电还原C–F、C–O和C–S键断裂及自由基-极性交叉机制驱动的交叉偶联反应

《Accounts of Chemical Research》：Cross-Couplings via Electroreductive C–F, C–O, and C–S Bond Cleavage and Radical-Polar Crossover Mechanisms

　　

电化学合成已发展成为在传统化学还原剂或氧化剂难以实现的条件下生成反应性中间体的强大平台。特别是，阴极电子转移至极化C–X键可直接获得碳中心自由基，而第二次电子转移使自由基-极性交叉（radical-polar crossover）得以生成碳负离子，并可被合适的亲电试剂捕获。这种极性反转（umpolung）序列为经典有机金属化学提供了一种有吸引力的替代方案，无需使用自燃金属或强碱即可生成亲核碳中间体。然而，这一过程的表面简单性掩盖了若干选择性挑战。有效的反应性要求底物在溶剂、支持电解质、亲电试剂或产物在阴极被消耗之前发生还原并经历裂解性键断裂（mesolytic bond cleavage）。生成的碳中心自由基随后必须比其发生氢原子转移、二聚化或非生产性加成反应更快地接受第二个电子。生成的碳负离子随后必须在同一强还原环境内被捕获。电极材料、阳极对电极反应以及不同物质的浓度会影响电还原自由基-极性交叉的动力学和热力学，这要求对电化学装置的每个组分进行匹配，而不仅考虑底物还原电位。本述评描述了研究人员最近在解决这些挑战方面取得的进展，涉及C–F、C–O和C–S键的电还原活化。在C–F键断裂方面，三氟甲基芳烃通过选择性单脱氟后用N,N-二甲基甲酰胺（DMF）捕获，转化为羟甲基化的二氟甲基芳烃。机理和电分析研究揭示了DMF的特殊作用，并解释了针对过度还原的高选择性。在C–O键断裂方面，研究人员探索了醇和醇衍生物的脱氧策略。在操作简单的恒电流（galvanostatic）条件下，苄基和炔丙基醇无需预先衍生化即可发生氢化脱氧，并在某些情况下与CO₂发生C–C键形成。该反应设计进一步扩展到脱氧C–Si键形成，其中氢硅烷兼具活化剂和亲电反应伴侣的双重功能。最后，芳基烷基硫醚被开发为可调的烷基自由基前体，其中S-芳基作为电辅助基团（electroauxiliary），调节还原电位和键断裂选择性。根据反应条件和捕获剂的不同，所得自由基或碳负离子中间体可提供C–H、C–D、C–C和C–B键的形成途径。在多个方案中，硼氢化物氧化被用作阳极对电极反应，其性能与使用牺牲金属阳极相当。总之，所强调的研究表明，电还原序列通过自由基-极性交叉事件可以将强C–F、C–O和C–S键转化为可编程的合成手柄。未来在介体、电催化剂和电极设计方面的进展应进一步扩大适用范围，提高化学选择性，并从丰富的官能团出发构建分子复杂性。

电化学合成已成为在温和条件下生成高活性中间体的重要平台，为传统化工还原剂或氧化剂难以实现的转化提供了新途径。阴极电子转移至极化C–X键可直接产生碳中心自由基