Visible Light-Driven C(sp3)-H Carboxylation of Diverse Amines with CO2 into α-Amino Acids Using an Eco-Friendly and Reusable Covalent Organic Framework

羧化 化学 共价键 光催化 纳米颗粒 区域选择性 光化学 共价有机骨架 电子转移 非阻塞I/O 胺气处理 氨基酸 催化作用 可见光谱 组合化学 有机化学 材料科学 纳米技术 生物化学 光电子学
作者
Pekham Chakrabortty,Swarbhanu Ghosh,Anjan Kumar Das,Deepak Khurana,Tuhin Suvra Khan,Sk. Manirul Islam
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (24): 8736-8752 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c07353
摘要

Direct photochemical carboxylation of C(sp3)–H bonds with CO2 is an uphill task and it has attracted increasing attention. In the present study, we report an elegant strategy for visible-light-triggered C(sp3)-H carboxylation of amines with CO2 into α-amino acids using a stable crystalline polyimide-based covalent organic framework (PI-COF) as an efficient heterogeneous photocatalyst and NiO nanoparticles (NiO NPs) as a cocatalyst under ambient conditions (room temperature and atmospheric CO2 pressure). Diverse amino acids are produced in moderate-to-high yields. This methodology tolerates a range of functional groups and displays remarkable regioselectivity. Various drugs were effectively achieved using this light-assisted approach. The high chemical stability of the COF and its strong interactions with NiO NPs renders the catalytic system to be highly recyclable (i.e., over five times). More interestingly, this photoinduced carboxylation reaction occurred without the involvement of any sacrificial electron donors. Based on computational (DFT) investigations, a tentative mechanism revealed the formation of CO2 radical anion at the conduction band (CB) of the COF via single electron transfer mediated by NiO nanoparticles which combined with amine radical cation at the valence band of the COF to form α-amino acid.
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