电化学催化苄位C─H键直接羟基化/羰基化：以水为氧源的高效绿色合成策略

研究人员针对传统苄位C─H键官能团化需依赖金属催化剂或氧化剂的问题，开发了电化学催化下以水为氧源的直接羟基化/碳酰化新方法。该研究通过调控反应条件实现多样化产物合成，兼具高选择性和广谱适用性，为绿色合成提供了新思路。

　　

在有机合成领域，苄位C─H键的直接官能团化一直是极具挑战性的课题。传统方法通常需要贵金属催化剂、强氧化剂或苛刻反应条件，不仅成本高昂，还会产生大量副产物。如何实现绿色、高效的选择性C─H键活化，成为困扰化学家多年的难题。尤其在水相体系中直接利用环境友好的氧源实现转化，更是合成化学的"圣杯"之一。

针对这一科学瓶颈，宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室的Hui Luo团队在《Asian Journal of Organic Chemistry》发表创新研究。他们开发出电化学驱动的苄位C─H键直接羟基化/羰基化新策略，突破性地以水分子作为唯一氧源，在无金属催化剂条件下实现了高效转化。这项研究不仅为C─H键活化提供了全新思路，更将绿色化学理念贯穿于合成全过程。

研究采用循环伏安法(CV)和恒电位电解等电化学技术，结合核磁共振(NMR)和高分辨质谱(HRMS)进行产物表征。通过系统优化电极材料、电势参数和电解质体系，建立了普适性反应平台。

电化学条件优化

通过对比不同电极材料发现，碳毡电极在0.8 V (vs. Ag/AgCl)条件下能同时实现C─H键活化和水分子解离。控制实验证实羟基自由基(·OH)是反应关键中间体。

底物适用范围

含吸电子/供电子基团的芳环、杂环等28种底物均能以中等至优良收率(45-92%)获得目标产物。特别是药物分子中常见的含氮杂环，也能保持良好兼容性。

克级放大验证

在10 mmol规模反应中，目标产物收率仍达85%，证实该方法具备工业化应用潜力。同位素标记实验证明产物氧原子完全来源于水分子。

机理研究

电化学原位红外光谱捕捉到关键苯甲酰中间体的生成，提出"电化学氧化-亲核加成"的级联反应机理。密度泛函理论(DFT)计算显示，电极表面形成的羟基自由基能显著降低C─H键活化能垒(从28.5 kcal/mol降至15.2 kcal/mol)。

该研究开创性地将电化学催化与水分子活化相结合，实现了传统方法难以企及的原子经济性转化。其重要意义体现在三方面：首先，摆脱了对贵金属催化剂的依赖，大幅降低合成成本；其次，水作为绿色氧源的使用，避免了有毒氧化剂带来的环境负担；最后，反应条件的温和性与产物多样性，为复杂分子后期修饰提供了新工具。这项成果不仅推动了绿色合成化学的发展，更为药物研发中C─H键的直接官能化提供了普适性解决方案。