盡管電化學(xué)為合成有機(jī)化學(xué)家提供了巨大的好處，但它很少用于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)槿狈κ狗请娀瘜W(xué)家能夠以“方便”的方式進(jìn)行這種化學(xué)反應(yīng)的合適設(shè)備。因此，化學(xué)家需要一種更簡(jiǎn)單、更用戶友好的方式來(lái)訪問(wèn)該技術(shù)，使其成為更廣泛接受的常規(guī)程序。

過(guò)去，電化學(xué)技術(shù)依賴于玻璃反應(yīng)器中的電解，這導(dǎo)致反應(yīng)控制性、選擇性和重現(xiàn)性較差，反應(yīng)速度較慢。盡管這些系統(tǒng)設(shè)置起來(lái)很簡(jiǎn)單，但由于已經(jīng)提到的原因，人們?cè)趯?shí)施它們時(shí)猶豫不決。

到目前為止，連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)電池的突破已經(jīng)允許選擇性合成具有高反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，通常只需要一次通過(guò)設(shè)備。這些設(shè)備使電化學(xué)方法更容易獲得，從而重新評(píng)估該技術(shù)作為一種可行且有吸引力的合成方法。

1、有機(jī)電合成的基本原理

在有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)在電極表面添加或去除電子來(lái)激活有機(jī)分子，這是一個(gè)非均相過(guò)程。電合成反應(yīng)需要與電解質(zhì)溶液接觸的兩個(gè)電極（陽(yáng)極和陰極）。電解質(zhì)是一種鹽，可將離子添加到溶液中以增加其導(dǎo)電性。

電化學(xué)可以通過(guò)多種方式完成，包括恒電位模式（控制電極兩端的電壓）和恒電流模式（控制電極兩端的電流）。

在創(chuàng)建電合成方法時(shí)可以分析許多變量：

· 電極的性質(zhì)

· 施加的電壓/電流

· 化學(xué)反應(yīng)是在陽(yáng)極還是陰極進(jìn)行

· 電極是簡(jiǎn)單地位于電解池的任一側(cè)還是分開(kāi)（例如通過(guò)離子滲透膜）

2、有機(jī)電合成的優(yōu)點(diǎn)

· 施加到工作電極的電位可用于控制反應(yīng)選擇性。因此，可以選擇一個(gè)具有相似結(jié)構(gòu)的電泳而不是另一個(gè)。與氧化還原試劑不同，電位可以隨時(shí)改變

· 通過(guò)調(diào)節(jié)電流密度或施加的電位，可以控制反應(yīng)速率

· 與經(jīng)典有機(jī)化學(xué)類似，可以通過(guò)管理提供的電子數(shù)量來(lái)控制分子的轉(zhuǎn)化程度（關(guān)于其氧化態(tài)）

· 電極的性質(zhì)和電解液的組成可作為反應(yīng)參數(shù)來(lái)控制選擇性和反應(yīng)速率

· 可以預(yù)測(cè)電合成實(shí)驗(yàn)條件和途徑

· 由于電解是在室溫和大氣壓下進(jìn)行的，反應(yīng)條件通常是溫和的

3、電化學(xué)作為“綠色”應(yīng)用

由于我們的反應(yīng)是通過(guò)添加或提取電子來(lái)進(jìn)行的，因此很容易認(rèn)為我們的反應(yīng)將是 REDOX – 還原或氧化。電化學(xué)可以被認(rèn)為是一種“更環(huán)?！钡募夹g(shù)，因?yàn)樗恍枰ｋU(xiǎn)和污染的還原劑或氧化劑，例如 OsO 4、Pb(OAc) 4、NaH 等。

由于我們的化學(xué)反應(yīng)是由電子介導(dǎo)的，因此我們經(jīng)常在室溫下進(jìn)行，從而降低能耗。我們還可以將我們的電極視為多相催化劑，從而減少反應(yīng)設(shè)置過(guò)程中的浪費(fèi)。此外，離子液體常用于替代易于回收的有機(jī)溶劑。

由于連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)電池的發(fā)展，可以使用這種更環(huán)保的方法并進(jìn)行獨(dú)特的轉(zhuǎn)化，這允許其他技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的選擇性和轉(zhuǎn)化。

4、流動(dòng)中的連續(xù)電化學(xué)

“燒杯電解池”用于傳統(tǒng)的電化學(xué)方法。通常，電化學(xué)文獻(xiàn)中沒(méi)有正確描述該裝置的確切描述。雖然提供了電極材料，但幾何形狀、定位和尺寸不會(huì)對(duì)重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)造成任何挑戰(zhàn)。連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)設(shè)備的發(fā)展通過(guò)限制電極材料和合成過(guò)程的變量解決了重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)程序的許多問(wèn)題。

電化學(xué)是一種表面現(xiàn)象，需要較大的表面積與體積比。如果我們一般熟悉流動(dòng)化學(xué)，我們就會(huì)熟悉這個(gè)。與類似體積的間歇式反應(yīng)器相比，流動(dòng)反應(yīng)器具有較大的表面積與體積比。設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)于電極具有高表面積體積比的流動(dòng)電化學(xué)反應(yīng)器并不是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

