Selective Electrochemical C–N Coupling via Synergetic Chemical and Electrochemical Microenvironment Regulation Strategies

化学 苯甲醛 苄胺 电化学 羟胺 亚硝酸盐 水溶液 电解 无机化学 法拉第效率 选择性 吸附 丙醛 化学工程 氧化物 电极 联轴节(管道) 胺气处理 化学反应 电合成 微型反应器 法拉第电流 组合化学 电化学电位 多相催化 氧化还原 催化作用
作者
Yu Jia,Gong Zhang,Yachao Zeng,Xiao Ma,Dingbo Lai,Junqing Zhang,Yangning Zhang,Tuo Wang,Zhi‐Jian Zhao,Peng Zhang,Jinlong Gong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (47): 43594-43603 被引量:13
标识
DOI:10.1021/jacs.5c13024
摘要

Electrocatalytic C–N coupling between nitrite and benzaldehyde to form benzylamine offers a sustainable route to primary amines, yet achieving high selectivity under mild aqueous conditions remains elusive due to competing nitrite over-reduction and benzaldehyde parasitic reduction. This paper describes a synthetic microenvironment modulation method that combines chemical and electrochemical modulation to overcome these challenges. Precise adjustment of local nitrite and benzaldehyde concentrations at the electrode interface was performed to control the reaction kinetics and adsorption equilibria, effectively suppressing hydroxylamine reduction and benzaldehyde parasitic adsorption. Simultaneously, periodic current pulses were applied to a flow electrolyzer to enrich hydroxylamine within the boundary layer. Under pulsing conditions, the system achieves a benzylamine Faradaic efficiency of 65.2%, higher than the static conditions (44.7%). The electrochemical production of benzylamine was further scaled up to a 25 cm 2 electrolyzer, maintaining a Faradaic efficiency of 49.1%. This strategy was also extended to C–N coupling with acetaldehyde (CH 3 CHO) and 2-furaldehyde, both of which exhibited favorable performance, with a FE toward amine of 69.4% and 58.6%, respectively. This work provides a generalizable framework for enhancing multistep organic electrosynthesis by combining electrochemical dynamics and chemical environment modulation, outperforming existing strategies that rely solely on catalyst design.
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