯化步骤。对反应底物的考察表明，该方法具有较好的的底物适用性。
随后，他们以太阳光作为能量来源对该反应体系进行了测试，结果表明太阳光足以促使该二氧化碳转化的发生，以极高的产率得到目标氨基酸分子。实验中，反应的规模扩大到10克量级规模也能顺利得到目标产物，表明该方法具有较强的实用性。
该方法具有几个重要的优势：第一，可以使用太阳光这种清洁、可持续的能量作为能源；第二，反应条件温和，室温下即可进行，无需高压气体，从而避免使用高压釜等特殊仪器；第三，操作简便，只需过滤即可得到目标产物。这些优势使该反应极易扩大规模，表明该方法具有较好的实用性和广阔的前景。
相关研究成果发表在近期的Nature Communications 上，南京工业大学的樊新元副教授和宾夕法尼亚大学的Patrick Walsh教授为共同通讯作者，学生作者分别为南京工业大学的硕士研究生龚旭、马梦月和汪锐。
该论文作者为：Xinyuan Fan, Xu Gong, Mengyue Ma, Rui Wang & Patrick J. Walsh
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Visible light-promoted CO2 fixation with imines to synthesize diaryl α-amino acids
Nat. Commun., 2018, 9, 4936, DOI: 10.1038/s41467-018-07351-2
导师介绍
Patrick Walsh
http://www.x-mol.com/university/faculty/1378
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