電化學合成技術,是有機合成的重要工具,該工具在過去十年間受到合成化學界的正面認可。然而,在電化學反應中,常常需要設置複雜的反應參數,參數例如電極材料、輔助電解質、電流和電位等等,這使得非專業人士難以深入瞭解該領域。另一方面,高通量實驗(HTE)技術已被廣泛應用於有機合成研究,可大幅提高實驗效率,但目前仍無法應用在電化學合成領域中,主要原因是缺乏合適的標準化反應器。傳統電化學HTE設備,最多只能同時進行24個反應(≥200 μl的反應),且需要非常複雜的線路連接。這無法滿足微升級反應(如20-50 μl,藥物開發上需進行大量微升級反應)。因此,開發一種更簡便、高效且與現有HTE設備兼容的微型電化學反應裝置,將有助於降低電化學合成技術的使用門檻,並使更多化學研究者透過該技術開發新反應,加速藥物的發現過程。
近日,美國康乃爾大學的研究團隊,成功開發出一種光驅動的微電子裝置SPECS(small photoelectronics for electrochemical synthesis),該裝置可在微升體積中進行無線路的電化學合成,並可同時進行384個反應。該裝置由一系列微型矽光電二極管組成,在可見光照射下能產生足夠的電位驅動電化學反應,且無需任何線路連接,這大幅降低了非專業人士使用電化學合成技術的難度。SPECS裝置尺寸為2.0×2.0×0.4毫米,串聯了25個矽光電二極管,能產生高達12V的電壓。研究人員已驗證該裝置在多種電化學反應中的應用,包括陽極氧化、陰極還原和成對電解反應(paired electrolysis),並成功將其用於生物活性分子的合成和新電化學反應的開發。透過SPECS技術,研究團隊開發了一種新型的Shono氧化反應,以及脂肪胺與硫醚的分子間偶聯反應。