Angew. Chem. ：有机还原媒介促进的碳−卤键电化学羧化

从绿色有机合成化学研究的角度来看，CO₂在催化剂的作用下与简单有机卤化合物反应生成高附加值的化学品具有原子经济性高和经济实用的优势。近年来，过渡金属催化的碳−卤键与CO₂偶联羧化反应受到了广泛地关注，该类反应通常需要加入当量的金属还原剂或者结合光催化来实现。然而，在实际生产中，特别是药物合成化学中，对金属残留量的要求非常苛刻，痕量的金属在后处理过程中往往需要很高的成本。因此，发展绿色、高效的非金属催化的碳−卤键羧化方法是非常有必要的。

近些年来，有机电化学合成作为一种绿色高效的合成方法，得到了飞速的发展。电化学条件下可以通过调节电极电势选择性地实现官能团的氧化或者还原。然而由于碳卤键自身的高还原电势，通过电化学还原活化，往往因电势过高导致官能团兼容性差，导致底物范围非常窄。电化学结合过渡金属催化在一定程度上可以解决该问题，通过间接电解的模式，提高反应的选择性以及官能团容忍性，但是有机媒介促进的电化学碳−卤键羧化仍然鲜有报道。

近日，南开大学化学学院元素有机化学国家重点实验室仇友爱课题组在绿色有机电合成的前期工作基础上（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202115178.; Nat. Commun. 2022, 13, 3774.; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202207746），报道了一类新型的有机还原媒介促进的碳−卤键电化学羧化反应。该反应使用催化量的萘作为电化学还原媒介；使用CO₂作为羧基源；具有良好的底物适用范围，适用于不同基团取代的芳基溴化物和芳基氯化物，以及简单的烷基溴化物。且该反应条件温和简单，对后修饰的天然产物也表现出很好的兼容性。控制实验表明，萘在该反应过程中起到了非常关键的作用；不添加萘媒介的时候，该反应主要生成脱卤氢化的产物。

理论计算结果表明：萘自由基负离子作为反应过程中的中间体，经单电子转移还原卤化物在能量上是非常有利的，紧接着生成的卤化物自由基负离子快速发生解离，生成相应的芳基或者烷基自由基。循环伏安法（CV）实验证明，萘作为有机媒介可以有效地促进卤化物的还原，当向萘的溶液中加入底物时，可以观测到明显的催化电流。结合实验推测该反应可能的机理为：萘作为媒介优先被还原生成萘自由基负离子，萘自由基负离子经单电子转移还原卤化物生成卤化物自由基负离子，紧接着碳卤键断裂生成碳自由基，进一步被还原生成碳负离子，再对CO₂亲核进攻实现羧化。

在该工作中，仇友爱课题组发展了一种新型有机还原媒介促进的碳卤键电化学羧化的方法，萘作为廉价易得的有机媒介，CO₂作为绿色经济的羧基源；对不同的官能团都表现出良好的耐受性；可以兼容天然产物、药物分子及其衍生物的后修饰结构。

论文信息

Metal-Free Electrochemical Carboxylation of Organic Halides in the Presence of Catalytic Amounts of an Organomediator

Yanwei Wang,Zhiwei Zhao,Deng Pan,Siyi Wang,Kangping Jia,Dengke Ma,Guoqing Yang,Prof. Dr. Xiao-Song Xue,Prof. Youai Qiu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210201