【Nat. Commun.】KAUST/东方理工:选择性 C(sp³)-Ge 键形成的可切换的电化学途径
有机锗化合物在医药、材料科学和催化领域具有重要应用,但传统的C(sp³)-Ge键构建方法通常依赖过渡金属催化或强还原剂,存在条件苛刻、底物范围有限等问题,因此开发高效和通用的策略来构建烷基锗烷至关重要。C(sp³)-CN键的高键能(>100 kcal/mol)使其活化极具挑战性,此前尚未有电化学方法报道,在此,阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science & Technology)Magnus Rueping课题组和宁波东方理工大学朱宸副教授合作报告了一种利用各种官能化烷基腈和市售氯锗烷构建烷基锗烷的可靠电化学驱动方法。所开发的脱氰锗化方法可以在温和的反应条件下高效、模块化地制备出多种结构不同的烷基锗烷。此外,一系列天然产物和药物衍生底物也顺利进行了后期官能化,生成了相应的复合烷基锗烷。本文研究亮点:
1. 绿色合成:电能驱动替代化学还原剂,避免了传统方法中对强还原剂或过渡金属的依赖,符合可持续化学趋势。
2. 广泛的底物兼容性:伯、仲、叔烷基腈均可反应,耐受酯基、氟原子、杂环等官能团(如药物分子Clofibrate、Ketoprofen的衍生化)。
3. 双路径可控性:通过催化剂和电参数调控,灵活选择脱氰或C-H活化路径。
4. 应用价值:成功对Sesamol(抗氧化剂)、Fenofibrate(降血脂药)等药物分子进行锗基化,保留活性官能团(如氯原子),便于后续衍生化;并为含锗功能分子(如光电材料)的合成提供新方法。
这项研究通过电化学策略,实现了C(sp³)-Ge键的高效、选择性构建,为有机锗化物提供了模块化、绿色的合成平台。未来,这一方法有望在药物开发、功能材料及催化领域发挥重要作用,同时启发更多电化学驱动的惰性键活化研究。
图1. 研究背景及本文工作(图片来源:Nat. Commun.)
图2. 反应条件优化(图片来源:Nat. Commun.)
图3. 底物范围(图片来源:Nat. Commun.)
图4. 底物范围(图片来源:Nat. Commun.)
图5. 底物范围(图片来源:Nat. Commun.)
图6. 底物范围(图片来源:Nat. Commun.)
图7. 机理研究(图片来源:Nat. Commun.)
图8. CV研究和DFT计算(图片来源:Nat. Commun.)
图9. 提出的机制(图片来源:Nat. Commun.)
论文信息:
Haifeng Chen, Cai Zhai, Huabing Zhang, Chen Zhu*, Magnus Rueping*. Switchable electrochemical pathways for the selective C(sp³)-Ge bond formation. Nat. Commun., 2025
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