Site-selective benzylic C–H oxidation through mediated electrolysis  

电化学苄位区域选择性氧化反应研究

作　　者：Yi-Fan Xi Rui-Xing Gao Ping Fang Ya-Ping Han Cong Ma Tian-Sheng Mei 奚亦凡;高睿行;方萍;韩亚平;马聪;梅天胜(中国科学院大学,中国科学院上海有机化学研究所,金属有机化学国家重点实验室,上海200032;河北工业大学化工学院,天津300130)

机构地区：[1]State Key Laboratory of Organometallic Chemistry,Shanghai Institute of Organic Chemistry,University of Chinese Academy of Sciences,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200032,China [2]School of Chemical Engineering and Technology,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2024年第12期54-60,共7页催化学报(英文)

基　　金：国家重点研发计划(2021YFA1500100)。

摘　　要：A novel strategy for site-selective benzylic C–H oxidation has been developed through mediated electrolysis.A bulky maleimide N-oxyl radical(MINO)generated by proton-coupled electrochemical oxidation of N-hydroxymaleimide(NHMI),serves as a hydrogen atom-transfer mediator.Good-to-excellent site selectivity was observed among different substrates,providing a practical approach for site-selective benzylic C–H oxidation.Additionally,the hydrogen-atom transfer mechanism for C–H electrochemical oxidation allows the oxidation to proceed at much lower anode potentials relative to direct electrolysis and with minimal reliance on the substrate's electronic properties.苄位氧化反应在化工制造和医药生产中应用广泛.通过有机电合成,利用电子作为清洁的氧化剂,可以避免当量化学试剂的加入,提高反应的原子经济性.然而,传统的直接电解方法存在电极电位过高的问题.为解决该问题,氢原子转移(HAT)分子电催化剂N-羟基马来酰亚胺(NHPI)被引入反应体系,通过间接电解的方式使反应在温和条件下进行.然而,当面对多个键能相近、电性相似的碳氢键时,该催化剂存在区域选择性不佳的挑战.为了解决该挑战,本文设想将Maruoka课题组(Angew.Chem.Int.Ed.,2020,59,14261-14264)报道的大位阻N-羟基马来酰亚胺(NHMI)催化剂与有机电合成相结合,以利用其位阻效应来调控反应的区域选择性.首先,合成了一系列NHPI与NHMI的类似物,并在标准反应条件下对其催化性能进行考察.使用最优催化剂考察了反应的时间曲线,并确定了反应的理想时间.在最优条件下,对不同位阻和电性特征的底物进行了考察.研究结果表明,当底物的一侧位阻逐渐增大时,反应的区域选择性显著提高.然而,当底物一侧存在富电子基团(如环丙基或取代的苯基)时,反应的区域选择性会发生逆转.这是因为即使该碳氢键的位阻较大,HAT反应仍然更倾向于发生在富电子的碳氢键上.将大位阻的NHMI催化剂与NHPI的催化效果进行比较,本研究发现NHMI催化剂在大多数情况下表现出更优的区域选择性,并且不存在二次氧化的问题,为该催化剂在电化学体系下的其他应用提供参考,也为后续HAT分子电催化剂的设计和优化提供借鉴.在机理研究方面,通过循环伏安曲线(CV)测定了底物与催化剂的氧化电位,此外,通过时间曲线、背景反应以及恒电位电解法等方法证明了HAT过程的存在.综上所述,本研究将大位阻NHMI催化剂应用在电化学氧化反应中,一定程度上解决了NHPI催化的电化学氧化反应中存在区域选择性差的问�

关 键 词：Organic electrochemistry Hydrogen atom transfer Site-selective oxidation N-Hydroxymaleimide Radical oxidation 

分 类 号：TG1[金属学及工艺—金属学]