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研究内容

含氮化合物在化学、制药和材料科学中的广泛使用，C-N键的构建引起了人们的广泛关注。利用无机氮废料电催化形成C-N键是一种新兴的可持续合成有机胺的方法，但反应范围有限。将多相和均相催化用于一锅反应以构建C-N键是非常可取的。

天津大学张兵和吴永萌报道了一种水脉冲电化学介导的亚硝酸和芳基硼酸通过一锅两步级联法高产率转化为芳酰胺的方法。整个过程包括在Cu纳米珊瑚(LC-Cu NC)阴极上将亚硝酸盐(NO2-)电还原为氨(NH3)，随后在切换阳极电位下由原位溶解的Cu(II)催化NH3与芳基硼酸偶联转化为芳酰胺。相关工作以“Aqueous pulsed electrochemistry promotes C-N bond formation via a one-pot cascade approach”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。

研究要点

要点1.作者通过选择经典的Chan-Lam耦合作为模型，报道了一种脉冲电位技术促进NO2-和芳基硼酸在水性电解质中，通过一锅两步级联高产率转化为芳酰胺。主要通过在低配位Cu纳米珊瑚(LC-Cu NC)阴极上将NO2-电还原为NH3，随后由原位生成的Cu(II)通过切换阳极电位的LC-Cu NC电极电氧化催化NH3与芳基硼酸的C-N偶联。

要点2.该脉冲法通过Cu电极的原位电氧化而不是额外添加来生产Cu(II)，有利于降低成本和简化操作程序。脉冲还会促进了亲核ArB(OH)3-的迁移，导致阴极表面附近OH-的消耗，加速C-N的形成并抑制了苯酚副产物的形成。

要点3.作者采用一系列非原位和准原位技术对材料及其转化和关键反应中间体进行了全面表征，使其推测合理化。该方法不仅可用于功能化伯芳酰胺及其标记类似物的高效合成，而且可扩展到环加成反应和点击反应，用于合成3,5-二取代异恶唑和1,2,3-三唑分子。

研究图文

图1. 脉冲电化学方法。

图2. 电极材料的考虑因素和所提出的脉冲工艺。

图3. 低配位铜纳米珊瑚的合成与表征。

图4. 电化学性能。

图5. 机理研究。

图6. 方法论的普遍性。

文献详情

Aqueous pulsed electrochemistry promotes C-N bond formation via a one-pot cascade approach

Meng He, Yongmeng Wu,* Rui Li, Yuting Wang, Cuibo Liu, Bin Zhang*

Nat. Commun.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40892-9

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