不用催化剂！连续流电化学，25 分钟把烷基芳烃变成芳酮，还能克级放大

电化学有机合成凭借绿色、低污染、无需当量化学氧化剂等优势，成为当下有机合成领域的热门方向。传统间歇电解反应普遍存在反应时间长、放大难、转化效率不均等痛点，而连续流微反应技术恰好能弥补短板。近日南京工业大学团队开发一套无隔膜流通式电解微反应体系，仅以水为氧源，不添加催化剂、媒介剂与助剂，高效实现烷基芳烃、二芳基甲烷阳极氧化制备芳酮，兼顾小量筛选与克级放大生产。

一、研究核心：流通式电解微反应装置设计

1. 一体化微流电解池结构

连续流电解微反应器结构示意图

整套设备为无隔膜流通式微电解反应器，核心组件包含：

1.       流体进出通道：原料溶液从 flow inlet 持续通入，反应液从 flow outlet 流出，实现连续不间断反应；

2.       梳齿型电极模组：采用石墨阳极、铂阴极模块化设计，搭配专用电极夹持件，电极与流体充分接触；

3.       电极导电接口：外接恒流电源，全程恒定电流控制氧化过程。

区别于传统烧杯式间歇电解，微反应器内部通道体积仅 5 mL，流体与电极接触面积大幅提升，传质效率显著优化。

2. 连续流反应标准条件

·       电极：石墨阳极（1320 mm×4.0 mm×4.0 mm）、铂阴极；

·       底物浓度：0.05 M，单次投料 2.0 mmol；

·       电解质：0.5 当量高氯酸锂；

·       溶剂体系：乙腈 / 水 = 9:1 混合溶剂，总容积 40 mL；

·       供电参数：恒电流 160 mA，电量 9.9 F/mol；

·       流速与停留时间：流速 0.2 mL/min，反应器体积 5 mL，物料停留反应时长 25 min；

·       环境：室温即可反应。

3. 传统间歇对照条件

间歇釜电解采用小型片状石墨阳极、铂阴极，底物投料仅 0.5 mmol，溶剂 10 mL，同样 160 mA 恒电流室温反应，对比凸显连续流体系在投料量、反应效率、规模化上的优势。

二、技术突破性亮点：三大核心优势

1. 绿色体系：零外加催化剂、零化学氧化剂

现有烷基芳烃氧化制芳酮工艺，大多需要当量重金属氧化剂、昂贵过渡金属电催化剂或有机氧化媒介，后处理产生大量固废、废液。 本体系仅依靠阳极电化学氧化驱动反应，全程无需额外催化剂、氧化助剂、电子媒介物，仅用廉价无机盐 LiClO₄作为导电电解质，大幅降低三废处理成本。

2. 水是氧源，机理清晰可靠

团队设计同位素示踪实验：使用标记水 H₂¹⁸O 参与色烯并吡啶底物的氧化反应，最终产物中羰基氧来自 ¹⁸O 标记水。 直接证实：氧化产物芳酮分子中的氧原子来源于体系中的水，水既是溶剂组分，也是氧化反应的氧供体，反应原料廉价易得、安全低毒。

3. 短停留时间 + 可克级放大，工业化潜力拉满

传统间歇电化学氧化往往需要数小时反应，该连续流微反应器仅需25 分钟停留时间即可完成转化； 同时该工艺可直接拓展至克级规模合成，解决电化学合成长期存在 “小试效果好、放大产率暴跌" 的行业难题，为药物中间体、精细芳香酮工业化生产提供全新路线。

三、应用底物范围

该氧化体系普适性优异，可兼容各类烷基芳烃、二芳基甲烷类底物：

1.       简单烷基取代苯类，氧化生成烷基芳酮；

2.       杂环取代烷基芳烃（如色烯并 [2,3-b] 吡啶杂环底物）；

3.       多取代二芳基甲烷衍生物，高效转化为二芳基酮； 各类底物均能在温和室温、短停留时间下获得目标芳酮产物。

四、行业价值与前景展望

1.       电化学 + 微流化学双重赋能 将连续流微通道高效传质特性与电化学绿色氧化结合，规避高温、强氧化试剂，反应条件温和，安全系数高，适配医药、香料、材料中间体合成。

2.       降低生产成本 摒弃贵金属催化剂、当量氧化剂，以水为氧源，溶剂乙腈 - 水体系可回收复用，电解质用量低，大幅削减原料与危废处理开支。

3.       连续化生产适配智能制造 流通式反应器可串联自动化进料、在线检测、连续后处理设备，实现自动化不间断生产，区别于批次间歇反应，更契合现代化精细化工生产线改造需求。