有機電化學合成利用電能驅動反應，不需要額外的化學氧化劑或還原劑，是綠色的合成技術。同時，電化學合成還具有電流、電位可調可控的優勢。因此，電化學合成不僅在無機化合物的工業合成中廣泛應用，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、區域選擇性、立體選擇性的控制是個挑戰。
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域的研究，利用媒質（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、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，甚至實現了一些利用化學還原劑所不容易實現的轉化。在過去的幾年中，該課題組發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反應方面，實現了芳基鹵代物和烷基鹵代物的遷移交叉偶聯反應以及芳基鹵代物的不對稱自偶聯反應 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6520; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 9872)。同時結合成對電解和金屬催化，在溫和條件下實現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可能干擾立體控制，因而在電化學條件下實現不對稱合成具有挑戰性。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合的策略，實現了甘氨酸脂與簡單酮的不對稱氧化偶聯反應。媒介的加入不僅使得反應在較低電位下進行，還實現了底物的選擇性地氧化，盡管底物和產物的氧化電位差很小（約13 mV）。該方法不需要金屬、化學氧化劑、電解質和犧牲劑等化學計量的添加劑。機理研究表明，陰極還原質子可以避免質子介導的產物消旋化。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。相關成果發表在《美國化學會志》上。
上述研究得到了中科院戰略性先導科技專項（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反應
（來源：上海有機化學研究所）