電化學有機合成憑借綠色、低污染、無需當量化學氧化劑等優勢，成為當下有機合成領域的熱門方向。傳統間歇電解反應普遍存在反應時間長、放大難、轉化效率不均等痛點，而連續流微反應技術恰好能彌補短板。近日南京工業大學團隊開發一套無隔膜流通式電解微反應體系，僅以水為氧源，不添加催化劑、媒介劑與助劑，高效實現烷基芳烴、二芳基甲烷陽極氧化制備芳酮，兼顧小量篩選與克級放大生產。

一、研究核心：流通式電解微反應裝置設計

1. 一體化微流電解池結構

連續流電解微反應器結構示意圖

整套設備為無隔膜流通式微電解反應器，核心組件包含：

1.       流體進出通道：原料溶液從 flow inlet 持續通入，反應液從 flow outlet 流出，實現連續不間斷反應；

2.       梳齒型電極模組：采用石墨陽極、鉑陰極模塊化設計，搭配專用電極夾持件，電極與流體充分接觸；

3.       電極導電接口：外接恒流電源，全程恒定電流控制氧化過程。

區別于傳統燒杯式間歇電解，微反應器內部通道體積僅 5 mL，流體與電極接觸面積大幅提升，傳質效率顯著優化。

2. 連續流反應標準條件

·       電極：石墨陽極（1320 mm×4.0 mm×4.0 mm）、鉑陰極；

·       底物濃度：0.05 M，單次投料 2.0 mmol；

·       電解質：0.5 當量高氯酸鋰；

·       溶劑體系：乙腈 / 水 = 9:1 混合溶劑，總容積 40 mL；

·       供電參數：恒電流 160 mA，電量 9.9 F/mol；

·       流速與停留時間：流速 0.2 mL/min，反應器體積 5 mL，物料停留反應時長 25 min；

·       環境：室溫即可反應。

3. 傳統間歇對照條件

間歇釜電解采用小型片狀石墨陽極、鉑陰極，底物投料僅 0.5 mmol，溶劑 10 mL，同樣 160 mA 恒電流室溫反應，對比凸顯連續流體系在投料量、反應效率、規模化上的優勢。

二、技術突破性亮點：三大核心優勢

1. 綠色體系：零外加催化劑、零化學氧化劑

現有烷基芳烴氧化制芳酮工藝，大多需要當量重金屬氧化劑、昂貴過渡金屬電催化劑或有機氧化媒介，后處理產生大量固廢、廢液。 本體系僅依靠陽極電化學氧化驅動反應，全程無需額外催化劑、氧化助劑、電子媒介物，僅用廉價無機鹽 LiClO?作為導電電解質，大幅降低三廢處理成本。

2. 水是氧源，機理清晰可靠

團隊設計同位素示蹤實驗：使用標記水 H?1?O 參與色烯并吡啶底物的氧化反應，最終產物中羰基氧來自 1?O 標記水。 直接證實：氧化產物芳酮分子中的氧原子來源于體系中的水，水既是溶劑組分，也是氧化反應的氧供體，反應原料廉價易得、安全低毒。

3. 短停留時間 + 可克級放大，工業化潛力拉滿

傳統間歇電化學氧化往往需要數小時反應，該連續流微反應器僅需25 分鐘停留時間即可完成轉化； 同時該工藝可直接拓展至克級規模合成，解決電化學合成長期存在 “小試效果好、放大產率暴跌" 的行業難題，為藥物中間體、精細芳香酮工業化生產提供全新路線。

三、應用底物范圍

該氧化體系普適性優異，可兼容各類烷基芳烴、二芳基甲烷類底物：

1.       簡單烷基取代苯類，氧化生成烷基芳酮；

2.       雜環取代烷基芳烴（如色烯并 [2,3-b] 吡啶雜環底物）；

3.       多取代二芳基甲烷衍生物，高效轉化為二芳基酮； 各類底物均能在溫和室溫、短停留時間下獲得目標芳酮產物。

四、行業價值與前景展望

1.       電化學 + 微流化學雙重賦能 將連續流微通道高效傳質特性與電化學綠色氧化結合，規避高溫、強氧化試劑，反應條件溫和，安全系數高，適配醫藥、香料、材料中間體合成。

2.       降低生產成本 摒棄貴金屬催化劑、當量氧化劑，以水為氧源，溶劑乙腈 - 水體系可回收復用，電解質用量低，大幅削減原料與危廢處理開支。

3.       連續化生產適配智能制造 流通式反應器可串聯自動化進料、在線檢測、連續后處理設備，實現自動化不間斷生產，區別于批次間歇反應，更契合現代化精細化工生產線改造需求。