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斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute，TSRI）的Phil S Baran教授在复杂天然产物全合成和有机方法学方面都颇有建树，是有机化学领域的超级明星。近日，Baran团队利用电化学过程实现了碳氢键氧化。不同于去年Nature那篇烯丙位电化学氧化报道，这次Baran团队利用氧化还原媒介奎宁环（quinuclidine），在碳和镍电极下选择性实现了未活化的碳氢键——亚甲基和次甲基的官能团化。该反应操作简便，环保清洁，底物适用性好，且可以实现50克规模的制备。 Baran教授（来源：The Scripps Research Institute） 碳氢键直接官能化是有机化学的热点方向之一，影响药物、天然产物、材料的合成策略。和传统的化学氧化体系相比，电化学氧化体系有一些优势。比如，电化学氧化体系避免了昂贵的化学氧化剂的使用，使得碳氢键官能化反应更经济；由于电流强度、电压的可控性，该体系还可能有更好的化学选择性；利用电化学所特有的循环伏安法（CV）等手段，可以有效的跟踪金属的价态变化。在追求绿色化学的今天，电化学氧化更易于扩展到工业规模，是重要的前沿研究方向。 碳氢键电化学氧化的挑战（来源：Journal of the American Chemical Society） 去年，Baran团队就在Nature上报道了利用电化学氧化实现大规模的烯丙基位碳氢键氧化。不过，有机化学中更普遍的非活化的亚甲基和次甲基碳氢键，其氧化还原电位较高，在直接电解条件下，分子中的其他官能团和溶剂分子可能先于碳氢键发生氧化。以往的解决方法包括加入强氧化剂如甲基三氟甲基双环氧乙烷（TFDO）来促进反应，但TFDO制备困难，在应用中存在很大限制。因此，实现高效大规模的非活化碳氢键氧化仍有很大挑战。 这时候如果引入氧化还原媒介，先在阳极氧化得到活性物种，进而通过电子转移促进底物的氧化，当选用富电子的媒介分子时，那阳极的氧化可以在较低的电位下进行，使得化学选择性地氧化未活化的碳氢键成为了可能。 反应条件筛选（来源：Journal of the American Chemical Society） Baran团队以香紫苏内酯（sclareolide）为底物对其中左边六元环上C2、C3位进行碳氢键氧化，通过对氧化还原媒介、添加剂以及电极等筛选，科研人员发现，选用奎宁环 (A)作为氧化还原媒介要优于其它媒介，Et4N·ClO4和Me4N·BF4作为添加剂效果相当，但选用后者会更安全且成本更低。六氟异丙醇（HFIP）的加入具有关键影响，选择其他添加剂作为Brønsted酸反应效果均不理想。网状玻碳材料（reticulated vitreous carbon，RVC）作为阳极参与反应效果最佳，科研人员还尝试将镍阴极替换为其他材料，如铜、铝等，都没有使产率得到进一步提高，而增大电流强度也反而使产率降低，因此电流就选用恒定电流5 mA。 各种媒介的循环伏安图（来源：Journal of the American Chemical Society）
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