综述：碳水化合物骨架选择性修饰的电化学策略

这篇综述系统阐述了电化学合成（electrosynthesis）在碳水化合物（carbohydrates）功能化中的创新应用，重点介绍了通过氧化/还原/配对电解（paired electrolysis）策略实现糖苷键（glycosidic bonds）精准修饰的最新进展，为生物质（biomass）高值化提供了绿色合成路径。

　　

Abstract

过去十年间，电化学合成已成为通过自由基中间体（radical intermediates）构建复杂有机分子的重要策略。在碳水化合物领域，电化学驱动的方法主要用于生成氧碳鎓离子（oxocarbenium ions）以介导糖基化反应（glycosylation）。本文系统总结了基于该活化模式的新型转化路径，包括净氧化（net-oxidative）、净还原（net-reductive）和配对电解条件下构建结构多样性糖类化合物的方法。

1. Introduction

作为生物源最丰富的化合物类别，碳水化合物在生物体中承担能量载体（如ATP）、结构单元（如纤维素）和分子识别介质（如糖蛋白）等多重功能。工业上，多糖类原料（如棉纤维）占纺织品总量的30%，而糖基 feedstock 更广泛用于燃料和精细化学品生产。目前约85%有机化学品仍依赖化石资源，因此开发非食用糖类原料的电化学增值技术具有重要战略意义。

电化学合成凭借其温和条件（室温反应）、高选择性和绿色特性（以电流替代化学计量氧化还原剂）脱颖而出。特别是配对电解技术可同步利用阴阳极反应，最大化原子经济性（atom economy）。尽管电化学已成功应用于生物质转化（如2,5-呋喃二甲酸生产），但针对精细化学品合成的糖类分子选择性功能化仍待深入探索。本综述将按活化策略分类，系统讨论糖基底物、偶联伴侣或两者的协同活化机制。

2. Activation of the carbohydrate

C-糖苷键构建：Moeller团队通过Wittig反应-阳极氧化串联策略，将硫烯醇醚2转化为环化产物3（收率71%）。电解质极性是关键因素——LiClO₄较Et₄NOTs显著提升产率至85%，这归因于极性基质与阳极的接触优化。

配对电解糖基化：Ye课题组开发了溴丙腈催化的2-脱氧糖苷合成法。阳极氧化糖烯4产生自由基阳离子5，与醇6偶联后，阴极生成的溴自由基完成氢转移链反应，高效构建二糖8a等产物，半乳糖烯底物显示优异α-选择性（>20:1）。

Ferrier重排：Vuki?evi?采用锆阳极电氧化实现糖烯4a的硫苷化（如11a），超声辅助解决产物电极沉积问题。Suga团队进一步开发氰基化反应，通过乙酰自由基（acetyl radical）链式反应，仅需0.1法拉第电量即可获得氰基伪糖苷16（91%收率），机器学习优化流动相条件后收率达58%。

3. Activation of the coupling partner

卤化反应：通过阳极生成溴/氯活性物种，Vuki?evi?实现了糖烯4a的反式二溴化（20，anti:syn=93:7），较传统溴化剂更安全高效。溴氯共功能化策略中，CV分析揭示氯优先氧化后与溴离子置换，最终产物21收率高达97%。

三氟甲基化：Ye团队利用Langlois试剂（NaSO₂CF₃）和MnBr₂催化体系，通过Mn(III)活化产生CF₃自由基，成功制备三氟甲基化糖烯28（90%收率），该修饰可显著提升药物活性。

糖基叠氮合成：TEMPO介导的电化学氧化使糖烯4与NaN₃反应生成叠氮糖苷30，机理涉及TEMPO-N₃加合物33均裂产生的氮自由基进攻，为氨基糖类药物（如庆大霉素）前体提供新路径。

4. Dual glycoside/coupling partner activation

硫糖苷偶联：Yan团队通过双重阳极氧化实现硫糖苷34与酚类自由基交叉偶联，构建含糖杂环38。Wu课题组则开发了芳胺C-H键与硫糖苷的直接偶联，经N-自由基 tautomerization 获得42b等药物修饰平台分子。

C-糖苷合成：镍催化电化学交叉亲电偶联（XEC）取得突破，Ackermann团队通过卤原子转移（XAT）产生糖基自由基57，与芳卤镍络合物56偶联制备达格列净类似物。无金属条件下，糖基溴50还可与烯烃58直接加成获得烷基化产物59c（89%收率）。

5. Conclusion and outlook

当前电化学糖修饰仍集中于C1/C2位点，且多依赖保护基团修饰的底物。未来发展方向应包括：1）天然糖的直接选择性功能化；2）非保护糖的C-H键活化；3）配对电解系统的拓展应用。通过整合过渡金属催化与自由基化学，有望解锁碳水化合物作为手性合成子的全部潜力，推动绿色药物合成与生物基材料开发。