电化学脱水法高效合成磺酸酐及其一锅法衍生化反应研究

研究人员开发了一种温和条件下电化学合成磺酸酐的新方法，并实现其与胺/醇的一锅法转化。该研究通过阳极氧化SCN-活化磺酸，成功以74%收率制备脂肪族磺酸酐，并直接转化为磺酰胺(如2a收率64%)和磺酸酯(如3b收率66%)。这项绿色合成策略避免了传统脱水剂(P2O5等)的使用，为药物活性分子构建提供了新途径。

　　

在当代有机合成化学中，磺酸酐作为关键中间体广泛应用于制备磺酰胺类药物和磺酸酯材料。然而传统合成方法依赖剧毒的磷 pentoxide（P₂O₅）或thionyl chloride（SOCl₂），不仅产生大量危险废物，还面临产物分离困难等挑战。面对这一困境，德国马普研究所的Enrico Lunghi团队在《The Journal of Organic Chemistry》发表创新成果，将电化学脱水技术拓展至磺酸领域。

研究团队采用三电极体系，以NBu₄SCN为双功能电解质，在恒电流条件下（100 mA cm^-2）实现了磺酸的高效活化。通过循环伏安法证实SCN^-在+1.45 V发生不可逆氧化，生成的活性中间体可捕获磺酸根形成磺酸酐。该方法成功克服了传统工艺的局限性，在室温条件下即可完成转化，且产物无需分离即可直接用于后续衍生化。

关键技术包括：1）优化电化学参数（电流密度、电荷量、电极间距）；2）建立一锅法连续转化流程；3）采用¹H NMR（核磁共振氢谱）定量分析；4）开展克级放大实验验证工艺可行性。

【结果与讨论】

1. 1.

   条件优化：以甲磺酸为模型底物，发现NBu₄SCN（0.45当量）、铂电极、3 F电荷量为最优条件，获得74% NMR收率。石墨电极会导致阴极腐蚀，而DMF溶剂则完全抑制反应。

2. 2.

   底物拓展：脂肪族磺酸表现优异（如正丁磺酸衍生物4h收率67%），而电子缺乏的芳磺酸因ipso-取代副反应收率较低。胺类亲核试剂中，吡咯烷衍生化产物2a收率最高（64%），α-羟基酯也能顺利转化（3f收率63%）。

3. 3.

   机理研究：提出SCN^-经阳极氧化生成活性物种（II），先后与两分子磺酸根反应形成磺酸酐（VI），同时释放(SCN)₂副产物。自由基捕获实验排除了自由基途径的可能性。

该研究开创性地将电化学脱水应用于C-S键活化，其重要意义在于：① 首次实现磺酸酐的电化学合成，收率超越传统方法；② 建立"合成-衍生化"一体化流程，避免敏感中间体分离；③ 为磺酰类药物（如磺胺嘧啶）的绿色制备提供新思路。这项工作标志着电化学脱水研究从羧酸扩展到磺酸领域的重要突破，为可持续有机合成提供了范例。