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新突破！连续电化学驱动烯烃氨基氧环化，解锁饱和 N/O 杂环高效合成新路径
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在有机合成领域，构建含氮和氧的饱和杂环化合物一直是科研人员关注的重点。这类化合物因独特的电子和生物特性，在药物研发与材料科学中有着不可替代的作用。近日，由江西师范大学、江西中医药大学、武汉大学等机构组成的研究团队，在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上发表了一项突破性研究，提出了一种基于烯烃自由基阳离子/双亲核试剂参与的电化学氨基氧环化反应，为高效合成饱和N/O杂环化合物提供了全新思路。 连续流电化学实验的核心设计与目标 团队开展连续流电化学研究的核心目标，是在 “保持反应选择性与产率” 的前提下，突破传统批次反应的规模限制，验证该电化学氨基氧环化反应从 “毫克级实验室合成” 到 “克级制备” 的可行性 —— 这是评估合成方法产业化价值的关键指标，也是解决药物中间体、功能材料前体规模化供应难题的核心环节。 实验设计围绕 “反应体系适配性” 与 “参数优化” 展开：以团队前期优化的 “烯烃 - 磺酰胺氨基氧环化” 为模型反应（目标产物为 4ab，即通过 N-(2 - 羟乙基)-4 - 甲基苯磺酰胺与 1 - 苯基丙烯反应生成的吗啉衍生物），将批次反应的最优条件（碳毡阳极、铂片阴极、DBU 为碱、DCM/HFIP 混合溶剂、Et₄NBF₄为电解质）适配到连续流反应器中，重点调控 “流速” 与 “电流” 两大关键参数，平衡反应效率与产物收率。 连续流电化学实验的关键参数与结果 为实现高效规模化制备，团队对连续流反应的核心参数进行了针对性优化，并获得了具有产业化参考价值的实验结果： 01反应器与核心参数： 采用 “循环模式” 连续流电化学反应器，阳极仍为碳毡（15 mm×15 mm×2 mm）、阴极为铂片（15 mm×15 mm×0.3 mm），与批次反应保持一致的电极材料以确保反应选择性；关键调整参数为 “流速” 与 “电流”—— 流速控制反应体系在电极表面的停留时间（影响反应转化率），电流控制电子转移效率（影响反应速率与过度氧化风险）。 02最优参数组合： 经过多组实验验证，确定 “0.5 mL/min 流速 + 40 mA 恒电流” 为最佳条件：流速过慢会导致反应体系在电极表面停留时间过长，增加过度氧化副反应；流速过快则会导致原料未充分反应，转化率下降；40 mA 电流则是在 “保证反应速率” 与 “避免电流过高导致的副反应” 之间的最优平衡，与批次反应的 4 mA 电流（毫克级）相比，通过电流与流速的协同调控，实现了反应规模的放大。 03克级制备成果： 在上述最优条件下，团队成功完成了目标产物 4ab 的克级合成 —— 单次实验投入 5.0 mmol 模型底物（N-(2 - 羟乙基)-4 - 甲基苯磺酰胺），最终分离得到 1.07 g 产物 4ab，产率达 65%。这一结果虽较批次反应的 88% 产率略有下降，但已显著优于传统杂环合成方法的规模化产率，且成功解决了 “批次反应放大时易出现的传质不均、局部过热、过度氧化” 等问题，证明该方法在规模化生产中具备实际应用价值。 关键实验：反应优化与底物拓展 为实现反应性能最大化，团队以N-(2-羟乙基)-4-甲基苯磺酰胺（1a）和1-苯基丙烯（2b）为模型底物，系统优化了反应条件（如表1所示）： 碱的选择至关重要： 1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）是最优碱，无DBU时反应无法检测到目标产物，而无机碱（如Na₂CO₃、Cs₂CO₃）则导致产率大幅下降（仅13%-41%）。 溶剂与电解质匹配： 二氯甲烷（DCM）与六氟异丙醇（HFIP）的混合溶剂（体积比6:0.5）能平衡反应活性与选择性；电解质方面，四乙基四氟硼酸铵（Et₄NBF₄）效果优于四丁基氯化铵（nBu₄NCl）等替代物。 电解条件控制： 4 mA恒电流、6小时反应时间为最佳参数，电流过高或过低均会导致产率降低；采用碳毡阳极和铂片阴极，比石墨棒或镍板电极更易实现高效电子转移。 在最优条件下，团队进一步拓展了底物范围： 磺酰胺类底物：无论是带有-F、-Cl、-Br等卤素取代基，还是-OMe（给电子）、-CF₃（吸电子）、-CO₂Me（酯基）等官能团的磺酰胺，均能顺利反应，甚至对电化学条件下易不稳定的-CN基团也有兼容性（产物4an产率36%）。 - 烯烃类底物：芳基烯烃的苯环上可引入多种取代基（卤素、烷基、三氟甲基等）；1,1-二取代烯烃、烯基醚衍生物，甚至未活化的烯烃，均能高效转化为相应的杂环产物，展现出极强的底物适应性。 这项研究通过电化学手段，巧妙利用烯烃自由基阳离子的独特反应性，解决了饱和N/O杂环合成中“选择性控制难、底物范围窄、依赖氧化剂”三大核心问题，为有机合成提供了一种绿色、高效、通用的新策略。正如团队在论文中强调的，该方法不仅填补了中等环杂环合成的技术空白，更有望成为药物化学和材料科学领域的“通用平台”，推动更多功能分子的创新研发。 未来，随着反应体系的进一步优化（如廉价电极材料的开发、更广泛底物的适配），这一技术或将在工业化生产中发挥更大作用，为医药、材料等产业的发展注入新动力。 杭州布瑞利斯的连续流电化学技术优势突出，全方位适配有机合成需求： 其一，能精准控制电位、电流等反应条件，结合优化的电极结构与反应腔体，为电化学反应提供稳定环境，有效促进电子转移，提升反应速率与选择性，如在电化学芳烃 C-H 胺化中可精准调控进程、避免副反应； 其二，凭借短停留时间、高传质效率及大电极比表面积，大幅提升反应效率，还能突破传统方法局限，像实现缺电子芳烃的高效反应且保证良好区域选择性； 其三，底物适用性广泛，在芳烃 C-H 胺化中兼容富电子、缺电子、卤代芳烃及多种杂环化合物，对传统难处理的底物也有效，同时适配维生素 D3 合成等特定反应； 其四，减少化学试剂依赖，缩短反应时间与能耗，降低成本和环境污染，符合环保要求； 其五，依托平行微反应器等设计，可实现高效规模化生产，如芳烃 C-H 胺化中连续运行 4 天能产出超 100 克产物，且工业放大灵活、运行稳定，为有机合成的高效化、绿色化与产业化提供有力支撑。   |
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