γ-内酰胺是一类重要的结构骨架，其广泛存在于天然产物和药物中（Fig. 1a）。鉴于其重要性，探索γ-内酰胺的合成方法具有重要意义。通常来讲，γ-内酰胺是由氨基酸衍生物在定量的偶联联剂（如N,N'-双环己基碳二亚胺—DCC，乙酸酐等）存在下缩合而成的（Fig. 1b）。除此之外，氮保护的酰胺或二噁唑酮的N-烷基化和酰基化也是合成γ-内酰胺的重要手段。然而，所有这些策略通常都需要对底物进行预官能团化，同时还面临着一系列副反应的发生。下载化学加APP到你手机，更加方便，更多收获。

近些年，二氧化碳参与的有机合成反应在药物和精细化学品合成方面有着巨大的应用。然而，实现这些转化均需要使用纯二氧化碳气体，而实现二氧化碳的净化则需要较高的成本。最近，德国拜罗伊特大学Shoubhik Das课题组基于Schoenebeck 和Rovis利用二氧化碳作为活化剂来构建γ-内酰胺的开创性工作（Fig. 1c），发展了利用商业可得的烯烃和胺作为起始原料和汽车尾气作为二氧碳源，直接实现了γ-内酰胺的合成（Fig. 1d）。

（图片来源：Nat. Commun.）

首先，作者以N-乙基苯胺1a和1,1-二苯基乙烯2a作为模板底物对反应进行探索（Table 1）。通过一系列条件筛选，作者发现当使用1a (1.2 equiv), 2a (1.0 equiv), Ir(ppy)₂(dtbbpy)PF₆ (0.2mol%), KHCO₃ (20mol%), 在DMF (2.0 mL)中，40W blue Kessil lamp (λ = 456 nm)照射下，CO₂气球存在下，室温反应20小时，可以以 98% 的核磁产率和90%的分离产率得到相应的γ-内酰胺产物3a（entry 1）。控制实验表明，反应在不存在光催化剂、碱、二氧化碳和光照等条件下是不能发生的（entries 7-10）。此外，当将此转化放大至10.0 mmol规模时仍可以以92%的产率得到产物，证明了此转化的实用性（entry 11）。值得注意的是，当直接使用汽车尾气（CO₂: 10.8414%, N₂: 61.0585%, CO: 0.0054%, O₂: 2.4532%, CH₄: 0.0061% 和其它）作为碳源时，可以以85%的产率得到产物3a（entry 12）。

（图片来源：Nat. Commun.）

在得到了最优反应条件后，作者对此转化的底物范围进行了探索（Fig. 2）。实验结果表明，此转化对一系列不同取代的胺和烯烃均具有良好的兼容性，以33-98%的产率得到相应的γ-内酰胺或ε-内酰胺产物3a-3z, 3aa-3ac, 4a-4p。值得注意的是此体系对卤素、烷基、三氟甲氧基、酯基、羧基、氰基、炔基等一系列基团均可兼容，展现了此体系的良好官能团兼容性。

（图片来源：Nat. Commun.）

接下来，为了证明此转化的使用性，作者探索了一系列生物活性分子的兼容性，从而为生物活性分子中引入γ-内酰胺骨架提供了新的策略（Fig. 3）。实验结果表明，包括cholesterol (5a), (+)-dehydroabietylamine (5b), oleylamine (5c), (-)-cis-myrtanylamine (5d), tocopherol (5e), nerol (5f), L-menthol (5g), fenofibrate (5h), flurbiprofen (5i) 和 dexibuprofen (5j) 等生物活性分子均可兼容此转化，以40-86%的产率得到相应的产物5a-5m，进一步证明了此转化的实用性。特别值得注意的是，当直接使用汽车尾气（包含CO₂, N₂, H₂O, CO, NOx和 O₂）作为碳源时，仍可以以49-71%的产率得到相应的产物5bb-5db, 5gb, 5ib, 5jb。

为了深入理解反应机理，作者进行了一系列控制实验（Fig. 4）。首先，自由基捕获实验表明，反应中涉及α-氨基自由基中间体（Fig. 4a）。随后，氘标记实验表明γ-氨基苄基阴离子可能是反应中的活性中间体（Fig. 4b）。此外，当使用庚醛作为亲电试剂时可以以中等产率（65%）得到γ-氨基醇产物，进一步证明了γ-氨基苄基阴离子中间体的存在（Fig. 4c）。紧接着，作者通过三氟甲基烯烃的脱氟烷基化实验进一步支持了γ-氨基苄基阴离子中间体的存在（Fig. 4d）。接下来，¹³CO₂标记实验清晰的表明γ-内酰胺产物中的羰基来自于二氧化碳（Fig. 4e）。最后，开关灯实验表明光照对实现此转化至关重要。

（图片来源：Nat. Commun.）

基于上述实验结果，作者提出了此转化可能的反应机理（Fig. 5）。首先，[Ir^III]光催化剂被可见光激发得到[Ir^III]*。随后，激发的[Ir^III]*络合物作为氧化剂接受1a提供的电子形成物种A和[Ir^II]。接下来。A在KHCO₃的协助下失去质子得到自由基中间体B，并与2a反应得到自由基物种C。紧接着，C与[Ir^II]经历单电子转移（SET）还原得到γ-氨基苄基阴离子中间体D。在二氧化碳存在下，物种D进攻二氧化碳的亲电碳中心形成相应的羧基负离子E。最后，通过分子内亲核进攻得到相应的γ-内酰胺产物。

（图片来源：Nat. Commun.）