作为一种绿色合成手段，有机电化学能够在温和条件下产生自由基或自由基离子等反应活性物种，大大丰富了合成化学家的工具箱。此外，电化学技术与光催化、过渡金属催化等有机合成手段的协同作用，拓展了合成化学的应用范围。作为电化学合成领域的重要研究方向之一，卤代烃的电化学SET还原近期取得了重要的研究进展。然而，由于C-Cl键的还原电位低于-1.5 V（参比电极：Ag/AgNO3），氯代烃的直接电化学还原将导致较差的化学选择性和官能团容忍性（图1a）。虽然间接电还原方法有可能克服上述局限，但有效的电化学还原剂极其有限（图1b-1c）。目前，温和条件下氯代烃的电化学SET还原依旧存在较大的挑战。 针对上述问题，北京工业大学徐坤和曾程初教授首次提出电化学还原和卤键活化协同作用的策略，可在较正的还原电位下实现C-Cl键的SET还原（图1d）。该策略的优势如下：卤键活化降低了C-Cl键的活化能垒，进而有效降低C-Cl键的还原电位；较正的还原电位可以提升反应的化学选择性和官能团容忍性；卤键催化剂和底物之间的还原电位无需匹配，因此该策略的活化模式有别于传统的间接电还原。相关成果近期在线发表于Science China Chemistry（DOI: 10.1007/s11426-022-1410-6）。图1. C-Cl键的电化学SET还原策略（来源：Sci. China Chem.）为了实现上述反应设计，作者以烯烃与三氯乙酰乙酸乙酯为模型底物进行条件优化（图2）。研究发现，廉价易得的4,4’-二叔丁基联吡啶(dtbbpy)是最优的卤键活化剂。控制实验结果表明，如果反应不添加dtbbpy作为卤键活化剂，反应的产率只有9%；如果不通电，反应则不能进行。值得一提的是，成对电解的引入使得该反应的法拉第电解效率高达127%。图2. 条件优化（来源：Sci. China Chem.）在获得最优的反应条件后，作者对反应底物进行了适用性考察（图3）。一系列1,1-二取代烯烃、芳基取代的苯乙烯衍生物、脂肪烯烃、共轭二烯以及烯醚等都可以作为反应底物，快速构建2-烯基取代的四氢呋喃骨架。图3. 底物扩展（来源：Sci. China Chem.）由于该反应策略的优势之一是可以在较正的还原电位下还原C-Cl键，理论上具有较好的官能团容忍性。为了验证这一论断，作者接着考察了一系列天然产物和药物分子衍生的烯烃底物（图4）。实验结果发现，在最优的反应条件下，这些复杂烯烃也能得到中等的反应收率，且官能团都能得到保持。图4. 官能团兼容性考察（来源：Sci. China Chem.）为了验证dtbbpy作为卤键催化剂对C-Cl键的活化作用，作者进行了循环伏安测试（图5）。实验发现，三氯乙酰乙酸乙酯的还原电位是-1.46 V（参比电极：Ag/AgNO3），但当加入两当量的dtbbpy时，三氯乙酰乙酸乙酯的还原电位正移到-1.24 V（参比电极：Ag/AgNO3）。上述实验结果证实了dtbbpy对C-Cl键的活化作用，可以降低C-Cl键的还原电位。图5. 循环伏安实验（来源：Sci. China Chem.）综上，作者首次提出电化学还原与卤键活化的协同策略，用于C-Cl键的低电位SET还原。借助于该策略，在成对电解的条件下，作者发展了烯烃与三氯乙酰乙酸乙酯的电中性环化反应，实现了2-烯基取代的四氢呋喃骨架的高效构建，反应具有优异的底物适用性和官能团容忍性。这种双活化策略有望为其它卤代烃的低电位SET还原模式开发提供参考。相关成果近期在线发表于Science China Chemistry。博士研究生廉菲同学为论文的第一作者，徐坤和曾程初教授为通讯作者。详细内容请见：Fei Lian, Kun Xu*, Chengchu Zeng*. The synergism of sequential paired electrosynthesis with halogen bonding activation for the cyclization of organochlorides with olefins. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-022-1410-6。