我國在電氧化促進的碳氫鍵官能團化反應研究中取得進展

　　人類社會的生存和發展離不開對醫藥、農藥、材料的物質需求。而這些物質的創造、生產又離不開合成化學。隨著能源、環境問題的日益嚴峻，發展原子經濟性的綠色合成方法變得尤為緊迫。氧化還原反應是基本的化學反應，通常需要使用當量的高活性、有毒、昂貴、容易導致副產物的氧化劑或者還原劑。電化學反應所用的氧化劑或還原劑是安全的、綠色的、潔凈的電子。另外，通過控制電位和選擇適當的電極、溶劑等方法，容易控制電極反應的方向，從而得到傳統化學合成難以制得的物質。然而，有機電化學反應的成鍵和斷鍵往往是通過自由基中間體，在烷烴、芳烴碳氫鍵的官能化反應中存在區域選擇性的問題。因此，烷烴、芳烴的碳氫鍵選擇性官能團化也是有機電合成領域的挑戰之一。

　　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梅天勝課題組，致力于金屬催化和有機電合成的交叉研究。利用金屬催化的高選擇性的特點，解決有機電合成中碳氫鍵官能團化的選擇性的難題，拓展了金屬有機電化學在合成化學中的應用。近年來，該課題組開發了一系列鈀催化的電氧化促進的碳氫鍵選擇性官能團化反應，實現了烷烴C(sp3)-H鍵的選擇性氧化、芳烴C(sp2)-H鍵的選擇性酰化和烷基化反應 (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3293； Org. Lett. 2017, 19, 2905； Chem. Commun. 2017, 53, 12189； ACS Catal. 2018, 8, 7179； Organometallics 2018, DOI: 10.1021/acs.organomet.8b00550) (圖1)。盡管在該領域取得了一些進展，但電氧化促進的碳氫鍵官能團化反應的應用仍然受到限制，比如需要使用帶有隔膜的電解池或者需要使用貴金屬催化劑等。

　　為了解決這些問題，拓展電氧化促進的碳氫鍵官能團化應用范圍，梅天勝課題組通過巧妙的底物設計，采用間接氧化的策略，利用廉價銅作為催化劑，四丁基碘化銨作為氧化還原媒介，實現了首例銅催化的電氧化促進的芳烴碳氫鍵胺化反應。該反應在室溫條件下進行，并且不需要使用帶有隔膜的電解池 (J. Am. Chem. Soc. 2018，140，11487）。該反應為苯胺的合成提供了一條高效、經濟、環境友好的途徑。通過使用n-Bu4NI作為氧化還原媒介，解決了胺化產物過氧化的問題。通過對反應動力學、同位素效應、循環伏安分析和自由基抑制實驗的系統研究，表明該反應通過單電子轉移（SET）過程進行。值得一提的是，該反應條件溫和，底物的官能團兼容性好，能夠實現吡啶類雜環化合物和嗎啉、哌啶等二級胺的直接偶聯反應。該研究為電氧化促進的碳氫鍵選擇性官能團反應在醫藥合成中的應用提供了新途徑。

　　上述研究得到中科院戰略性先導科技專項（B類）、中組部青年千人計劃、國家自然科學基金委、上海市科委以及金屬有機化學國家重點實驗室的資助。