作者：石油醚

导读：

电化学作为一种绿色经济的手段，通过电能输入，可以实现常规热化学无法实现的逆热力学反应。在这些逆热力学反应中，去消旋化是一种颇具潜力的构建手性中心的新颖手段，它能够在不改变化学结构的情况下，将一对外消旋体选择性地转化为单一对映体。尽管最近光催化去消旋化有诸多进展，实现电催化的去消旋化反应仍然是一项艰巨的挑战。电极反应不经过激发态化学，难以有效地正交进行正向反应与逆向反应，此前尚未有重大突破。最近，南方科技大学的王健纯团队成功利用了新颖的化学修饰电极策略，克服了不同催化剂氧化还原电势兼容性问题，实现了仲醇的电化学去消旋化反应。相关成果发表于Nature Catalysis上。

Electrocatalytic Cyclic Deracemization Enabled by a Chemically Modified Electrode.

Cheng-Jie Zhu, Xiuying Yang & Jianchun Wang*

Nat. Catal.,2024, DOI:10.1038/s41929-024-01189-2

正文：

去消旋化反应实现的最大难点在于需要打破动力学上的微观可逆性。传统上，利用化学催化的方式，可以通过牺牲化学计量的氧化还原试剂将反应驱离化学平衡位置，但氧化剂和还原剂的兼容问题仍构成了巨大的挑战。最近，研究者利用光催化的激发态与基态势能面分离的特性打破微观可逆性，通过能量转移或电子转移等新策略，可以实现去消旋化。而基于电化学策略的去消旋化反应尚未见报道。

作者认为，可以利用金属氢催化并结合阳极氧化动力学拆分和阴极还原的模式实现所谓的循环去消旋化。为了打破微观可逆性，氧化和还原必须使用不同的催化剂。而两种催化剂的兼容性仍使一大挑战，为解决这一问题作者将目光投向化学修饰电极（CME）策略。化学修饰电极通过共价或非共价作用将催化剂负载在电极表面，拥有降低过电势、降低载量、电极重复利用等优势。化学修饰电极在能源转化领域的应用较常见，但在有机合成领域却鲜有涉及。于是，作者利用吡咯电聚合的方式将双联吡啶铑催化剂负载在碳毡电极表面，制成化学修饰电极Rh-CME。将此作为阴极，同时采用Noyori型催化剂作为阳极氧化的催化剂，成功实现了仲醇的电化学去消旋化，作者将此命名为电化学循环去消旋化反应（ECD）。

随后，作者考察了电催化循环去消旋化反应的底物范围。该反应体现出宽泛的官能团兼容性，同时对于各类底物，如环状和非环状的仲醇均可适用，环状的芳基-芳基仲醇甚至环状的烷基-烷基仲醇也可以兼容。

有趣的是，该电催化去消旋化还表现出优异的化学选择性，可以选择性地对环状仲醇进行去消旋化，而不影响链状仲醇。因此，该方法提供了一种独特的途径来获取具有两个不同立体构型的二醇，而这种化合物用不对称氢化合成起来颇具挑战。

作者通过氘代实验与循环伏安实验证明了反应机理与设想一致。同时该反应也具有化学修饰电极所具有的一般优势。第一，电极可以重复利用。可以简单溶剂冲洗即可下一次实验使用。第二，催化剂载量低。此特性也让化学修饰电极的使用增加了实用性。

总结

王健纯团队通过化学修饰电极策略巧妙克服了氧化还原兼容性问题，从而打破了微观可逆性原则，实现了首例电化学循环去消旋化反应。该方法有望为其他逆热力学电催化反应提供了一种新思路。

（王健纯团队供稿）

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