随着世界从天然气转向电力作为更环保的能源，待办事项清单超越了汽车。从电池到化肥，生产各种产品的庞大全球制造网络也需要拨动开关。
芝加哥大学化学家的一项研究发现了一种利用电力来促进一种化学反应的方法，这种化学反应通常用于合成药物的新候选药物。
该研究于1月2日发表在 《自然催化》 杂志上，是电化学领域的一项进步，为设计和控制反应并使其更具可持续性指明了前进的道路。
“我们想做的是了解电极界面在基本水平上发生的事情，并用它来预测和设计更有效的化学反应，”芝加哥大学Neubauer家族助理教授，该论文的资深作者Anna Wuttig说。“这是朝着最终目标迈出的一步。”
化学复杂性
在某些化学反应中，电力可以提高产量，而且由于您可以从可再生能源中获得所需的电力，因此它可以成为使全球化学工业更加绿色的一部分。
但是，众所周知，电化学尤其复杂。科学家们对分子相互作用还有很多不了解，特别是因为你必须将导电固体（电极）插入混合物中以提供电力，这意味着分子与该电极以及彼此相互作用。对于试图理清每个分子所扮演的角色以及以什么顺序排列的科学家来说，这使得本已复杂的过程变得更加复杂。
然而，Wuttig 希望将此转化为优势。“如果你把它看作是电化学为我们提供了一个独特的设计杠杆，这是任何其他系统都不可能实现的？”她说。
在这种情况下，她和她的团队专注于为反应提供电力的电极表面。
“有迹象表明表面本身是催化的，它起作用了，”Wuttig说，“但我们不知道如何在分子水平上系统地控制这些相互作用。
他们修补了一种通常用于制造医药化学品的反应，以在两个碳原子之间形成键。
根据理论预测，当使用电进行该反应时，反应的产率应为100%，也就是说，所有进入的分子都被制成一种新物质。但是当你在实验室中实际运行反应时，产率会降低。
研究小组认为，电极的存在正在诱使一些分子远离反应过程中需要它们的地方。他们发现，添加一种关键成分可能会有所帮助：一种称为路易斯酸的化学物质添加到液体溶液中，可以重定向这些分子。
“你会得到一个近乎干净的反应，”Wuttig说。
促进变革
此外，该团队能够使用特殊的成像技术来观察分子水平上的反应。“你可以看到调制剂的存在对界面结构有深远的影响，”她说。“这使我们能够可视化和理解正在发生的事情，而不是将其视为黑匣子。
Wuttig说，这是关键的一步，因为它为不仅能够在化学中使用电极，而且能够预测和控制其影响指明了前进的道路。
另一个好处是电极可以重复用于更多反应。（在大多数反应中，催化剂溶解在液体中，并在纯化过程中被排出以获得最终产物）。
“这是迈向可持续合成的一步，”她说。“展望未来，我的团队非常高兴能够使用这些类型的概念和策略来规划和解决其他合成挑战。
第一作者为博士后研究员陈秋成;该论文的其他作者是本科生Sarah Kress和Rocco Molinelli。
引文：“电催化银表面的界面调谐，用于基于碎片的亲电偶联。“ Chen、Kress、Molinelli 和 Wuttig，Nature Catalysis，2024 年 1 月 2 日。
资助：美国国家科学基金会、芝加哥大学、美国国立卫生研究院。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://news.uchicago.edu/story/using-electricity-scientists-find-promising-new-method-boosting-chemical-reactions