近年来，以水为绿色氢源的电化学加氢反应因其良好的原子经济性和高效性成为一种极具吸引力的合成策略。基于此，上海交通大学李新昊教授团队提出了一种可编程的电催化方法，以胺和醛为底物通过Pdδ--H电催化剂实现胺的烷基化反应，从而精确合成含有两个可调控烷基和一个甲基的烷基胺，法拉第效率值达到86%-96%。
烷基胺广泛用于染料、香料、农药及药物合成，以胺和醛为原料，工业化一步法合成烷基胺需使用过量甲醛，并以高压氢气为氢源。然而，该方法存在选择性难控及高压氢气带来的安全与环境风险。因此，开发温和可调控的烷基化策略，并以水等安全氢源替代高压氢气，对烷基胺的可持续合成具有重要意义。
图1. 烷基胺的工业生产示意图（上图）及可编程电催化胺烷基化示意图（下图）。
首先，通过纳米限域热缩合方法合成电子供体氮掺杂碳（NC）载体，并在其表面原位生长Pd纳米粒子，构筑Pd/NC异质结电催化剂。如图2a所示，等摩尔量的伯胺与醛可自发发生脱水缩合生成亚胺，随后在Pd/NC电催化剂的作用下加氢转化为仲胺，所得仲胺还可进一步在Pd/NC电催化剂上烷基化生成叔胺。
图2. Pd/NxC电催化剂上环己胺的电化学胺烷基化反应。
原位衰减全反射模式下的表面增强红外吸收光谱和DFT理论计算揭示了富电Pd（Pdδ−）活性中心在促进伯胺转化为叔胺过程中的关键作用。富电Pd活性中心首先促进水分解生成Pd-H活性物种，随后分别活化亚胺的C=N键以及甲醛的C=O键实现伯胺到仲胺以及仲胺到叔胺的可控转化。
图3. Pdδ−-H电催化剂上环己胺单烷基化反应机理及底物伯胺的扩展。
基于Pd-H活性物种及位阻效应的开关机制，作者实现了Pdδ−电催化剂在级联可编程胺烷基化中的应用（图4）。在伯胺转化为仲胺的过程中，伯胺可经甲醛（左侧）或其他醛（右侧）自发脱水缩合生成亚胺，Pd-H通道开启后进一步加氢生成仲胺，若Pd-H通道关闭，则亚胺稳定存在。在仲胺转化为叔胺的过程中，当Pd-H通道关闭时仲胺保持不变（路径B和E）。当Pd-H通道开启时，分别生成两个新甲基取代的叔胺（路径A）或一个甲基和一个任意烷基取代的叔胺（路径F）。受位阻效应影响，即使施加更高电压，长链烷基（Cn，n≥2）也无法接入仲胺（路径C和D）。
图4. Pdδ−-H电催化剂上可编程胺烷基化。
该电化学合成方法能够以较高法拉第效率实现具有两种可选择烷基基团和一个甲基基团的烷基胺的精确合成，进一步拓展了电化学C-N偶联反应的范围，并可能开启电化学胺烷基化的新领域。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是上海交通大学博士生夏思源和博士后张仕楠。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Programmable Mono-/di-alkylation of Amines with Aldehydes over a Pdδ−–H Electrocatalyst
Si-Yuan Xia†, Shi-Nan Zhang†, Dong Xu, Bing-Liang Leng, Kai-Yuan Lu, Jie-Sheng Chen, Xin-Hao Li*
Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202425622
通讯作者介绍
李新昊，上海交通大学化学化工学院教授、博士生导师。1999-2009年在吉林大学学习，先后获理学学士和博士学位，主要从事有机无机复合纳米材料的合成及应用；2009-2012年在德国马克斯普朗克研究所胶体与界面研究所从事博士后研究（洪堡学者），主要研究新型碳基复合材料在能源相关领域的应用。2013年1月开始任上海交通大学化学化工学院特别研究员；2014年上海高校“东方学者”特聘教授；2015年上海市青年科技启明星；2017年国家优秀青年科学基金获得者。创制了系列异质结不对称电子界面催化材料，拓展电子界面催化材料在有机合成、光催化、电催化等催化重要领域的应用，实现了催化活性与稳定性的协同提升，为高效催化材料的设计开发提供了新路径。
