貧電子芳烴在各種功能分子結(jié)構(gòu)中廣泛存在，實(shí)現(xiàn)其C-H官能團(tuán)化也是有機(jī)合成中的研究熱點(diǎn)。而近年來(lái)電化學(xué)有機(jī)合成以其綠色、廉價(jià)、高效等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種化學(xué)鍵的構(gòu)建中。通過(guò)電化學(xué)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)貧電子芳烴的活化官能團(tuán)化無(wú)疑是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性但是又比較綠色的成鍵方式。目前，一些富電子芳烴，例如吲哚，苯酚，苯胺等已經(jīng)通過(guò)陽(yáng)極氧化的方式實(shí)現(xiàn)了官能團(tuán)化。而對(duì)于貧電子芳烴來(lái)說(shuō)，由于氧化電勢(shì)相對(duì)較高，很難通過(guò)陽(yáng)極氧化的方式實(shí)現(xiàn)活化。
近日，武漢大學(xué)的雷愛(ài)文教授及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)陰極還原的方式實(shí)現(xiàn)了一系列貧電子芳烴的芳基化反應(yīng)。首先作者選用喹喔啉和4-甲基苯基重氮鹽作為模板底物對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)采用三氟乙酸和乙腈作為共溶劑，恒電流10mA室溫下，反應(yīng)4.5小時(shí)就能得到比較高的產(chǎn)率。隨后作者對(duì)該類(lèi)反應(yīng)的底物適用性進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的苯基重氮鹽都有不錯(cuò)的反應(yīng)效果，雜芳環(huán)的重氮鹽也能兼容。對(duì)于一些不同的貧電子含氮芳烴，例如取代的喹喔啉、喹喔啉酮、萘啶、吡嗪、異喹啉等，都有中等偏上的收率，值得一提的是1,3-二硝基苯也能得到產(chǎn)物，但是產(chǎn)率較低，主要是硝基發(fā)生了還原的副反應(yīng)。同時(shí)反應(yīng)也能夠放大到克級(jí)，并在流動(dòng)電解池中進(jìn)行。此外，考慮到重氮鹽的不穩(wěn)定性，作者以苯胺作為起始原料，通過(guò)一鍋兩步法也實(shí)現(xiàn)了聯(lián)芳烴的構(gòu)建。
機(jī)理方面，在不加入重氮鹽的情況下，作者檢測(cè)到了喹喔啉的自偶聯(lián)，說(shuō)明喹喔啉在電化學(xué)條件下可以被活化。同時(shí)通過(guò)EPR實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到了喹喔啉自由基陰離子，循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)也表明喹喔啉和苯基重氮鹽的還原電勢(shì)比較低。此外，作者還做了控制陰極電勢(shì)的恒電壓實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相對(duì)較正的還原電勢(shì)下，即使4-甲基苯基重氮鹽發(fā)生了活化，也得不到產(chǎn)物，而隨著電壓的越來(lái)越負(fù)，產(chǎn)物才逐漸生成，這也說(shuō)明產(chǎn)物的生成需要喹喔啉被還原活化?；谝陨系臋C(jī)理實(shí)驗(yàn)，作者推測(cè)了可能的機(jī)理，即喹喔啉或者質(zhì)子化的喹喔啉在陰極發(fā)生還原生成相應(yīng)的自由基物種，同時(shí)4-甲基苯基重氮鹽也發(fā)生還原生成苯基自由基，在酸性條件下發(fā)生自由基-自由基偶聯(lián)，得到的中間體在陽(yáng)極發(fā)生兩次氧化芳構(gòu)化就能得到產(chǎn)物。該工作表明，通過(guò)電化學(xué)陰極還原可以選擇性的活化貧電子芳烴，為研究新的電化學(xué)成鍵模式和機(jī)理研究提供了方法思路。
Electrochemical Arylation of Electron-Deficient Arenes through Reductive ActivationPan Wang, Zhenlin Yang, Ziwei Wang, Chenyang Xu, Lei Huang, Shengchun Wang, Heng Zhang, Aiwen LeiAngew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201909600
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