【人物与科研】武汉大学雷爱文课题组ACIE：交流电介导的4-烷氧基苯胺类化合物C-O/O-H复分解反应

导语

通过C-O键的复分解反应来修饰含有C-O键的相关分子是一种非常理想的途径。尽管金属催化的烯烃复分解反应已经取得了一定的研究进展，并开展了广泛的应用，但传统惰性C-O键的复分解反应仍然具有挑战性而且鲜有报道。近日，武汉大学雷爱文教授课题组通过交流电电解策略，实现了C-O/O-H的复分解反应，成功合成了一系列有价值的4-烷氧基苯胺类化合物。相关成果在线发表于Angew. Chem. Int. Ed. （DOI: 10.1002/anie.202201543）。

雷爱文教授课题组简介

一直以来，课题组发展高选择性、绿色合成方法学。不同于传统利用亲核试剂和亲电试剂偶联构建化合物的思路，雷爱文发展了利用两个不同亲核试剂构建化合物的新思路。充分应用到各种C-C、C-N、C-S等成键反应中。近年来，聚焦于利用光、电发展绿色合成化学，合成并利用纳米催化、发展电催化设备等，寻求对高值化工产品、医药活性分子、染料分子等绿色创制与升级提供解决方案。

雷爱文教授简介

雷爱文，武汉大学化学与分子科学学院二级教授，高等研究院副院长，国务院政府特殊津贴专家, 国家“万人计划”科技创新领军人才（2017），国家中青年科技创新领军人才(2015)，英国皇家化学学会会士(2015)，长江学者特聘教授(2014)，国家杰出青年基金获得者(2010)。先后获得多项荣誉，主要包括中国化学会－约翰威立出版公司青年化学论文奖（2008）、礼来亚洲杰出化学科研奖（2011）、亚洲杰出青年科学家（2011）、湖北省自然科学奖（2012，一等，第一完成人）、中国化学会物理有机青年化学奖（2014）、中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖（2014）、中国侨界创新人才贡献奖（2016）、教育部与高等学校科学研究优秀成果奖（2017，一等，第一完成人）、Yoshida Prize（2019） 等。到目前为止发表论文400余篇，影响因子大于12的科研论文100余篇。到目前论文总引用次数近3万余次，2016-2021年连续入选Thomson Reuters和Elsevier的全球“高被引科学家”。

前沿科研成果

交流电介导的4-烷氧基苯胺类化合物C-O/O-H复分解反应

直接对药物和天然产物分子的惰性官能团进行选择性交换来实现其后期修饰是一种非常理想的方法。而已经取得一定发展的烯烃复分解反应就是一类成功的例子。相比于C=C键，如果能实现更易获得的C-C/C-N/C-O键的复分解反应，将会使相关分子的合成更加高效。雷爱文教授课题组就通过交流电电解使反应物在同一电极间隔极短的时间经历氧化、还原，成功实现了C-O/O-H复分解反应并高选择性的制备了一系列4-烷氧基苯胺类化合物（图1）。

图1.交流电介导C-O/O-H复分解反应

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

作者经过大量条件筛选，在最优条件下以87%产率和89%转化率得到单一目标产物。尽管在同样条件直流电模式也能得到复分解产物，但是选择性较差（图2）。作者还研究了不同频率对反应的影响，结果表明不同频率对产率及转化率都有较大影响，在50 Hz频率下反应效果最好。

图2.条件筛选研究

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

为了考察该反应的底物适应性，作者考察了一系列4-烷氧基苯胺类底物。整体而言，无论苯环上带有吸电子取代基还是供电子官能团，反应都能顺利进行，并以中等以上收率得到目标产物。除了乙二醇，其它的烷基醇也兼容于该反应体系。比如，氘代甲醇和氘代乙醇可以以中等收率转化成目标产物。值得注意的是，4-烷氧基取代的苯酚衍生物也能和乙二醇反应，不过得到的是进一步环化的产物。

图3.底物考察研究

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

进一步研究表明，交流电可能在反应过程中起着至关重要的作用。作者推测的反应机理如下（图4）：在交流电电解条件下，1b通过两步氧化形成中间体A2，A2会通过亲核加成和氢键的方式与两分子2a反应形成A4，A4再通过分子内的质子转移形成A6，然后形成相对稳定的A7，尽管从A2到A7整个过程只吸热1.8 kcal/mol的能量，但是适时的同一电极极性反转使A7迅速还原，从而推动反应形成产物。

图4.机理研究

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

总结：

作者基于交流电电解的策略首次实现了4-烷氧基苯胺与醇的C-O/O-H复分解反应。该反应不仅为4-烷氧基苯胺类化合物的合成提供了新方法，还为交流电电解在有机合成中的应用起了推动作用。

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