导语
近日，合肥工业大学尤扬恩课题组开发了一种在温和条件下通过直接电解实现1,3-二烯化合物高选择性1,4-双烷氧基化的新方法。该方法以来源广泛、易于获取的醇作为烷氧基源，通过电化学氧化产生烷氧基自由基，成功实现了对Z/E混合构型1,3-二烯的1,4-区域选择性双烷氧基化反应，并以高选择性得到E-构型的1,4-二醚基内烯产物。相关研究成果以“Electrochemical radical 1,4-dialkoxylation of 1,3-dienes to access (E)-1,4-diether alkenes”为题，发表在Green Chemistry上（DOI：10.1039/D5GC03120F）。
前沿科研成果
电化学氧化能够在无需额外化学氧化剂的条件下实现不饱和碳-碳双键（C=C）的选择性官能团化，为相关分子的绿色合成提供了新途径。目前，电化学氧化介导的烯烃1,2-双官能团化反应已较为成熟，可成功实现双叠氮化、双胺化、双卤化以及双氧化等多种转化。相较于普通烯烃，1,3-二烯类化合物反应活性更高，在双官能团化反应中表现出明显优势，其产物中通常保留一个可进一步修饰的双键，为后续合成转化提供了便利。然而，共轭二烯的反应存在1,2-与1,4-区域选择性的竞争问题，且所保留双键的立体控制仍具挑战，是实现高选择性官能团化的关键难点。因此，发展电化学氧化条件下共轭二烯的高选择性官能团化反应，仍是一项具有重要研究价值的挑战性课题（图1）。
图1. 1,3-二烯的高选择性1,4-双烷氧基化反应合成(E)-1,4-双烷氧基烯烃（图片来源：Green Chem.）
基于团队前期关于电化学氧化相关研究工作的基础（OL, 2024, 26, 10583; JOC, 2025, 90, 5292），本研究发展了一种1,3-二烯的高选择性1,4-双烷氧基化新方法。该反应以Z/E混合构型的1,3-二烯化合物作为起始原料，并采用易获取的醇作为烷氧基源，在Pt作阳极，C作阴极，10 mA电流电解下，高效完成了共轭二烯的双烷氧基化过程。
图2. 1,3-二烯的底物范围（图片来源：Green Chem.）
该团队对反应条件进行了系统优化，最终以80%的产率、优异的立体选择性（E/Z > 99:1）和完全的1,4-区域选择性，高效合成了(E)–1,4-二甲氧基内烯烃。作者进一步开展了底物适用性研究（图2），结果表明：芳环上无论带有给电子还是吸电子取代基，该反应均能良好兼容；此外，烷基取代的二烯以及多种烷醇类底物也能顺利参与反应，显示出良好的官能团耐受性和广泛的底物普适性。
图3. 机理研究。A) 甲氧基自由基捕获实验；B) 反应中自由基中间体的检测；C) 自由基加成（1a至II）的能垒、电离能（II/II-Z至III/III-Z）及甲氧基化（III至2a）的能垒；D) 甲醇复合状态下1,2-选择性与1,4-选择性中间体的能量比较。（图片来源：Green Chem.）
随后，作者对反应机理进行了深入探究（图3）。通过自由基捕获实验，成功检测到甲氧基自由基及反应过程中产生的自由基中间体；循环伏安实验进一步揭示了各组分发生氧化的先后顺序，为反应历程提供了实验依据。结合DFT理论计算，作者从机理上阐释了反应倾向于发生1,4-选择性加成的原因，并指出在自由基重排过程中更易生成热力学稳定的E式构型双键，从而合理解释了该反应高E-选择性和1,4-区域选择性的起源。基于上述实验与理论证据，作者提出了如下反应机理（图4）：甲氧基阴离子（MeO⁻）在阳极氧化生成甲氧基自由基（MeO·），该自由基随后对1,3-二烯的末端双键加成（反马氏规则），生成自由基中间体I。该中间体经重排转化为更稳定的自由基中间体II，后者可进一步被氧化为碳正离子中间体III（路径A），最终与甲醇反应得到1,4-双醚型-(E)-烯烃产物2a。此外，中间体II也可能与甲氧基自由基直接偶联，经由路径B生成同一目标产物。
图4. 1,3-二烯的选择性双烷氧基化反应的路径（图片来源：Green Chem.）
总之，作者通过电化学氧化的途径，使用廉价易获取的醇作为烷氧基源，实现了电化学氧化条件下1,3-二烯化合物的高选择性1,4-双烷氧基化过程，为1,4-二醚取代的(E)-式内烯烃的合成提供了便捷反应路径。
合肥工业大学硕士研究生纪晨雷和东京大学博士研究生程雨荷为论文共同第一作者，硕士研究生江志伟参与了该工作，合肥工业大学尤扬恩教授为论文唯一通讯作者，合肥工业大学为唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金及中央高校科研业务费等项目的支持。