新风口 | Science 双响：交流电合成

IKA

2023/04/28 11:23

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/// 交流电合成即将成为新风口

Science 双响
4月6日，福州大学化学学院叶克印教授应邀在国际顶尖学术期刊Science在线发表了题为“Alternating the current direction"的前瞻性文章[1]，对美国Scripps研究所Phil S. Baran教授等人在交流电有机合成领域的最新突破性进展进行了评述和展望。同期，Phil S. Baran课题组的“Overcoming the limitations of Kolbe coupling with waveform-controlled electrosynthesis"交流电合成突破Kolbe偶联的局限性的文章也在Science发表[2]。两篇文章的关键词都是“交流电合成"，这纯属巧合，又抑或是交流电合成即将成为新风口？！

Kolbe偶联反应
Kolbe偶联反应（Kolbe于1849年报道）是最古老的电化学反应之一，通过电化学脱羧偶联形成Csp3–Csp3键。尽管过去了100多年，但由于化学选择性极低和对贵金属电极的依赖，该反应的广泛应用一直受限。

rAP的突破

此文中，Phil S. Baran课题组为这一长期挑战提出了一个简单的解决方案：将电势波形从经典直流转换为交流电之rAP快速极性切换，使各种官能团相互兼容，并改用廉价的、可持续的碳基电极（无定形碳）进行反应[2]。基于该反应，Phil S. Baran课题组用易得的羧酸（包括生物质衍生的羧酸）制备了多种有价值的分子，包括非天然氨基酸和聚合物构建砌块等。机理研究表明波形在调节电极周围局部pH值方面具有重要作用，丙酮作为非常规反应溶剂也发挥了关键作用。

图1. 经典Kolbe反应的挑战和使用rAP的突破来源：Science

如何实现

如何在电合成中实现交流电之快速极性切换rapid alternating polarity（rAP）？
打开Supporting information一起来揭秘。Phil S. Baran课题组的实验步骤那叫一个相当清楚，相信有兴趣的小伙伴们都可以很轻松的重现这个经典的反应，rAP不需要自己DIY，连配液的图片配附上了。

配液：丙酮3.5mL用量筒也可以，50uL Me4N•OH 建议用移液器精确量取。图片上的小白是IKA 的移液器，听说现在买一送四，德国原装！

交流电合成，就是这个“小黑"-IKA ElectraSyn搞定的。
再上图，1s设置交流电（rAP），恒流或恒压任选。当然，重现这个反应要选恒流。

相信大家手上都有不止一台“小黑"了，宝剑配英雄嘛。如果您手上的“小黑"还没有“Rapid alternating polarity"选项，欢迎随时联系IKA，或者扫描如下二维码快速升级。

写在最后

一个新的风口从初现端倪到凸显再到盛行，不过短短黄金几年。

如果您已然在探索电合成，又有"宝剑"在手，我相信没有任何理由可以阻止您深入探索交流电。如果您还在犹豫要不要进入电合成，要不要切入到交流电合成，也许《小马过河》可以给您指引。何况试错成本可控，错了能怎样；成了，将会是怎样的成就？！

引用：

[1].Alternating the current direction-Waveform-controlled electrolysis enables the carbon-carbon coupling of carboxylic acids. Peng Guo, Ke-Yin Ye, Science, 2023, 380, 34-35. DOI: 10.1126/science.adh1837

[2].Overcoming the limitations of Kolbe coupling with waveform-controlled electrosynthesis. Yuta Hioki, Matteo Costantini, Jeremy Griffin, Kaid C. Harper, Melania Prado Merini1, Benedikt Niss, Yu Kawamata, Phil S. Baran. Science, 2023, 380, 81-87. DOI: 10.1126/science.adf4762

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