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为解决含环戊烯骨架的 1,4 - 二烯衍生物制备繁琐问题，南京工业大学研究人员开展相关电化学合成研究。结果显示该方法条件温和、产率良好。此研究为有机合成提供新路径，推荐科研读者阅读。
电化学合成含环戊烯骨架的 1,4 - 二烯衍生物：有机合成领域的新突破
在有机合成的奇妙世界里，烯烃（一类含有碳 - 碳双键的有机化合物）骨架可是个 “大忙人”，它广泛存在于各种天然产物和市售药物中。凭借着自身独特的结构，烯烃能通过多种化学反应进行进一步的转化，就像是一把万能钥匙，打开了通往各种复杂有机分子的大门。其中，烯丙基（与碳 - 碳双键相邻的碳原子上的基团）和乙烯基（碳 - 碳双键上的一个碳原子连接其他基团形成的结构）的衍生化反应备受关注，研究得也比较充分。烯丙基的衍生化反应可以通过金属催化下预活化的烯丙基化试剂的取代反应，或者烯丙基 C (sp3)-H 烷基化反应来实现。不过，这些反应往往需要使用金属催化剂和化学计量的氧化剂，这不仅增加了反应成本，还可能带来环境污染等问题。
而构建含有环戊烯骨架的烯烃衍生物更是有机合成领域的一大挑战。环戊烯骨架具有独特的结构和性质，在药物研发等领域有着重要的应用前景。但由于其结构中含有较多的立体中心和较高的三维度，通过常规的环化反应来制备环戊烷或环戊烯衍生物时，往往选择性较差，容易产生较多的副反应，这使得其在药物开发中的应用受到了很大限制。因此，开发一种高效、绿色的方法来构建含有环戊烯骨架的烯烃衍生物，成为了化学家们梦寐以求的目标。
为了攻克这一难题，南京工业大学生物与制药工程学院的研究人员在《iScience》期刊上发表了一篇名为 “Electrosynthesis of 1,4-diene derivatives bearing cyclopentene skeleton” 的论文。他们另辟蹊径，利用电化学合成的方法，成功实现了从简单易得的炔烃和 γ,δ- 不饱和羧酸出发，制备含有环戊烯骨架的 1,4 - 二烯衍生物。这一成果为有机合成领域带来了新的曙光，具有重要的科学意义和应用价值。
在这项研究中，研究人员主要采用了电化学合成技术、循环伏安法和自由基捕获实验等方法。电化学合成技术就像是一个神奇的 “魔法棒”，利用 “电” 来促进氧化还原反应，避免了使用外源氧化还原试剂，符合绿色化学的理念。循环伏安法则帮助研究人员深入了解反应过程中电极表面的电化学行为，为反应机理的研究提供了重要依据。自由基捕获实验则用于捕捉反应过程中产生的自由基中间体，从而确定反应是否通过自由基历程进行。
研究人员首先对反应条件进行了优化。他们以苯乙炔和 γ,δ- 不饱和羧酸的反应作为模型反应，在未分隔的电解池中进行电解。通过对各种反应条件，如电极材料、催化剂、碱、溶剂等进行筛选，最终确定了最佳反应条件：以 RVC（网状玻璃碳）为阳极，Pt 板为阴极，
为催化剂，NaOH 为碱，DMF/HFIP（5/2, 8 mL）为溶剂，在室温下以 20 mA 的恒定电流进行电解，此时 1,4 - 二烯产物的产率可达 84%。这一结果表明，研究人员成功找到了一条高效制备目标产物的反应路径。
确定最佳反应条件后，研究人员开始探索该电合成反应的底物范围。他们发现，炔烃的苯环上可以带有丰富的官能团，如烷基、苯基、卤素、甲氧基、三氟甲基等，这些底物都能顺利反应，以良好到优异的产率得到目标产物。而且，该反应对卤素基团具有良好的耐受性，即使使用碘化合物作为底物，也没有检测到脱卤副产物的生成。此外，β- 酯基 γ,δ- 不饱和羧酸的酯基部分也可以进行多种变换，如甲酯、叔丁酯、苄酯等，都能得到相应的目标产物。研究人员还进行了克级规模的合成实验，同样取得了不错的结果。不过，当底物中含有强吸电子基团，如
、CN、
时，反应活性较差，无法得到目标产物；同时，反应对
也不兼容，使用烷基取代的末端炔烃或二苯乙炔时，也没有产物生成。
为了深入了解反应机理，研究人员进行了循环伏安法实验和自由基捕获实验。循环伏安法实验结果显示，羧酸在 NaOH 存在下，其氧化电位对应的是羧酸氧负离子的氧化，
在反应中可能先与底物形成配位产物，然后被氧化为高价铁离子。自由基捕获实验中，当加入自由基捕获剂，如 TEMPO、BHT、1,4 - 萘醌或 1,1 - 二苯乙烯时，没有观察到目标产物的生成，并且在使用 1,1 - 二苯乙烯时，通过 HRMS 检测到了相应的自由基捕获产物。这些结果表明，1,4 - 二烯衍生物的生成很可能是通过自由基过程实现的。
基于上述实验结果，研究人员提出了一个可能的反应过程：首先，底物与
形成配位中间体，然后在阳极的作用下被氧化为氧自由基中间体，接着转化为烷基自由基。烷基自由基与苯乙炔发生自由基加成反应，形成新的自由基，该自由基再通过分子内 5-exo-trig 环化，形成更稳定的烷基自由基。之后，通过阳极氧化或
的单电子氧化，形成碳正离子，最后按照 Hofmann 规则进行消除反应，得到 1,4 - 二烯衍生物。
这项研究成果具有重要的意义。从合成方法的角度来看，它提供了一种直接、高效且绿色的合成含环戊烯骨架的 1,4 - 二烯衍生物的方法。与传统的合成方法相比，该方法无需使用外源氧化还原试剂，避免了金属催化剂和化学计量氧化剂带来的问题，符合现代有机合成对绿色、可持续发展的要求。从应用前景来看，含环戊烯骨架的 1,4 - 二烯衍生物在有机合成领域是非常重要的中间体，可用于构建高度官能化的多环骨架，这对于药物研发、材料科学等领域具有重要的推动作用。
当然，任何研究都不是十全十美的。该研究虽然展现出了良好的官能团耐受性，但对于炔烃苯环上带有强吸电子基团的底物，其兼容性还有待进一步提高。不过，这并不影响该研究成果的重要价值，它为后续的研究提供了新的思路和方向。相信在未来，随着研究的不断深入，这一领域将会取得更多的突破，为有机合成领域带来更多的惊喜。
