烯烴是一種重要的有機化合物,在生活上具有廣泛的應用。它可以通過加氫反應轉化為飽和烴,也可以通過加成反應轉化為其他有機化合物,例如醇、醛、酮、羧酸等。除此之外,烯烴可以作為合成高分子材料的原料,例如聚乙烯、聚丙烯等等,烯烴也可以作為合成藥物、農藥、香料和化妝品的原料。在工業化學中,將烯烴轉化為羧酸 (加氫羧化,Hydrocarboxylation) 是常見且實用的反應之一,然而工業上與學術上卻鮮少有透過氧化反應將羧酸轉化為烯烴 (去氫脫羧,Decarboxylation) 的例子,可能的原因是該轉化反應的條件相當苛刻。儘管如此,電化學反應是少數可行的氧化策略之一,它可以將羧酸轉化為相對應的反應性中間體—碳陽離子 (Carbocation),並釋放出二氧化碳,該電化學反應又稱為Hofer-Moest反應。傳統上,只有經過活化的分子或三級羧酸 (氧化後變為三級碳陽離子) 才有辦法進行該電化學反應,例如分子上必須含有烯丙基 (allylic)、苯甲基 (benzylic) 或其他推電子基團。那麼科學家未來有辦法電解未經活化的羧酸,進行去氫脫羧反應形成烯烴嗎?
近日,美國斯克里普斯研究所的的研究團隊成功研發出在溫和條件下,透過電化學反應將未經活化的羧酸 (1級、2級、3級羧酸皆可行) 轉化為烯烴的反應。該研究團隊經過了一系列的測試,發現在電化學反應中加入催化量的鹼、催化量的叔戊酸、使用交流電,就可以使該反應順利進行。研究人員表示: 鹼可以部份中和羧酸,使其轉化為羧酸根陰離子,而該陰離子可以更容易地被氧化為碳陽離子;叔戊酸作為犧牲保護劑,使產物烯烴不被過度氧化;交流電可以使電極的極性反轉,使堆積在陽極的羧酸散去,如此就能讓羧酸更容易進行脫羧反應。在電化學系統中,羧酸脫羧形成碳陽離子後,會隨即失去一當量的質子,形成烯烴。該團隊的實驗結果顯示,他們能夠透過該電化學反應將上了保護基的1公斤tranexamic acid轉化為相對應的烯烴,其產率可達80%,反應的溫度、時間分別為35oC、90小時。