去芳构化过程能够将易得的平面芳香化合物前体转化为更有价值的三维复杂分子结构，这种策略通常具有原子经济性和步骤经济性等符合绿色有机合成的优点。目前芳香化合物的去芳构化反应已经取得了非常多的重要突破，但大多都局限于杂芳烃（如吲哚、吡咯、苯并呋喃等）以及富电子的苯酚、萘酚等。相比之下，具有高共振稳定能的电子性质无差别芳烃（如萘和苯衍生物）的去芳构化报道较少，挑战也较大。此外，以廉价、丰富、安全的CO₂为羧基源来进行高附加值的有机精细化学品的合成，是一个有利于社会可持续发展的前沿研究领域。因此，将非活化芳烃的去芳构化反应和CO₂的资源化利用结合起来，具有重要的研究意义。

近年来,可见光光氧化还原催化为温和条件下去芳构化反应提供了一系列方案。然而可见光促进的非活化芳烃的还原性去芳构化的报道依然很少，特别是可见光促进还原性条件下非活化芳烃的去芳构化/双官能团化反应仍然极具挑战。最近，中科院福建物质结构研究所李纲课题组报道了苯乙烯类化合物与CO₂通过自由基-极性转换串联反应（RPCC）的策略实现廉价易得卤化物参与的烯烃的芳基/羧基双官能团化反应（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8122）。该反应成功的关键是我们首次发现二氧化碳自由基负离子（CO₂^•−）可以作为光反应的强还原剂，其能够还原具有高还原电位的芳基卤化物获得芳基自由基，从而实现后续串联反应。在此基础上，该课题组将这个RPCC策略应用于CO₂参与的非活化芳烃的去芳构化双官能团化反应：通过引入新型4-羧酸钾的Hantzsch酯（即：4-CO₂K-HE）还原剂，在可见光诱导下实现了含萘基、苯基（以及喹啉基）的芳烃底物的还原去芳构化/螺环化/远程芳基羧基化反应，为快速获取高附加值的复杂三维羧酸结构提供了有效的合成途径（图1）。

图1. 可见光诱导非活化芳烃的还原去芳构化/螺环芳基化/羧基化

首先，作者在一个大气压力下的CO₂的气氛中尝试了含萘基芳烃的去芳构化-远程羧基化反应。经过系统的条件优化，确立了以Ru(bpy)₃Cl₂为光催化剂，K₂CO₃为碱，4-CO₂K-HE为还原剂，DMF为溶剂的最优条件。随后，作者考察了这个反应对不同类型底物的适用性，以考察这个去芳构化/螺环芳基化/羧基化催化体系的普适性。作者考察了一系列1-萘和8-喹啉取代的醚、胺和酰胺类底物，发现这类底物可以以优秀到中等的产率得到一系列1,4-芳基羧基化的产物（图2 A）。此外，作者发现2-萘取代的底物和苯基芳烃底物也能被应用于这个反应，得到1,2-或1,4-芳基羧基化产物（图2 B）。最后，该反应还成功地应用于2-芳基吲哚底物的芳基羧基化反应（图2 C）。值的提出的是，去芳构化主要发生于非活化的苯环上（6-exo-trig环化），而不是富电子的吲哚环上；有别于常见的吲哚类化合物的去芳构化的化学选择性。

图2. 部分底物范围

作者对反应的机理进行了初步的研究，获得了对反应机理的初步认识。首先，Stern-Volmer实验表明激发态的钌催化剂(PC*)被4-CO₂K-HE有效淬灭，而不是反应底物。为了确定产物的羧基来源，作者使用¹³CO₂ (99% ¹³C)气体，发现产物羧基中有88%的碳被¹³C标记（图3a）。此外，同位素标记实验结果表明反应可能经过碳负离子中间体（图3b）。在此实验基础上，作者对这个反应提出了可能的反应机理。在蓝光照射下，激发态的光敏剂PC*(A)被4-CO₂K-HE (E = –0.90 V vs. SCE) 还原淬灭，随着CO₂的释放，生成PC^•− (B) (E_1/2 [Ru^II*/Ru^I] = +0.77 V vs. SCE) 和相应的二氢吡啶自由基C。随后，底物54a被B (E_1/2 [Ru^I/ Ru^II] = –1.33 V vs. SCE in MeCN) 还原，生成芳基自由基D。芳基自由基D经过分子内的去芳构化环化反应生成自由基E。E中间体被C还原，经过单电子转移生成碳负离子中间G。最后，G在碱的作用下，经过碳碳双键重排和甲基化反应生成最终的甲酯产物55（图3c）。

图3. 可能的反应机理

综上所述，作者通过引入新型还原剂4-CO₂K-HE ，在Ru光催化剂作用下，利用RPCC策略将实现了一系列非活化芳烃（包括萘、苯基芳烃和2-芳基吲哚）与CO₂在温和条件下的去芳构化/螺环化/远程芳基羧基化反应，为复杂分子的构建提供了一个高效的方法，也为资源化利用CO₂提供了一个独特的例子。此项研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项的资助。该工作以Communication的形式发表在CCS Chemistry，已在官网“Just Published”栏目上线。