南京林业大学黄申林团队：电化学氧化裂解炔烃制备羧酸

英文原题：Electrochemical Oxidative Cleavage of Alkynes to Carboxylic Acids

通讯作者： Shenlin Huang (黄申林）

作者：Qingyuan Feng (冯庆源), Yamin Wang (王亚铭), Binnan Zheng (郑斌南), Shenlin Huang (黄申林)

背景介绍

羧酸类化合物广泛存在于各种天然产物、药物、农药、食品防腐剂和化妆品成分中，合成方法众多，其中利用炔烃氧化转化是羧酸合成的基本反应之一。传统的炔烃氧化合成羧酸的方式以如下三种为主：1）低温下臭氧裂解C≡C；2）过当量氧化剂，如KMnO4氧化；3）使用过渡金属与相应氧化剂相结合的方法。但这些方法往往存在特殊官能团的兼容性、使用过量的氧化剂和苛刻的反应条件等问题。有机电化学氧化作为一种绿色可持续的有机合成技术，其具有能够在温和的条件下进行反应，高效节能，避免相对危险的化学氧化还原剂的使用等优点受到越来越多的关注。但现阶段针对电化学氧化裂解炔烃的研究较少，为进一步探索电化学氧化在炔烃转化中的适用性，开发温和绿色的电化学氧化炔烃制备羧酸的方法十分重要。（图1）

图1.炔烃氧化制备羧酸

文章亮点

1. 开发了一种温和绿色的电化学氧化方法，克服传统氧化反应对底物适用性的局限，并合成一系列芳基、杂芳基、烷基羧酸类化合物；

2. 使用亚硝酸钠充当电解质、亚硝自由基前体以及亚硝化试剂参与电化学氧化反应。

图文解读

图2.底物拓展

本工作以4-叔丁基苯乙炔为模板底物开始研究，通过条件优化确定以双铂电极、1.2 当量NaNO2为电解质、乙腈/水为5/1作为溶剂同时添加10当量醋酸在室温下以5 mA电流电解24 h，最终能以81%的分离产率得到目标产物（2a）。随后，对炔烃底物适用性进行探索，包括不同位置的给电子基、卤素、吸电子基团取代芳基炔烃，以及杂芳基炔烃等均能顺利转化，此外该方法对各类烷基底物有良好的底物普适性和官能团兼容性。（图2）

图3.机理研究

最后，为了研究该反应的机理，本工作使用TEMPO对自由基进行捕获（a），并分离出TEMPO加合物5，证明了苯甲酰自由基（G）的生成。中间体实验（b、c、d）证明了中间体a-硝基苯乙酮（D）和a-苯酮酸（E）的生成。与此同时辅助循环伏安法测试，作者推测反应机理如下：亚硝酸根首先在阳极氧化生成亚硝自由基，随后加成到末端炔烃，再与水加成互变异构生成中间体a-硝基苯乙酮（D），a-硝基苯乙酮（D）发生Nef反应转化为中间体a-苯酮酸（E），a-苯酮酸（E）去质子化，脱羧氧化生成中间体苯甲酰自由基（G），最后苯甲酰自由基（G）氧化与水加成生成产物羧酸。（图3）

总结与展望

作者利用无隔膜电解槽，以亚硝酸钠作为电解质、亚硝自由基前体和亚硝化试剂实现了电催化氧化裂解炔烃制备羧酸的新方法。这一方法摆脱了传统氧化反应的限制，即不需要使用过渡金属催化剂和过当量的氧化剂，在室温下就可进行温和的炔烃电化学氧化裂解反应。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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