卤代苯胺是构建药物分子、功能材料和染料颜料的重要基石。然而，在传统的有机合成中，想要精确控制其取代程度——是获得单一的单卤代产物，还是双卤代产物——往往需要更换不同的试剂、调整复杂的反应条件，这不仅增加了操作难度，也提高了分离纯化的成本。那么，能否找到一种更直接、更高效的方法，像调节旋钮一样轻松控制反应的选择性呢？近日，重庆大学魏子栋教授和李存璞教授团队在Journal of the American Chemical Society 期刊上发表了一项突破性研究，他们利用电化学手段，仅需调控电极电位，即可实现苯胺类化合物的高选择性单卤化或双卤化，为这一长期挑战提供了简洁而强大的解决方案。
在有机合成领域，控制反应的选择性（如单取代或双取代）通常依赖于改变试剂种类、反应时间、浓度或温度等参数。但这种方法存在固有矛盾：当在同一反应机制内调节转化率时，通常会导致产物混合物；而想获得特定产物（如双取代物），往往需要切换到截然不同的机制，这意味着完全不同的试剂和苛刻条件，灵活性差且成本高昂。特别是在苯胺卤化反应中，卤素（Cl2、Br2、I2）与芳香环的自催化效应易导致过度卤化，产物复杂难以分离。此外，单卤代后苯胺反应活性降低，进一步阻碍了双卤代物的选择性合成。因此，开发一种能精确控制卤化程度、无需频繁更换试剂体系的新策略，一直是化学家们追求的目标。
重庆大学团队开发的电位控制电化学卤化策略，巧妙地解决了上述难题。该方法的核心在于利用电极电位作为“调控旋钮”。研究人员发现，通过简单改变施加在电极上的电势，可以精准控制反应中关键活性中间体的生成：在较低电位（1.38 V vs SHE）下，主要产生卤素自由基（X·），其倾向于高选择性地进攻苯胺的对位，生成单卤代（对位）产物；而当电位升高至2.88 V vs SHE时，则主要生成卤素阳离子（X+），X+主导/痕量X·与苯胺发生取代反应，高选择性地形成二卤代产物。尤为重要的是，只需调节电位这一参数，其他反应条件（底物、电解质、溶剂、温度等）完全保持不变。
图1. 电位控制选择性生成单卤化物或双卤化物。
该策略展现出非常显著的优势：精准可控性是其最大亮点，仅需调节电极电位即可精确引导反应机理，实现单卤化或双卤化路径；条件温和且绿色环保，无需依赖过渡金属催化剂、化学计量的强氧化剂或外部碱，在常温常压下即可高效进行；底物适用性广泛，成功应用于多种苯胺衍生物的单/双卤化（Cl, Br, I）；具备良好的可放大性，克级规模双卤化物的成功合成有力证明了其工业应用的潜力。
这种基于电位调控的电化学卤化方法，为合成高价值的卤代苯胺提供了一条简洁、高效、可持续的新途径。它不仅克服了传统卤化反应在选择性控制上的固有矛盾，也为发展更精准、更环保的有机合成工具提供了崭新思路，有望在药物研发、材料科学等领域发挥重要作用。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是重庆大学博士研究生吴白婧，通讯作者为李存璞教授。
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Mono or Di? A Potential-Controlled Electrochemical Halogenation of Anilines
Baijing Wu, Hongliang Fan, Xiaoxue Luo, Yufeng Wang, Dan He, Minhua Shao, Cunpu Li*, Zidong Wei
J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c10514
研究团队简介
李存璞 重庆大学化学化工学院教授， 博士生导师，特种化学电源全国重点实验室副主任，“锂电及新材料遂宁研究院”副院长，中国化学会科普工作委员会委员，锂资源综合利用与新型电池基础锂材料四川省重点实验室副主任，四川省特聘专家。主要研究领域为电有机合成与能源化学、计算化学等，研究成果以通讯作者在Sci. China Chem., J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., Matter, Chem. Sci.等期刊发表。兼职中国科协“科普中国专家”，所著科普文章于“学习强国”、“返朴”、“科普中国”、“中科院物理所”、《青年文摘》、《发明与创新》、《飞碟探索》等平台（期刊）发布或转载。
https://www.x-mol.com/university/faculty/57417
魏子栋 重庆大学化学化工学院教授，教育部长江学者特聘教授，博士生导师，国家重点研发计划项目首席科学家，国家自然科学基金重大项目首席科学家，国家自然科学基金“多相反应传递与转化调控”创新群体骨干成员，“锂电及新材料遂宁研究院”创院院长。主要研究领域为电化学反应工程、分子催化及新能源材料化学与化工。以通讯作者在Nat. Catal., Nat. Energy, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等刊物发表论文400余篇，他引33000多次，申请发明专利41项，获授权33项；出版《电化学催化》、《氧气电还原》专著2部。
https://www.x-mol.com/university/faculty/18631
