近日，本课题组与韩国科学技术院的研究者合作开发了一种全新的镍催化电化学偶联方法，能够高效构建各种复杂碳-碳键，这项研究不仅为有机合成中的关键步骤提供了绿色替代方案，更有助于实现更具可持续性的化学生产工艺。该成果发表在国际著名期刊《Science Advances》上。
电化学交叉亲电偶联（e-XEC）技术因其在构建复杂碳骨架中的巨大潜力，受到越来越多关注。与传统的交叉亲电偶联（XEC）策略不同，e-XEC技术通过可再生电能替代传统氧化还原试剂，使得反应过程更环保，并在有机合成的可持续发展方面具有显著优势。过去十年，e-XEC已广泛应用于C–C和C–X键的构建，极大丰富了化合物的多样性，尤其在C(sp3)–C(sp3)键的合成中成为现代有机化学中的重要需求。多个研究团队已在这一领域取得突破性进展，然而，在脱氨偶联中C(sp3)−C(sp3)键的构建方面，仍缺乏系统的研究。
本课题组在电化学偶联相关研究领域取得了一系列进展（Sci. Adv. 2019, 9516; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10859; Nat. Commun. 2021, 12, 6745; Green Chem., 2023, 25, 7084; Nat. Commun. 2024, 15,6116）。在此项研究中，团队选用了烷基双三氟甲磺酰亚胺（bistriflimides）作为全新的反应前体，通过电化学还原脱胺，生成烷基自由基，并与其他烷基或芳基卤化物发生偶联反应，成功构建了新的C–C键。研究发现，双三氟甲磺酰亚胺在电化学条件下表现出优异的自由基生成特性，使其成为高效的偶联试剂。实验结果表明，这一方法能够高效构建多种C(sp3)–C(sp3)键。
为了进一步验证了电化学脱氨偶联方法的广泛适用性，研究团队构建多种C(sp3)−C(sp2)键结构。实验表明，无论是电子丰富的还是电子缺乏的芳基卤化物，都可以在镍-电催化体系中高效地转化为目标产物。此外，该方法还表现出对多种杂环化合物的良好适应性，且在使用烯基溴或三氟甲磺酸酯作为偶联底物时，仍能维持良好的反应效果。尤其值得一提的是，当使用L5作为配体时，烷基双三氟甲磺酰亚胺与芳基卤化物可以发生电化学还原迁移偶联反应。
机理研究与理论计算
为了深入了解该反应的机理，研究团队进行了控制实验和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了碘离子在催化循环中的关键作用。具体而言，实验显示，碘离子在反应过程中可以高效地促进中间体的生成，并在电子转移过程中起到了决定性作用。此外，DFT计算结果表明，该反应的关键步骤之一是Ni(II)到Ni(0)的电化学还原，从而使镍催化剂能够在低价态和高价态之间循环，极大提升了自由基的生成效率并加速了反应进程。
研究还发现，镍催化剂通过一个包含低价态和高价态镍的循环路径完成了偶联反应。具体地，双三氟甲磺酰亚胺化合物在碘离子辅助下生成烷基自由基，中间产物在镍催化剂作用下发生自由基偶联和氧化还原反应，最终生成稳定的C–C键。该发现为进一步优化电化学偶联反应提供了新的思路，也为相关体系的设计提供了重要的理论支持。
该论文的第一作者为陶香长博士，理论计算由韩国团队的Wooseok Lee完成。此研究得到了中国国家自然科学基金及韩国基础科学研究院的资助支持。
文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw5410
近日，本课题组与韩国科学技术院的研究者合作开发了一种全新的镍催化电化学偶联方法，能够高效构建各种复杂碳-碳键，这项研究不仅为有机合成中的关键步骤提供了绿色替代方案，更有助于实现更具可持续性的化学生产工艺。该成果发表在国际著名期刊《Science Advances》上。
电化学交叉亲电偶联（e-XEC）技术因其在构建复杂碳骨架中的巨大潜力，受到越来越多关注。与传统的交叉亲电偶联（XEC）策略不同，e-XEC技术通过可再生电能替代传统氧化还原试剂，使得反应过程更环保，并在有机合成的可持续发展方面具有显著优势。过去十年，e-XEC已广泛应用于C–C和C–X键的构建，极大丰富了化合物的多样性，尤其在C(sp3)–C(sp3)键的合成中成为现代有机化学中的重要需求。多个研究团队已在这一领域取得突破性进展，然而，在脱氨偶联中C(sp3)−C(sp3)键的构建方面，仍缺乏系统的研究。
本课题组在电化学偶联相关研究领域取得了一系列进展（Sci. Adv. 2019, 9516; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10859; Nat. Commun. 2021, 12, 6745; Green Chem., 2023, 25, 7084; Nat. Commun. 2024, 15,6116）。在此项研究中，团队选用了烷基双三氟甲磺酰亚胺（bistriflimides）作为全新的反应前体，通过电化学还原脱胺，生成烷基自由基，并与其他烷基或芳基卤化物发生偶联反应，成功构建了新的C–C键。研究发现，双三氟甲磺酰亚胺在电化学条件下表现出优异的自由基生成特性，使其成为高效的偶联试剂。实验结果表明，这一方法能够高效构建多种C(sp3)–C(sp3)键。
为了进一步验证了电化学脱氨偶联方法的广泛适用性，研究团队构建多种C(sp3)−C(sp2)键结构。实验表明，无论是电子丰富的还是电子缺乏的芳基卤化物，都可以在镍-电催化体系中高效地转化为目标产物。此外，该方法还表现出对多种杂环化合物的良好适应性，且在使用烯基溴或三氟甲磺酸酯作为偶联底物时，仍能维持良好的反应效果。尤其值得一提的是，当使用L5作为配体时，烷基双三氟甲磺酰亚胺与芳基卤化物可以发生电化学还原迁移偶联反应。
机理研究与理论计算
为了深入了解该反应的机理，研究团队进行了控制实验和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了碘离子在催化循环中的关键作用。具体而言，实验显示，碘离子在反应过程中可以高效地促进中间体的生成，并在电子转移过程中起到了决定性作用。此外，DFT计算结果表明，该反应的关键步骤之一是Ni(II)到Ni(0)的电化学还原，从而使镍催化剂能够在低价态和高价态之间循环，极大提升了自由基的生成效率并加速了反应进程。
研究还发现，镍催化剂通过一个包含低价态和高价态镍的循环路径完成了偶联反应。具体地，双三氟甲磺酰亚胺化合物在碘离子辅助下生成烷基自由基，中间产物在镍催化剂作用下发生自由基偶联和氧化还原反应，最终生成稳定的C–C键。该发现为进一步优化电化学偶联反应提供了新的思路，也为相关体系的设计提供了重要的理论支持。
该论文的第一作者为陶香长博士，理论计算由韩国团队的Wooseok Lee完成。此研究得到了中国国家自然科学基金及韩国基础科学研究院的资助支持。
文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw5410