微流控电化学提供激进耦合突破

Photoredox催化了许多门在有机合成在过去的十年中,使小规模的合成许多化合物,否则生产困难或不可能的。然而,这是有问题的实验室规模以上。现在,研究人员在美国目前的微流体流动细胞可以合成许多相同的分子photoredox催化,以及潜在的各种各样的人。他们证明方法的可行性通过执行关键化学转换和合成液晶用于液晶显示器。

在简单的电化学,目标产品是通过在阳极氧化或还原形成阴极,在另一个电极与废物。然而在redox-neutral电化学,高能自由基结合前两个电极的生产解决方案。这是极其困难的发生在传统的电化学在扩散之前设置的自由基几乎总是分解。Photoredox催化避免了这个问题通过使用催化剂作为氧化剂和还原剂,生成两个自由基表面相同的均相催化剂在溶液中由高强度光辐照。这被证明是非常有用的用于生成新的分子测试他们潜在的医药活动,例如:“Photoredox催化获得了诺贝尔奖,“预测斯蒂芬·布奇华麻省理工学院的。

然而,这项技术困难。所需的催化剂通常是珍贵的金属配合物,使其昂贵。潜在的能源格局催化剂材料是固定的。很难扩大规模,光可以穿透深度有限反应混合物。Photoredox催化因此广泛用于生成少量的分子检测特定的属性,但化学工程师必须确定是否以及如何承诺分子可以大规模生产。

为了解决这些问题,由化学家布奇华与化学工程师为首Klavs詹森麻省理工学院的,也。降低阳极和阴极之间的距离减少了距离两个激进分子需要扩散,而只是按比例缩小传统细胞会减少它的吞吐量。因此,研究者们设计了一个微流体流动单元的阴极和阳极激光蚀刻像面对面的梳子,牙齿点缀。这创建了一个微流控通道一端反应物的流动,产品被移除。没有需要广泛搜索photoredox催化剂,将提供最优势能景观生产中间体:“你可以用任何你喜欢的潜力,”解释了詹森的博士后翳明莫。

研究人员展示了他们的技术的有效性通过执行各种关键redox-neutral转换生产高价值的医药化学物质的潜在的重要性。他们还合成4-cyano-4 -pentylbiphenyl,俗称5 cb -液晶广泛应用于液晶显示器。当前合成过程是复杂的,需要多个步骤,但研究人员成功地实现了从4-chlorobenzonitrile两步合成,成本不到1美元/克,与5 cb相比,价值约100美元每克。团队成员Zhaohong陆说,使用photoredox催化合成反应需要很多时间有时可以在几分钟内使用他们的新方法。我们现在看我们如何解决问题并没有被解决在photoredox条件下,”他补充道。

有机金属化学约翰Hartwig美国加州大学伯克利分校印象深刻:“有很多的活动在使用光催化在有机化学催化转换和其他转换。我不得不说我一直在想为什么不能使用电化学。

有机化学家罗伯特·菲普斯在英国剑桥大学的同意。“有时重要的突破做看起来很明显,但是它可以真正的洞察力将两个和两个在一起,”他说。我认为这将是非常有效的原因是,这个相对简单的方法——尽管一些相当复杂的微流体技术的协助下,向工作在许多不同的反应,合成化学家们将在日常生活中使用。”