电化学合成与科研创新

艾卡（广州）仪器设备有限公司（IKA 中国）

2017/12/08 15:48

TA的动态

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科研的核心精神是什么？

创新、创新、创新！！！

如何创新？

这是一个重大课题。

不如看看Phil. S Baran的现身说法。

Phil.S Baran，他是谁？

? 美国斯克利普斯研究所（Scripps）教授

? 美国科学院院院士，2017年

? 麦克阿瑟天才奖得主，2013年（MacArthur Fellowship）

? 主页：http://baranlab.org/

? 研究方向：有机合成

? 发表文章130多篇，其中11篇Nature，7篇Science

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Phil.S Baran为什么尝试电化学合成？

套用Phil. S Baran的原话，主流合成化学领域中尝试做电化学都是出于一种原因：绝望。

譬如：

单体之间的N-N键结成二聚合分子，只能用电化学方法合成
烯丙位氧化，CH弱键可以被氧化，但是所用催化剂量大，昂贵，不环保
产率低

如何突破传统合成的瓶颈？传统合成的研究从1840年发展到现在，要创新谈何容易？！那是否可以在方法创新？！电化学合成方法进入他的视线了。

Phil. S Baran用电化学合成法同时上Nature和Science

1. 《Nature》上发表的文章为：电化学方法氧化烯丙位碳氢键（C-H键）。（Scalable and sustainable electrochemical allylic C–H oxidation. Nature, DOI: 10.1038/nature17431）

2. 《Science》上发表的文章为：烷基-烷基交叉偶联的电化学方法（A general alkyl-alkyl cross-coupling enabled by redox-active esters and alkylzinc reagents. Science 2016, DOI: 10.1126/science.aaf6123

电化学方法氧化烯丙位碳氢键（C-H键）框架解读

1. Nature文章电化学方法氧化烯丙位碳氢键的背景：

烯丙基的氧化是有机合成中的经典反应，传统方法需要借助高毒性的氧化试剂，如铬和硒；还有很昂贵的催化剂，如钯和铑，难以放大工业级别的合成，如下图1-a、b所示。这篇文章改用电化学氧化的方法，结果到底如何呢？

电化学烯丙位的氧化早在1968年就有报道，电化学氧化α-蒎烯（1），如下图1-C（2）所示，直到1985年才有个重大的提升，可以直接实现氧化，如图1-C（3），只是产率比较低，都在13%-24%之间。

图片来源：Nature, DOI: 10.1038/nature17431

2．Phil. S Baran实验室对电化学合成条件做的优化、扩展。

第一步：选择合适的电极

Phil. S Baran实验室未采用昂贵的金/铂电话，改而采用比较经济的，惰性也非常好的石墨电极和网状玻碳电极（RVC电极）。但是石墨电极有一定的吸附作用，回收率偏低。而RVC电极表现出更稳定的反应性能。

第二步：筛选最佳的反应媒介和共氧化物，如Fig.2所示

图片来源：Nature, DOI: 10.1038/nature17431

第三步：从朱栾倍半萜烯丙位的氧化扩展到烯丙位的氧化的通用电化学合成方法

图片来源：Nature, DOI: 10.1038/nature17431

第四步产量升级：100g规模的合成

图片来源：Nature, DOI: 10.1038/nature17431

从“电化学方法氧化烯丙位碳氢键（C-H键）”中看到的社会价值

1. 更经济、环保：从昂贵、有毒金属催化剂到经济、环保“电”催化的转变

2. C-H氧化批量生产药物/化学品：从不可能变成可能

3. 电化学合成方式或可创造一个全新的合成世界！

这还不是尾声，Phil. S Baran还有更大壮举：

虽然发表了Nature，也带来了巨大的社会价值，但是实验中还有小小遗憾。当时做C-H氧化电化学合成设备，全部都是自行搭建，恒电位仪、电极、反应管、电极固定夹、数据分析和记录器等等10多项产品，即便专业人员也需要耗费超40min的时间才可以完成搭建，且合成反应的重现性很差。他能否弥补这份遗憾？

2017年8月22日，美国秋季化学会上，Phil. S Baran带给大家更多的惊喜：一份对电化学合成不一样的解读 + 一个全球标准化的电化学合成仪“ElectraSyn 2.0”。点击视频，了解更多关于美国秋季发布会现场情况。

Phil.S Baran 发布会现场

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