通过不对称小分子催化和电化学实现甘氨酸酯与酮的不对称氧化偶联反应

有机电化学合成利用电能驱动反应，不需要额外的化学氧化剂或还原剂，是绿色的合成技术。同时，电化学合成还具有电流、电位可调可控的优势。因此，电化学合成不仅在无机化合物的工业合成中有着广泛的应用，在有机化合物的制备中也有很多应用。然而，传统有机电化学反应往往是通过自由基中间体，对化学选择性、区域选择性、立体选择性的控制是个挑战。

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梅天胜课题组一直致力于有机电化学合成领域的研究：利用媒质（过渡金属，有机媒介）调控电子传递的策略，探索有机电化学反应中选择性难以控制的问题。利用电化学中电流、电位可调、可控的特点，解决了一些使用化学氧化剂所导致的化学选择性不高的问题，甚至实现了一些利用化学还原剂所不容易实现的转化。在过去的几年中，该课题组发展了一系列电化学氧化促进的过渡金属催化的碳氢键选择性官能团化反应（Acc. Chem. Res. 2020, 53, 300），实现了烷烃C(sp³)–H键的选择性氧化（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3293），芳烃C(sp²)–H键的选择性胺化反应（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11487），烯烃C(sp²)–H键的选择性环化等反应（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18970; Nat. Commun., 2021, 12, 930），以及烷烃C(sp³)–H键的不对称炔基化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 15254）。在电化学还原促进的偶联反应方面，实现了芳基卤代物和烷基卤代物的迁移交叉偶联反应以及芳基卤代物的不对称自偶联反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6520; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 9872）。同时结合成对电解和金属催化，在温和条件下实现了镍催化的硫醚化以及胺化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5033; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9444）。

手性催化剂在电化学条件下不易兼容且电解质可能干扰立体控制，因而在电化学条件下实现不对称合成具有挑战性。最近，梅天胜课题组利用TEMPO作为媒介，通过不对称小分子催化和电化学相结合的策略，实现了甘氨酸酯与简单酮的不对称氧化偶联反应。媒介的加入不仅使得反应在较低电位下进行，还实现了底物的选择性地氧化，尽管底物和产物的氧化电位差很小（约13 mV）。该方法不需要金属、化学氧化剂、电解质和牺牲剂等化学计量的添加剂。机理研究表明，阴极还原质子可以避免质子介导的产物消旋化。该方法为有机电化学中的立体选择性控制提供了一条新思路（J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c08671）（图1）。