有機(jī)電化學(xué)合成利用電能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，不需要額外的化學(xué)氧化劑或還原劑，是綠色的合成技術(shù)。同時(shí)，電化學(xué)合成還具有電流、電位可調(diào)可控的優(yōu)勢。因此，電化學(xué)合成不僅在無機(jī)化合物的工業(yè)合成中廣泛應(yīng)用，在有機(jī)化合物的制備中也有很多應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)往往是通過自由基中間體，對化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性、立體選擇性的控制是個(gè)挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所金屬有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員梅天勝課題組一直致力于有機(jī)電化學(xué)合成領(lǐng)域的研究，利用媒質(zhì)（過渡金屬，有機(jī)媒介）控電子傳遞的策略，探索有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)中選擇性難以控制的問題。利用電化學(xué)中電流強(qiáng)度、電位可調(diào)、可控的特點(diǎn)，解決了一些使用化學(xué)氧化劑所導(dǎo)致的化學(xué)選擇性不高的問題，甚至實(shí)現(xiàn)了一些利用化學(xué)還原劑所不容易實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化。在過去的幾年中，該課題組發(fā)展了一系列電化學(xué)氧化促進(jìn)的過渡金屬催化的碳?xì)滏I選擇性官能團(tuán)化反應(yīng) (Acc. Chem. Res. 2020, 53, 300)，實(shí)現(xiàn)了烷烴C(sp3)–H鍵的選擇性氧化 (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3293)，芳烴C(sp2)–H鍵的選擇性胺化反應(yīng) (J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11487)，烯烴C(sp2)–H鍵的選擇性環(huán)化等反應(yīng) (J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18970; Nat. Commun, 2021, 12, 930)，以及烷烴C(sp3)–H鍵的不對稱炔基化反應(yīng) (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 15254)。在電化學(xué)還原促進(jìn)的偶聯(lián)反應(yīng)方面，實(shí)現(xiàn)了芳基鹵代物和烷基鹵代物的遷移交叉偶聯(lián)反應(yīng)以及芳基鹵代物的不對稱自偶聯(lián)反應(yīng) (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6520; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 9872)。同時(shí)結(jié)合成對電解和金屬催化，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)了鎳催化的硫醚化以及胺化反應(yīng) (Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5033; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9444)。
手性催化劑在電化學(xué)條件下不易兼容且電解質(zhì)可能干擾立體控制，因而在電化學(xué)條件下實(shí)現(xiàn)不對稱合成具有挑戰(zhàn)性。近日，課題組利用TEMPO作為媒介，通過不對稱小分子催化和電化學(xué)相結(jié)合的策略，實(shí)現(xiàn)了甘氨酸脂與簡單酮的不對稱氧化偶聯(lián)反應(yīng)。媒介的加入不僅使得反應(yīng)在較低電位下進(jìn)行，還實(shí)現(xiàn)了底物的選擇性地氧化，盡管底物和產(chǎn)物的氧化電位差很小（約13 mV）。該方法不需要金屬、化學(xué)氧化劑、電解質(zhì)和犧牲劑等化學(xué)計(jì)量的添加劑。機(jī)理研究表明，陰極還原質(zhì)子可以避免質(zhì)子介導(dǎo)的產(chǎn)物消旋化。該方法為有機(jī)電化學(xué)中的立體選擇性控制提供了一條新思路。相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上。
上述研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、金屬有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及中國博士后基金的資助。
電化學(xué)氧化促進(jìn)的不對稱氧化偶聯(lián)反應(yīng)
（來源：上海有機(jī)化學(xué)研究所）