Electrophotochemical Ce-Catalyzed Ring-Opening Functionalization of Cycloalkanols under Redox-Neutral Conditions: Scope and Mechanism

化学 催化作用 氧化还原 光化学 键裂 表面改性 循环伏安法 无机化学 有机化学 电化学 物理化学 电极
作者
Zhifei Yang,Dali Yang,Jianye Zhang,Chenyu Tan,Jiajun Li,Shengchun Wang,Heng Zhang,Zhiliang Huang,Aiwen Lei
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (30): 13895-13902 被引量:38
标识
DOI:10.1021/jacs.2c05520
摘要

Selective cleavage and functionalization of C-C bonds in alcohols is gaining increasing interest in organic synthesis and biomass conversion. In particular, the development of redox-neutral catalytic methods with cheap catalysts and clean energy is of utmost interest. In this work, we report a versatile redox-neutral method for the ring-opening functionalization of cycloalkanols by electrophotochemical (EPC) cerium (Ce) catalysis. The EPC-Ce-enabled catalysis allows for cycloalkanols with different ring sizes to be cleaved while tolerating a broad range of functional groups. Notably, in the presence of chloride as a counteranion and electrolyte, this protocol selectively leads to the formation of C-CN, C-C, C-S, or C-oxime bonds instead of a C-halide bond after β-scission. A preliminary mechanistic investigation indicates that the redox-active Ce catalyst can be tuned by electro-oxidation and photo-reduction, thus avoiding the use of an external oxidant. Spectroscopic characterizations (cyclic voltammetry, UV-vis, electron paramagnetic resonance, and X-ray absorption fine structure) suggest a Ce(III)/Ce(IV) catalytic pathway for this transformation, in which a Ce(IV)-alkoxide is involved.
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