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本文综述了电化学与铜催化相结合在有机合成中的进展，涵盖 C-H 功能化、烯烃加成、脱羧功能化和偶联反应等。这种结合为形成 C-C 和 C - 杂原子键提供了可持续方法，虽有成果，但仍面临底物范围有限等挑战。
引言
过渡金属催化的交叉偶联是有机合成中形成碳 - 碳（C-C）和碳 - 杂原子（C-X，X = N、O 或卤素）键的有效方法，铜是最早用于交叉偶联的过渡金属之一。1901 年，乌尔曼（Ullmann）报道了首例交叉偶联反应，后续又有诸多相关反应被发现，但这些经典反应存在底物范围受限、官能团兼容性差等问题。传统交叉偶联通常需要 C (sp2) 型亲电试剂和亲核试剂，使用烷基亲电试剂存在挑战，而自由基方法为此提供了解决方案。同时，电化学作为一种促进有机合成可持续性的策略兴起，它能使底物发生单电子转移，生成活性自由基中间体，还能直接将电子转移到金属催化剂，反应条件温和。目前已有众多关于电化学的综述，但尚无聚焦铜催化电化学的全面综述，本文将重点介绍相关内容。
综述
C-H 功能化
- C-C 键形成：2019 年，Ackermann 团队利用铜催化电化学 C-H 活化策略，通过芳基酰胺的 C-H 炔基化和电氧化级联环化反应合成异吲哚酮，该反应以电为终端氧化剂，可持续进行 C-H 功能化。Yao 和 Shi 开发了铜 / BINOL 和电催化体系催化二茂铁甲酰胺与末端炔烃的对映选择性 C-H 炔基化反应，能制备高收率和高对映选择性的平面手性二茂铁。2020 年，Mei 等人报道了铜 (II)/TEMPO 催化与电化学相结合的叔环胺的不对称 C (sp3)-H 炔基化反应，可生成手性 C1 - 炔基化四氢异喹啉（THIQs）。随后，Xu 团队开发了 THIQs 与末端炔烃在连续流微反应器中的电催化外消旋 C (sp3)-H 炔基化反应。2023 年，Mei 团队报道了 Cu/TEMPO 和电氧化相结合的 THIQs 的 C (sp3)-H 烯基化反应，还可通过使用手性配体获得手性产物。2022 年，Xu 等人利用光电化学策略实现了苄基 C (sp3)-H 键的位点和对映选择性氰化，Liu 团队也进行了类似研究。2023 年，Xu 和 Lai 开发了光电化学不对称铜催化的烯烃对映选择性双碳功能化反应。同年，Guo 等人报道了铜催化的席夫碱和对苯二酚的不对称电化学区域发散性交叉脱氢偶联反应，还进一步开发了 Cu/Ni 协同催化的苯并恶唑基乙酸酯的立体发散性电氧化反应。
- C-N 键形成：2018 年，Mei 等人开发了铜催化的芳烃与胺亲电试剂的电化学 C-H 胺化反应，为芳香胺的合成提供了一种步骤经济的方法。2019 年，Nicholls 等人报道了铜催化的苯甲酰胺与仲胺亲电试剂的定向 C-H 胺化反应。2023 年，De Sarkar 和 Baidya 报道了铜催化的 N - 芳基亚胺的电催化叠氮化反应，随后进行脱氮环化合成喹喔啉。
- C-X 键形成：2013 年，Kakiuchi 团队报道了铜催化的 1,3 - 二羰基化合物的电化学氯化反应，以 HCl 中的氯离子为氯化剂，原位生成亲电氯。2020 年，Fang、Huang 和 Mei 等人探索了铜催化的 8 - 氨基喹啉酰胺在喹啉 C5 位的电化学 C (sp2)-H 溴化反应。
烯烃加成
烯烃的氢官能化和双官能化是合成复杂分子的重要方法。2019 年，Lin 等人报道了铜催化的乙烯基芳烃的不对称电催化氰膦酰化反应，使用手性配体 sBOX (iPr) 实现了高对映选择性。Lin 团队还开发了 Cu/Co 双电催化体系促进的烯烃不对称氢氰化反应。2022 年，Xu 等人报道了铜催化的烯烃电催化双叠氮化反应，扩大了底物范围。2024 年，Xu 团队开发了铜催化的烯烃电化学叠氮氰化反应，该反应无需氧化剂，官能团耐受性好，使用手性配体可实现不对称转化。
脱羧功能化
羧酸来源广泛、易于处理，其脱羧交叉偶联是构建 C-C 和 C-X 键的有效方法。Xu、Zhang 和 Fu 团队独立建立了光电化学不对称脱羧氰化反应，采用 Ce/Cu 接力催化策略，能高产率、高对映选择性地制备手性腈化合物。
偶联反应（Chan-Lam 偶联）
过渡金属催化的 C-N 键形成反应很重要，Chan-Lam 偶联反应使用芳基硼酸和 N - 亲核试剂，为 C-N 键形成提供了一种方法。2019 年，Gale-Day 等人开发了铜催化和双铜电极系统的芳基硼酸与伯苯胺的电催化 Chan-Lam 偶联反应，扩大了底物范围。Sevov 等人开发了无配体、以二茂铁盐为氧化还原介质、使用非铜电极的铜催化电化学 Chan-Lam 偶联反应，解决了传统方法的一些问题。
结论
过去二十年，电化学有机反应取得显著进展，双催化体系（电化学与过渡金属催化相结合）发展迅速，推动了新的合成转化。但该领域仍存在问题，如底物范围有限、依赖导向基团、不对称转化困难等。未来研究可聚焦于减少对导向基团的依赖、设计新的配体框架、使用更绿色的溶剂以及将电化学铜催化应用于复杂分子的功能化，有望为可持续和高效的有机合成开发更强大的工具。
