有機電化學合成利用電能驅(qū)動反應，不需要額外的化學氧化劑或還原劑，是綠色的合成技術(shù)。同時，電化學合成還具有電流、電位可調(diào)可控的優(yōu)勢。因此，電化學合成不僅在無機化合物的工業(yè)合成中廣泛應用，在有機化合物的制備中也有很多應用。然而，傳統(tǒng)有機電化學反應往往是通過自由基中間體，對化學選擇性、區(qū)域選擇性、立體選擇性的控制是個挑戰(zhàn)。
中國科學院上海有機化學研究所金屬有機化學國家重點實驗室研究員梅天勝課題組一直致力于有機電化學合成領(lǐng)域的研究，利用媒質(zhì)（過渡金屬，有機媒介）控電子傳遞的策略，探索有機電化學反應中選擇性難以控制的問題。利用電化學中電流強度、電位可調(diào)、可控的特點，解決了一些使用化學氧化劑所導致的化學選擇性不高的問題，甚至實現(xiàn)了一些利用化學還原劑所不容易實現(xiàn)的轉(zhuǎn)化。在過去的幾年中，該課題組發(fā)展了一系列電化學氧化促進的過渡金屬催化的碳氫鍵選擇性官能團化反應 (Acc. Chem. Res. 2020, 53, 300)，實現(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 (J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11487)，烯烴C(sp2)–H鍵的選擇性環(huán)化等反應 (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 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 15254)。在電化學還原促進的偶聯(lián)反應方面，實現(xiàn)了芳基鹵代物和烷基鹵代物的遷移交叉偶聯(lián)反應以及芳基鹵代物的不對稱自偶聯(lián)反應 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6520; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 9872)。同時結(jié)合成對電解和金屬催化，在溫和條件下實現(xiàn)了鎳催化的硫醚化以及胺化反應 (Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5033; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9444)。
手性催化劑在電化學條件下不易兼容且電解質(zhì)可能干擾立體控制，因而在電化學條件下實現(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相結(jié)合的策略，實現(xiàn)了甘氨酸脂與簡單酮的不對稱氧化偶聯(lián)反應。媒介的加入不僅使得反應在較低電位下進行，還實現(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?。s13 mV）。該方法不需要金屬、化學氧化劑、電解質(zhì)和犧牲劑等化學計量的添加劑。機理研究表明，陰極還原質(zhì)子可以避免質(zhì)子介導的產(chǎn)物消旋化。該方法為有機電化學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《美國化學會志》上。
上述研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金委、上海市科委、金屬有機化學國家重點實驗室以及中國博士后基金的資助。
電化學氧化促進的不對稱氧化偶聯(lián)反應
（來源：上海有機化學研究所）