东方理工朱宸团队｜以电为笔、以分子为墨，有机电合成让沉默的化学键重生

如果把化学反应比作一场看不见的交响乐，那么有机电合成就是那位“不凭火、不凭酸碱，而凭一束电流”来指挥分子的现代指挥家。

当电子沿着电极表面缓缓推进，就像给分子施加了一阵温柔却精准的“电场推手”，让原本沉默的化学键在恰到好处的时机松开、重组，谱写出全新的分子结构。

电合成技术的魅力在于：只需调节电流、电极、电解质等“外部旋钮”，便能精准控制反应的模式、选择性甚至立体构型。这种绿色转化方式正在重塑现代有机合成化学的边界。

日前，宁波东方理工大学理学部副教授朱宸及其合作团队对它有了新的解读，他们在光电协同催化、电化学精准调控领域连续取得重要突破。相关研究成果接连发表于化学三大顶级期刊《自然-合成》（

Nature Synthesis

Nature Chemistry

Nature Communications

01

电化学“开关系统”：

精准决定芳烃烷基化路径

假设你有一个化学“万能工具箱”，里面装着一个神奇的分子原料（比如常见的苯甲酸）。你想用这个原料来制造两种完全不同，但都很有用的药物中间体。传统上，你需要两套完全不同的设备、试剂和流程。现在，科学家们开发出了一个极其巧妙的电化学“智能开关”。只需要在同一个反应“电锅”里，像更换电池和调味料一样，做两个简单的切换，然后，通上微弱的电流，在温和条件下，奇迹就发生了。

朱宸团队与哈尔滨工业大学（深圳）教授夏吾炯、郭林团队合作，开发了一个令人惊叹的电化学“开关系统”：只需更换阳极（金属 Zn ↔ Nb）与电解质（BF₄⁻ ↔ Br⁻），同一反应体系即可走向两条完全不同的转化。这项研究就像是配了一把“万能钥匙”和一个“智能开关”。同一套电化学反应器，通过切换电极和电解质，就能像选择不同的“程序”一样，让同一个起始分子走向两条截然不同的、有价值的合成路径。

这不仅仅是对经典Birch反应的革新，也为复杂分子的精准后期修饰开辟了一条简洁、绿色、高度可调控的全新道路。相关研究成果于11月17日发布于《自然-化学》。

芳烃烷基化反应两种选择性路径｜课题组供图

路径 A：Zn 阳极 + BF₄⁻ → syn-1,4-氢烷基化（去芳构化）

生成结构精巧的syn-1,4-环己二烯（等价于更绿色、更温和的“Birch 还原升级版”）

路径 B：Nb 阳极 + 高 Br⁻ → para-位 C(sp²)–H 烷基化

直接在芳环对位实现选择性极高的 C–H 烷基化

整个反应体系无需任何过渡金属催化剂，条件温和（0 ℃、5 mA），且能克级放大与流动电解，为甾体、布洛芬、香茅醇等药物分子的后期修饰提供了全新路径。这是对传统 Birch 反应与远程 C–H 官能化的重要革新。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41557-025-02001-9

02

交流光电驱动：

让普通醇“一步变身”为高立体选择性手性分子

如果科研人员想改造一个复杂的药物分子，比如常见的抗过敏药氯雷他定，在其分子“骨架”上精准地切除一小段，再装上一个特定朝向的新部件，从而获得全新的手性药物分子。传统方法可能需要多步、苛刻的条件，并且精准度难以保证。朱宸团队找到了一个更巧妙的办法：用LED光加上可控电流，在室温下就完成了这一高难度动作。

交流光电催化机理｜课题组供图

该体系的核心创新包括：

• LMCT（配体到金属电荷转移）光激活产生自由基

• 手性 Ni 催化实现不对称构建

• AC 波形重构电双层，避免催化剂吸附失活，使效率从 20%（直流）跃升到 86%（交流）

朱宸团队首次将交流电（AC）引入光电不对称催化体系（AC-PEC）。其理论计算还揭示了铈催化循环中“Ce–O 键与 β-C–C 键的协同断裂”的全新机制，加深了对光电如何协同“指挥”分子行为的理解。相关研究成果于9月29日发表于《自然-合成》。

该方法兼容多种复杂药物骨架，实现了氯雷他定、普萘洛尔、氟西汀等药物分子的后期手性修饰。DFT 计算揭示了铈催化循环中“Ce–O 键与 β-C–C 键的协同断裂”这一独特机理，为光电协同催化提供了全新理解。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s44160-025-00875-8

03

神奇的“开关”：

解锁“脱氰/苄位 C–H 锗化”双模式反应

朱宸团队与沙特阿卜杜拉国王科技大学教授Magnus Rueping团队合作，发现了一个神奇的“开关“，通过简单调节“是否加入溴化钴”，即可在电解体系中选择完全不同的路径。相关研究成果于8月6日发布于《自然-通讯》。

有钴催化：烷基腈 → 脱氰锗化（构建 C–Ge 键）

首次实现了多种一级/二级/三级烷基腈的电催化脱氰锗化。

无钴催化：苄基腈 → 直接苄位 C–H 锗化

选择性直接夺取α-C–H，实现无金属的精准锗化。

反应条件简单（室温、4 mA、不分隔电解槽），以廉价易得的 Me₃GeCl 为通用锗源，底物兼容性极广。

机理研究表明：

• 钴路径：Co(I)/Co(III) 循环 + 脱氰自由基 → 偶联

• 无钴路径：阴极产生锗自由基 → 定点抽氢

这就像为化学家提供了一套全新的、智能的“分子乐高”工具。通过一个简单的条件切换，就能从同一类起始原料出发，选择性地建造出结构迥异的有机锗分子。这些含锗分子在半导体材料、药物研发等领域有着独特潜力。该方法为复杂有机锗化合物的绿色、高效合成提供了新的实用工具。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-62141-x

课题组介绍 ▼

朱宸

理学部副教授（研究员、博导）

课题组主要研究方向为有机光化学、电化学、过渡金属偶联、DFT计算、机器学习与自动化。

联系方式：

chen.zhu@eitech.edu.cn

来源：东方理工