近日，国际权威期刊Journal of the American Chemical Society《美国化学会志》在线发表了我院陆庆全教授研究团队在有机电还原领域的最新研究成果。论文题目为“Electrochemical Borylation of Alkyl Halides: Fast, Scalable Access to Alkyl Boronic Esters”。

        烷基硼化合物是有机合成领域中一类重要的合成砌块，广泛应用于医药、农药、功能材料的合成等领域中。目前，烷基硼化合物的构建主要基于过渡金属催化或可见光驱动，在实验室制备规模（百毫克级别）下，动辄需要数小时到几天的时间，难以进行快速、高效、大量的制备。

        近年来，电化学的绿色合成潜力被重新得到重视。电化学合成直接使用可再生能源转化产生的无碳排放的电能作为驱动力，使用电极代替了催化剂，通过反应物在电极-溶液界面完成电子得失实现氧化还原反应。整个反应过程中，电能和化学能直接实现了相互转化，避免了当量氧化还原试剂的使用、副产物的产生及其后处理问题，既降低了对环境的污染又提高了反应的原子经济性，符合绿色化学发展需求。在当前“碳达峰”、“碳中和”的时代背景下，碳基分子电化学催化转化研究不仅具有科学和技术的重要性，也面临激烈和紧迫的国际竞争。

        该团队基于硼化合物具有空p轨道的结构特性以及具有强亲电性的化学性质，发展了将硼试剂作为反应介质的电还原策略，实现了在较低还原电位下高效还原具有高还原电势而难以被还原的未活化烷基卤代物，同时利用硼试剂作为硼源实现了烷基硼化物的快速、高效构建。

        该研究具有如下创新点：1）较高电势下未活化烷基卤代物的活化。未活化烷基卤代物具有较低的还原电势，难以还原，尤其是溴代物和氯代物。作者巧妙地使用了电化学结合介质的策略，利用底物B2cat2作为介质在较高电势下还原烷基卤代物，使得反应具有非常好的底物兼容性（多达70个例子）。2）新型的碳硼成键模式。烷基自由基与溶剂络合的二硼化合物（如B2cat2）的自由基取代是大家所熟知过程，本文提出了一种新型的成键模式，即烷基自由基与溶剂络合的二硼化合物自由基负离子的自由基-自由基偶联途径。理论计算表明，该途径没有过渡态能垒，是该反应的主要途径。3）具有较高的应用潜力。该反应使用了极其少见的大电流条件，在标准反应条件下即使将电流强度提高到200 mA（电极表面积15 mm×15 mm），反应产率仍然可达77%。利用该方法制备克级规模的烷基硼化合物只需要30分钟（1000 mA），展示出了很高的实用性价值，具有进一步放大生产的潜力。

        我院2019级博士生王兵兵和博士后彭盼为论文的共同第一作者。陆庆全教授和戚孝天研究员为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家基金、武汉大学、高等研究院、超算中心（武汉大学）以及有机功能分子合成与应用教育部重点实验室（湖北大学）的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06473。

        陆庆全教授简介：

        陆庆全，武汉大学高等研究院教授，课题组长。2011年在中国科学技术大学获得硕士学位（导师：王官武教授）。2014年在武汉大学获得博士学位（导师：雷爱文教授）。2015-2019年，先后在德国明斯特大学（合作导师：Prof. Frank Glorius）和美国圣路易斯华盛顿大学（合作导师：Prof. Kevin D. Moeller）从事博士后研究工作。2019年5月加入武汉大学高等研究院，担任独立PI，成立课题组。

        课题组成立以来，紧密围绕“烷基分子的转化与合成”这一核心课题，着重利用有机电还原、过渡金属催化以及生物电化学等手段，通过发展新方法和合成工艺，进行高值分子规模化制备。基于大宗精细化学品，课题组在烷基醇、烷基硼、烷基胺等高值分子的合成中取得了阶段性成果，并将建立的方法学应用到了多个药物分子的全合成中，有效缩短了相应的合成路线，部分研究成果已展现出规模化放大制备的潜力。

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