【Nat. Synth.】林松：电化学交叉亲电偶联拓展杂原子成键

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深耕点评

美国康奈尔大学林松团队系统梳理了电化学交叉亲电偶联在碳–杂原子和杂原子–杂原子键构建中的研究进展。作者以阴极还原选择性活化两类亲电体为主线，覆盖C–B、C–Si、C–N、C–P、C–S、C–Se、C–Te以及Si–Si、Si–Ge和Ge–Ge键，并从电子转移路径、催化循环和电解体系等层面归纳了这一反应模式的设计逻辑。

深耕亮点：

1）eXEC利用阴极持续供给电子，使两类亲电底物在同一体系中发生还原成键。根据底物和催化体系的不同，电极可生成自由基、负离子或低价金属物种，从而减少对预制有机锌、有机镁等亲核试剂的依赖，形成区别于传统亲电体–亲核体偶联的合成路径；

2）亲电体的活化主要包括直接单电子还原、连续电子转移和低价金属催化三类模式。单电子还原通常生成自由基，进一步还原则可形成负离子；在金属催化体系中，阴极还原产生的低价金属物种可与亲电体发生氧化加成。底物还原电位、离去基性质和电解条件共同决定后续的自由基偶联、亲核取代或金属催化成键过程；

3）C–B和C–Si键构建集中体现了eXEC对不同含碳亲电体的适应能力。烷基卤化物可通过直接还原、硼试剂介导的卤原子转移或电化学生成有机镁中间体实现硼化；醇、羰基、胺和硫醚则可经预活化或原位活化进入反应。相应的自由基、自由基–极性交叉和碳负离子路径，使有机硼及有机硅化合物能够由多类常见官能团直接转化获得；

4）第14族元素的反应进一步延伸至Si–Si、Si–Ge和Ge–Ge键。带有芳基、乙烯基或硅基取代的氯硅烷经连续单电子还原形成硅负离子，随后与氯硅烷或氯锗烷交叉偶联，可获得二硅烷、硅锗化合物、环硅烷、低聚硅烷及部分聚合材料，说明eXEC同样适用于主族元素骨架的组装；

5）C–N、C–P及碳–硫族元素键显著扩展了杂原子亲电试剂的范围。硝基芳烃、肟酯、亲电性膦、白磷、硫代磺酸酯、SO₂、二硫化物和二硒化物均可参与还原偶联；镍催化体系常用于衔接碳自由基与杂原子亲电试剂，部分反应已用于复杂分子的后期修饰、10 mmol级合成以及批式和流动电解。

这篇综述表明，现代有机电合成正在形成以电子转移调控为核心的逆合成逻辑。电化学交叉亲电偶联通过有序生成自由基、负离子和低价金属中间体，使两类亲电底物能够直接构建C–X及X–X键，拓展了传统亲电体–亲核体偶联之外的成键路径，也为杂原子官能团引入、主族元素骨架组装和复杂分子后期修饰提供了更具可调控性的反应设计框架。

Abstract

Electrochemical cross-electrophile coupling (eXEC), the union of two distinct electrophiles by means of electrochemical activation, has experienced substantial growth in recent years. This Review specifically focuses on eXEC reactions that enable C–X and X–X bond formation (X = heteroatom), providing an overview of recent advances in synthetic strategies and reaction development. We also discuss remaining challenges and future opportunities in this rapidly growing subarea of organic electrosynthesis, including broadening the scope of electrophile partners, enhancing selectivity, enabling scalable processes and expanding catalytic systems. The sections are organized according to the types of bond formed, as classified by the heteroatom elements involved. Overall, this Review outlines the current state of the field and offers perspectives on future directions for the development and application of eXEC in synthetic chemistry.

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