电化学诱导的烯烃和炔烃的氢功能化反应研究进展
电化学诱导的烯烃和炔烃的氢功能化反应研究进展
烯烃和炔烃的氢功能化反应是制备高附加值化合物的重要途径。近年来，电有机合成策略因其绿色、可持续的特点而备受关注。本文总结了烯烃和炔烃电化学氢功能化反应的研究现状，并探讨了未来的发展方向。
近日，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队系统总结了烯烃和炔烃电化学氢功能化反应的研究现状，并讨论了当前面临的挑战和未来的发展方向。
烯烃和炔烃的氢功能化反应，是最具原子经济性的制备高附加值化合物的途径之一。与传统的过渡金属催化方法相比，电有机合成策略具有更简单、更温和和更经济等优势。烯烃和炔烃作为常见的合成砌块，被广泛应用于有机合成、农用化学品和生物有机材料等研究领域。
氢功能化反应是有机合成中的一类重要反应，在过去的几十年里，各种均相和异相金属催化体系（包括贵金属钯、钌、铑、铱和廉价金属铜、钴、铁、镍）和非金属催化体系（例如路易斯酸、离子液体）被相继开发并成为强有力的工具去实现不饱和键的氢功能化反应，进而构建了结构多样化的各种烷烃和烯烃。
尽管传统的催化体系在不饱和键氢功能化中的地位举足轻重，但在资源消耗、环境危机等现状以及双碳目标的驱动下，当前亟待开发更加绿色和可持续的有机合成方法。电有机合成，是以可再生的电为能源，利用电子为氧化还原剂，而且只需调节电流或电压即可精确控制反应选择性和产物收率等参数，有望成为绿色能源向高附加值化学品能量转移的新范式。
电化学促进的烯烃和炔烃的氢功能化反应，能够避免化学计量的氧化剂和还原剂的加入以及高压状态下的氢气的使用，已经引起了科学家们的广泛关注。本文总结了近年来烯烃和炔烃的各种电化学氢功能化反应，并分别详细阐述了不饱和键的氢化及其他各种氢化功能化(硼氢化、硅氢化、氢烷基化、氢烷氧基化、氢氰化、氢羧酸化等)反应的研究进展。
然而，尽管电有机合成已经取得了很大的进展，为促进高附加值化学品更加高效、高选择性的电化学生产，仍需要解决一系列问题，这不仅只针对烯烃和炔烃的氢功能化反应，更是对整个电合成研究领域的展望：
- 电化学促进的手性合成是新的发展趋势，这就要求设计和制备高效的电化学手性催化剂；
- 电能与其他能源的结合，包括无线电（图1a）和光照（图1b）等，以进一步优化电化学反应条件；
- 发展新型电极材料、反应介质和电解质等，以推动电有机合成更加绿色高效的发展并深入研究界面效应；
- 高效、高性能、高通量、低能耗的电催化有机合成反应器设计、放大与集成（图1c）；
- 加强电有机合成的基础研究，探索电化学体系的调控规律，以应用于产品的规模化制备。
图1.无线电(a)和光照(b)与电化学的结合以及有机合成反应器的搭建(c)
本文原文来自中国科学院大连化学物理研究所