C-H键的直接官能团化能够高效地将简单有机分子转化为高附加值产物,是合成化学中的重要转化之一。然而,其选择性通常受限于C-H键固有的酸性和键能特性,因此开发新策略以突破这一限制将为特殊分子的构建提供新的机遇。 电化学析氢反应(HER)通过电能输入可将水中质子转化为氢气能源,将这一能源转化运用于有机合成中,可断裂C-H键为氢气和碳负离子。通过该方法可以在官能化试剂存在下原位生成多种碳负离子,利用官能化试剂的动力学及热力学筛选,可实现对碳负离子的采样。相较于传统的分步碳负离子生成与反应过程,这一电化学方法提供了全新的选择性机制。
基于前期研究基础,安徽大学李漫波/张胜团队近期基于新型铬基HER催化剂开发,建立了一种电化学碳负离子采样机制。该策略突破了联烯类化合物C-H键的固有酸性及键能的限制,成功实现了多种热力学不利官能化产物的精准构建。该催化体系具有简单易得、可克规模放大以及独特区域和化学选择性等特点。 通过系统筛选HER催化剂,该研究团队发现铬基Salen配合物(Cr-Salen)相较于传统钴基催化剂展现出显著优势:能够有效抑制联烯氢官能化副反应,从而实现联烯相对惰性的α位C-H键与丙烯酰胺的官能化反应。在最优的催化条件下,作者对各种联烯和丙烯酰胺底物进行探究,对于1,3-二取代的联烯(1)而言,该反应具有良好的官能团耐受性和非常规位点选择性。而将该反应拓展至1,1-二取代和三取代的联烯(1’)底物时,反应则通过碳负离子采样机制,得到了异构化的含有季碳中心的炔类产物。此外,作者还对所得产物进行衍生化研究,证实产物的合成应用价值。并通过混合原料的实验,凸显了碳负离子采样机制的优越性。 为了深入研究该反应的内在机理,作者设计了多种控制实验,包括循环伏安法(CV)测试、氘代实验和动力学同位素效应(KIE)实验,并利用密度泛函理论(DFT)计算验证了反应中的碳负离子采样过程。 在该工作中,李漫波/张胜团队基于新型铬基HER催化剂的开发,发展了一种电化学碳负离子采样策略。这一策略逆转了联烯类化合物C-H键的位点选择性,成功构建了多种热力学不利的官能化产物。 论文信息 Electrochemical Allene C─H Functionalization via Carbanion Sampling Jiayi Feng, Yuhang Xia, Mingyu Shen, Junwei Wang, Weigang Fan, Prof. Sheng Zhang, Prof. Man-Bo Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202508369