在使用傳統(tǒng)電化學(xué)技術(shù)時(shí)要記住的一件事是，電極之間的距離比它們的流動(dòng)等效距離更大。由于電極之間的距離很大，因此無(wú)法控制在電極之間通過(guò)的電荷會(huì)導(dǎo)致“電子梯度”。下圖通過(guò)簡(jiǎn)單的氧化說(shuō)明了這一點(diǎn)。我們反應(yīng)中的一系列電子會(huì)導(dǎo)致選擇性損失。

在流動(dòng)電化學(xué)電池中，電極之間的距離從根本上減小。我們可以準(zhǔn)確地控制反應(yīng)中的電子當(dāng)量，從而通過(guò)減少電極之間的距離來(lái)提高選擇性。

大多數(shù)連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)電池基于平行板設(shè)置，其中一對(duì)電極板通過(guò)一個(gè)墊圈隔開(kāi)一小段距離，從而形成一個(gè)流動(dòng)通道。

在反應(yīng)混合物之間通過(guò)的電子當(dāng)量數(shù)由電極的性質(zhì)和施加在電極上的電流或電壓調(diào)節(jié)。

這種電子流可以被認(rèn)為是試劑。施加在電極上以產(chǎn)生確切數(shù)量的電子當(dāng)量的電位由反應(yīng)混合物的流速和濃度決定。這為我們提供了更好的試劑和選擇性控制。

通過(guò)減少電極之間的間隙，可以減少或消除我們反應(yīng)中對(duì)電解質(zhì)的需求，從而增加它們的“綠色”電位。

當(dāng)我們使用這些連續(xù)電化學(xué)技術(shù)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)每小時(shí)幾克的反應(yīng)吞吐量。因?yàn)殡娀瘜W(xué)是表面相關(guān)的，增加電極的尺寸可能會(huì)增加更多。

5、藥物代謝物的制備微流體電合成

連續(xù)電化學(xué)文獻(xiàn)的例子通過(guò)簡(jiǎn)單的文獻(xiàn)搜索將為您提供閱讀的內(nèi)容。我們要強(qiáng)調(diào)的藥物代謝物的直接合成是電合成的一個(gè)例子，它在制藥領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎。

在制藥行業(yè)，了解藥物如何代謝以及它們?nèi)绾卧隗w內(nèi)相互作用至關(guān)重要。在進(jìn)入下一個(gè)開(kāi)發(fā)階段之前，需要徹底了解候選藥物的代謝物。

藥物分子在肝臟中通過(guò) CYP450 催化的氧化在體內(nèi)進(jìn)行第一次化學(xué)轉(zhuǎn)化。肝臟首過(guò)氧化的化學(xué)結(jié)果是任何藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程的關(guān)鍵信息。然而，這通常會(huì)導(dǎo)致需要闡明和重新合成大量代謝物。

在藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，需要化學(xué)家合成目標(biāo)化合物。許多合成需要幾個(gè)反應(yīng)步驟和純化。如果化學(xué)家有幸獲得一種先導(dǎo)化合物，則毒性研究對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)先導(dǎo)化合物至關(guān)重要。這導(dǎo)致了許多本身需要研究的藥物代謝物。之后，化學(xué)家必須返回實(shí)驗(yàn)室重新合成這些代謝物，有時(shí)使用不同的方法，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢(qián)。

Sanford-Burnham 醫(yī)學(xué)研究所的研究人員在努力復(fù)制這些肝臟氧化過(guò)程中，率先表明連續(xù)電化學(xué)可用于模擬 CYP450 氧化并一步合成氧化藥物代謝物。這對(duì)整個(gè)藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程有著巨大的影響。

下圖說(shuō)明了使用簡(jiǎn)單的電化學(xué)流通池和氧化途徑在產(chǎn)生氧化性藥物代謝物時(shí)。

在研究中，許多商業(yè)藥物暴露于連續(xù)流動(dòng)電解。它們是根據(jù)它們的各種化學(xué)反應(yīng)性進(jìn)行選擇的：它們的體內(nèi)代謝物是通過(guò)芳香羥基化、烷基氧化、谷胱甘肽結(jié)合或磺化氧化產(chǎn)生的?；瘜W(xué)家繼續(xù)證明他們的代謝物可以通過(guò)流動(dòng)電解合成，產(chǎn)量為 10 至 100 毫克/小時(shí)，足以進(jìn)行進(jìn)一步研究。

重要的是要強(qiáng)調(diào)對(duì)反應(yīng)中電子當(dāng)量的精確控制。下面的例子顯示了雙氯芬酸的選擇性氧化 ，這是研究中的一種。通過(guò)控制電子通量，我們展示了將起始材料轉(zhuǎn)化為其氧化產(chǎn)物的優(yōu)化過(guò)程。

6、連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)的未來(lái)

對(duì)于合成有機(jī)化學(xué)家來(lái)說(shuō)，連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)方法的發(fā)展正在擴(kuò)大他們的工具箱。由于簡(jiǎn)單的反應(yīng)設(shè)置，使用這種合成技術(shù)的障礙已大大降低。通過(guò)精確控制反應(yīng)參數(shù)，流動(dòng)電化學(xué)有可能實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)技術(shù)更高的選擇性和生產(chǎn)率。結(jié)合更環(huán)保的方法，連續(xù)流動(dòng)電化學(xué)為現(xiàn)代化學(xué)提供了令人興奮的前景。

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