今天给大家分享的是在Angew. Chemie上发表的文章，题为：Multifunctional Microfluidic Platform for High-Throughput Experimentation of Electroorganic Chemistry。本文报道了一种微流体平台，其可在15 μL规模下实现电化学合成的自动化高通量实验(HTE)。该工作的通讯作者是来自麻省理工学院的Klavs F. Jensen教授，他是微反应器技术领域的世界级学术带头人。

电有机合成最近在合成界受到了广泛的关注，它将电作为氧化还原剂，且反应条件温和，这给它带来了很大的优势，提高了反应过程的可持续性和安全性。然而，电化学合成的应用仍然有很多的障碍，包括复杂的电化学装置和相对较低的实验通量。

学术界和商业公司都致力于开发对电化学友好的标准化设备和方法，想以流水线的形式实现电化学合成。其中Waldvogel团队和IKA公司证明：反应并行化是加速反应过程的一条途径，并且在微流控装置中实施电化学还可以加快反应条件筛选及优化，这是因为电极比表面积的增加和电池电导率的提高缩短了电解时间。

基于之前对单液滴微流控反应优化系统的研究，作者报道了一种用于电有机合成的自动微流控平台，并可实现反应条件的筛选和分析 (如图1)。首先，计算机控制将所需的反应试剂从准备好的液体瓶注入到样品环(15 μL)，用一个充满氮气的注射器加压使反应液移动到eChem (电化学电池)中进行电化学反应。随后，将液滴引入高效液相色谱中分析反应结果。其中液滴在微流控系统中的位置由相位传感器来跟踪。

图1、用于电化学反应和分析的自动微流控平台原理图。

与传统合成方法相比，电有机合成中附加的反应参数，如电解电位，为有效识别最佳反应条件带来了障碍。然而在微升液滴中进行电化学反应筛选，可以减少达到完全转换所需的电子数量，从而减少电解时间，加速对反应的筛选。作者开发了一种流槽，其包含了一种经过微加工的交错电极(IDE)，这种流槽兼具高电导率和低流阻。作者选择了铂硅化物作为胶粘剂层，以保持IDE的稳定性。将IDE芯片封装在微流控池中，通过周期性的注入和抽吸载气，使反应液滴在流池中产生振荡运动，在液滴内部形成循环流型，保证了电化学反应的混合均匀。

为了证明该平台可以快速筛选反应参数，作者进行了自由基-自由基交叉偶联反应，即α-氨基C-H酰化反应。该反应属于单电子转移(SET)氧化还原中性化学反应，通常是通过光催化实现的，但最近证明，该反应也可在电化学条件下不使用光催化剂进行。作者建立了一个自动筛选的实验程序，以了解反应时间和电压对产物收率的影响。结果表明(如图2)，1.8 V在热力学上不足以引发自由基的生成，将电压提高到2.0 V以上后，反应速率与施加的过电压呈正相关。在相同电压(2.2 V)下，增加反应时间，产物峰随着反应物峰的减小而增大。而在2.6 V下，可以实现简单的、选择性的转化(图2e)。值得注意的是，获得这些丰富的参数化信息只需要大约300 μL的试剂和10小时的自动化平台运行时间，这与人工筛选反应条件相比，节省了大量的材料和时间。

除了筛选反应条件以获得最佳产率或选择性，在这个自动化平台上实施电分析技术还可以促进快速和高效的动力学测量，帮助理解反应机理。作者开发了一个微升尺度的循环伏安法(CV)，以探测分析物在液滴溶液中的电化学性质。

综上所述，所报道的多功能微流控平台能够实现快速、高效的电化学反应条件筛选和反应动力学测量。采用交错电极设计，同时实现高电导率和低流阻，有利于探索电化学自由基交叉耦合反应的最佳操作条件。期待这种基于微液滴的电化学筛选方法可以扩展到其他电有机合成的应用领域，促进这一新领域的进一步发展。

作者：LJH 审校：ZY

DOI：10.1002/anie.202009819

Link：https://doi.org/10.1002/anie.202009819