电化学氧化脱氢交叉偶联构建C—N键——电化学技术在有机化学实验教学中的设计与探索

doi:10.3866/PKU.DXHX202109108

大学化学 >> 2022, Vol. 37 >> Issue (5): 2109108.doi: 10.3866/PKU.DXHX202109108

所属专题：第2届全国大学生化学实验创新设计竞赛

电化学氧化脱氢交叉偶联构建C—N键——电化学技术在有机化学实验教学中的设计与探索

赵梦龙, 苑岱雷, 叶梓, 房芳, 于月娜()

南方科技大学化学系，广东深圳 518055

收稿日期:2021-09-29 录用日期:2021-11-04 发布日期:2022-03-10
通讯作者: 于月娜 E-mail:yuyn@sustech.edu.cn
作者简介:于月娜，Email: yuyn@sustech.edu.cn
第一联系人：
^†共同第一作者，对本工作有同等贡献
基金资助:
南方科技大学校级质量工程项目(XJZLGC202116)

Electrooxidative Cross-Coupling with Hydrogen Evolution to Construct C—N Bonds: Design and Exploration of Electrochemical Technology in Organic Chemistry Laboratory Teaching

Menglong Zhao, Dailei Yuan, Zi Ye, Fang Fang, Yuena Yu()

Department of Chemistry, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong Province, China

Received:2021-09-29 Accepted:2021-11-04 Published:2022-03-10
Contact: Yuena Yu E-mail:yuyn@sustech.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

将绿色电化学合成策略引入教学，通过电化学氧化偶联构建C—N键，实现了芳胺对位高选择性胺化，并通过循环伏安法对反应机理进行探索。此方案为科研转化的、开放性综合有机化学实验。反应以直流恒流电为电源，在室温空气条件下进行，首先以吩噻嗪和N, N-二甲基苯胺为模板底物，对电流、电量和电解质三个影响因素进行考察；确定最优条件后接着考察芳胺的适用性；最后通过循环伏安法对反应规律进行探索。实验深入融合贯穿了前沿科研成果的科学思路与创新理念，通过实验的开展，可以提升学生专业综合素质、激发学生创新意识。

关键词: 有机电化学合成, 氧化交叉偶联, C—N键, 核磁内标法定量, 循环伏安法

Abstract:

This work provides an open comprehensive experiment, which introduces green electrochemical technology into laboratory teaching. Through electrooxidative cross-coupling, highly para-selective amination of aromatic amines was achieved, and the reaction mechanism was explored using cyclic voltammetry. The oxidative C—N amination reaction was conducted at room temperature under constant current and worked well in the presence of air. Firstly, current, quantity of electric charge, and electrolytes were measured with phenothiazine and N, N-dimethylaniline as template substrates. After determining the optimal conditions, the scope of aromatic amines was studied, and the reaction mechanism was explored using cyclic voltammetry. Experiments adapted from scientific research, such as this, can stimulate both innovative thinking and innovation consciousness in undergraduate students.

Key words: Organic electrochemical synthesis, Oxidative cross-coupling, C—N bond, Quantitative NMR, Cyclic voltammetry

MSC2000:

赵梦龙, 苑岱雷, 叶梓, 房芳, 于月娜. 电化学氧化脱氢交叉偶联构建C—N键——电化学技术在有机化学实验教学中的设计与探索[J]. 大学化学, 2022, 37(5): 2109108.

Menglong Zhao, Dailei Yuan, Zi Ye, Fang Fang, Yuena Yu. Electrooxidative Cross-Coupling with Hydrogen Evolution to Construct C—N Bonds: Design and Exploration of Electrochemical Technology in Organic Chemistry Laboratory Teaching[J]. University Chemistry, 2022, 37(5): 2109108.

图/表 11

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表1

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表2

参考文献 18

1	马晓爽; 郑成斌. 大学化学, 2021, 36 (2), 2002.
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15	马淳安. 有机电化学合成导论, 北京: 科学出版社, 2002, 1
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实验序号	电解质	电流/mA	时间/h	内标基准峰面积 8.42 (8.500–8.300)	产物基准峰面积 6.24 (6.270–6.210)	收率^b
1^a	ⁿBu₄NBF₄	7	2	4.000	1.300	65.0
2^a	ⁿBu₄NOTf	7	2	4.000	1.295	64.8
3^a	ⁿBu₄NClO₄	7	2	4.000	1.462	73.1
4^a	ⁿBu₄NPF₆	7	3.5	4.000	1.526	76.3
5	ⁿBu₄NPF₆	10	2	4.000	1.422	71.1
6	ⁿBu₄NPF₆	4	2	4.000	0.855	42.8
7^a	ⁿBu₄NPF₆	4	3.5	4.000	1.459	73.0
8^a	ⁿBu₄NPF₆	14	1	4.000	1.193	59.7

序号	实验项目		学时
1	电化学反应影响因素考察	讲解与讨论、电化学反应操作	6
1	电化学反应影响因素考察	后处理、核磁内标法定量	4
2	芳香胺适用性考察	电化学反应操作	4
2	芳香胺适用性考察	后处理、核磁结构表征	4
3	循环伏安法分析	样品配制、CV分析	4

[1]	孙娜娜, 许傅杰, 金浩哲, 任焕宇, 谢兰贵, 苏志. 四苯乙烯及其衍生物超声辅助合成与光电性能研究[J]. 大学化学, 2022, 37(5): 2110095-.
[2]	王琨琦, 任真, 纪晓娜, 左妍, 杨焕欣. 可逆波循环伏安图的测定及碳纳米管修饰电极对维生素C的电催化检测——介绍一个电化学综合实验[J]. 大学化学, 2021, 36(9): 2101025-.
[3]	胡万群, 张汉昌, 邵伟. pH传感器的制作及应用——介绍一个开放设计实验[J]. 大学化学, 2012, 27(1): 62-64.

电化学氧化脱氢交叉偶联构建C—N键——电化学技术在有机化学实验教学中的设计与探索

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