华中师大徐浩/朱翠菊团队Green Chem.：电还原实现酰胺的高效选择性水解反应

酰胺基团作为一种重要的官能团广泛存在于蛋白质、农药、聚合物材料中，酰胺的合成与转化具有重要的研究价值。酰胺的还原脱保护是酰胺官能团转化的一个重要方向，通过有效的脱酰基策略可以实现一些高附加值化合物的合成。例如甲壳素是一种自然界储备仅次于纤维素的天然高分子化合物，而壳聚糖是甲壳素最重要的脱乙酰化衍生物。壳聚糖由于其固有的生物降解性、生物相容性、抗菌性能等受到医药、化妆品、食品和纺织等领域的广泛关注。此外，酰胺的选择性水解是聚酰胺类化合物降解为单体的重要手段，对环境治理具有重要意义。同时，酰胺的选择性水解是氨基酸以及多肽化合物正交合成的基础。因此，高效精准地实现酰胺中C-N键断裂具有重要的研究意义。然而，由于酰胺键的共振，使得C-N单键具有一定的双键性质，从而导致酰胺C-N键的化学反应性差，键解离能较高。因此实现酰胺的水解和转化是具有挑战性的，往往需要较为苛刻的反应条件。传统方法实现酰胺的还原脱保护需要使用过量的高活性还原剂，如SmI ₂ 、硅烷、硼烷或氢气等，以上策略原子经济性差，反应条件苛刻且有一系列副产物的生成。因此开发一种绿色、可持续的酰胺电还原策略是值得探究的。

目前有机电还原合成是有机电化学的一个重要发展方向，但是电化学还原反应受到很多条件制约。例如，质子和O ₂ 会和底物发生竞争性的电还原反应，电化学还原反应往往需要牺牲阳极来促进电化学反应的正常进行。目前对于酰胺的电还原脱保护策略研究主要局限于磺酰胺类化合物的电还原脱磺酰化反应，和普通的酰胺( E _p/2 = -2.5 V vs. AgCl/Ag)相比，磺酰胺还原电势更低，更容易发生电还原反应。因此，酰胺的电还原更加难以控制，有更大的挑战性。作者提出主要受以下几种因素影响：1) 酰胺中C=O键还原过程和C-N的水解过程存在化学选择性竞争反应；2) 酰胺或还原后的产物胺可能通过发生Shono-型氧化反应分解，使得无法顺利制备目标产物；3) 酰胺具有较高的还原电势 (E _p/2 > -2.5 V vs. AgCl/Ag), 导致很多副反应发生。

图1. 酰胺水解的应用及电还原酰胺的挑战性（来源： Green Chem. ）

近日， 华中师范大学朱翠菊副研究员与徐浩教授等研究者成功实现了酰胺的高效选择性电还原 水解 脱保护反应， 该策略在温和条件下，以电子作为绿色还原剂，H ₂ O作为氢源，无牺牲阳极的情况下实现酰胺的水解脱保护反应，该策略对于氨基甲酸酯、甲酰胺和硫酰胺等的还原过程均表现出优异的化学选择性和区域选择性，且对于含有易还原的基团，例如酯基、氰基和羟基的底物也可以专一地实现酰基的脱保护，表现出优异的官能团兼容性。此外，作者也将该策略应用于多种药物分子和生物活性分子的选择性脱酰基反应，有望在药物分子与天然产物后期官能团转化得到应用。

成果