醇类化合物是化学工业中和实验室最常见的原料之一，其拥有着种类多样的分子结构。利用醇脱氧产生烷基自由基在有机化学中极具价值，然而醇的C-O键键能较高（BDE∼95 kcal/mol），很难裂解释放烷基自由基（•R）。因此传统的巴顿脱氧反应通常需要高温回流、有毒的有机锡试剂等苛刻的反应条件来活化。随后Overman 和 MacMillan课题组开发了一系列由醇合成的草酸酯在光氧化还原催化的条件下产生烷基自由基的方式，最近龚和贵课题组报道锌还原诱导二烷基草酸酯裂解产生烷基自由基。然而金属催化剂的使用时不可避免的，并且一级和二级醇往往是不能兼容的。因此更温和、更兼容的脱氧反应方式是有待被提出的。

最近，南京大学潘毅教授（点击查看介绍）课题组发现，简单醇的肼基甲酸酯（Carbazate）能够氧化产生相应的酯基自由基（图1），这类反应往往集中在甲酯和乙酯，而对于其他醇的肼基甲酸酯往往不能得到烯烃加成的产物，因此作者猜测carbazate在产生酯基自由基后可能会进一步裂解产生烷基自由基。并且结合肼基在电化学条件下容易氧化离去的性质，作者开发了一种电化学氧化肼基甲酸酯裂解产生烷基自由基的新方法，实现电化学条件下醇向烷基自由基的高效转化。

图1. 反应设计

作者发展的这种电化学氧化的策略，使用肼基甲酸酯在温和的电化学条件下高效的实现了烷基醇类化合物的脱氧，产生烷基自由基，该反应对于一级、二级、三级醇都能较好的适用，总的来说二级、三级醇的反应效果要好于一级醇，这可能是由于二级、三级醇相对于一级醇更有利于脱羧。此外对于像龙脑这种含手性碳的复杂天然醇也能以较高收率得到目标产物。并且通过适当的增加反应电流和延长反应时间，可以将模板反应规模放大到克级（图2）。

图2. 醇类底物拓展

同时，该反应适用于一系列的含氮杂环。对于连着给电子基团、吸电子基团以及N上连有环丙烷、酯基、芳基、氰基、含氧环烷烃等都能较好的兼容，对于嘧啶、吡嗪酮、异喹啉、喹唑啉、咖啡因等各类杂环也适用（图3）。

图3. 含氮杂环的拓展

自由基捕获实验证实了叔丁基自由基的存在，同时使用肼基甲酸甲酯得到了甲酰氧基化的产物，证明了该反应中烷基自由基是由酯基自由基脱羧产生，循环伏安图表明肼基甲酸酯很容易在电化学条件下氧化引发并且多个氧化峰表明经历多次氧化。因此根据先前文献的报道和机理验证的结果作者提出了相应的机理，肼基甲酸酯会在阳极经历多次氧化脱氢生成重氮烯中间体C，然后再次氧化脱去一分子氮气生成自由基E，自由基E不稳定会进一步裂解脱去一分子二氧化碳生成烷基自由基F（图4）。

图4. 机理验证和反应机理

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章第一作者为南京大学2017级博士研究生高永源，通讯作者为王毅副教授。该研究工作得到国家自然科学基金的经费资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Alkyl Carbazates for Electrochemical Deoxygenative Functionalization of Heteroarenes

Yongyuan Gao, Zhengguang Wu, Lei Yu, Yi Wang, Yi Pan

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202001571

导师介绍

潘毅

https://www.x-mol.com/university/faculty/11605