氧化流动电化学：生成反应性中间体与反应控制的平台

引言

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表1. 流动电化学在控制不同类别反应中间体中的主要作用（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

氧化转化通过生成C–C和C–杂原子键实现分子多样化，但通常涉及高能、短寿命的中间体（自由基、卤鎓离子等），导致选择性和副反应控制困难。传统化学计量氧化剂产生大量废物。电化学利用电子作为无痕氧化剂，在温和条件下实现可控氧化，但间歇电化学受限于电极表面传质差、中间体积累导致过氧化和选择性下降。流动电化学通过短电极间距（0.1–1.0 mm）增强传质、精确控制停留时间、改善气液混合和安全性，解决了上述瓶颈。现聚焦于流动电化学如何通过调控中间体的生成、寿命、传输和捕获来实现反应控制，而非反应器技术本身。内容按中间体类别（氧、硒、卤素、碘、硫、磷、氮）组织（表1）。

氧中心自由基与活性氧物种

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图1. (A) 超氧阴离子介导的流动体系中烯烃氧化裂解。(B) 通过超氧自由基阴离子对N-亚硝胺的电化学氧化。(C) 通过烷氧基自由基实现的可规模化流动电化学解构官能化。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

超氧自由基阴离子（O₂•⁻）：阴极还原O₂生成。流动系统中O₂连续供应、高效气液混合，超氧自由基快速生成并立即被底物捕获，避免不受控自由基副反应。

应用1：烯烃氧化裂解（图1A），配对电解中阳极氧化底物、阴极还原O₂。

应用2：N-亚硝胺氧化（图1B），超氧自由基与阳极生成的中间体偶联形成过氧化物中间体。

应用3：烷氧基自由基介导的解构官能化（图1C）——阳极氧化三芳基胺介体，经PCET生成烷氧基自由基，快速β-断裂后BrCCl₃捕获。流动主要改善安全性和可扩展性，而非改变机理。

硒基亲电试剂与自由基

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图2. (A) 硒亲电试剂和自由基的电化学生成。(B) 自动化流动电化学硒化反应。(C) 硫族亚磷酸酯的自动化流动电合成。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

二硒化物（PhSeSePh）阳极氧化生成Se自由基或Se亲电试剂（图2A），两者反应性互补。

自动化流动平台（图2B、C）：计算机控制试剂输送、电解、收集和清洗，实现多底物顺序反应，最小化高活性Se中间体的积累。

图3. (A) 烯丙酰胺和不饱和肟的流动电化学硒环化反应。(B) 邻炔基苯甲酰胺的区域选择性电化学硫族环化反应。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

硒环化反应（图3）：烯丙酰胺、肟和邻炔基苯甲酰胺在流动条件下高效环化，得到五元/六元杂环。

图4. 流动体系中的区域发散性电化学硒环化反应。(A) 五元环合成的机理路径。(B) 六元环合成的机理路径。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

区域发散性控制（图4）：

自由基途径（NaOAc存在）：阳极生成N中心自由基→C中心自由基→被Se自由基捕获→五元环（18a）。

离子途径（Et₄NBF₄存在）：生成亲电Se物种→离子型环化→六元环（18b）。
电解质改变氧化电位，选择性引导不同途径，流动在此提供真正的反应控制而非仅操作优势。

卤素与高价碘中间体

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亲电卤素（Br⁺、I⁺、Cl⁺、F⁺）是强反应性物种，传统方法依赖预制的、不稳定的卤化试剂。流动电化学从简单卤化物原位生成并立即消耗。

图5. (A, B, C) 流动体系中的电化学溴代官能化反应。(D, E) 流动体系中的电化学碘代官能化反应。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

溴官能化（图5A–C）：HBr同时作卤素源和电解质。通过溶剂调控产物：H₂O→溴代醇，ROH→溴代醚。

碘官能化（图5D、E）：碘化物阳极氧化生成I⁺，实现烯烃的碘代醚化和氟化醚合成。

图6. 流动体系中环状碘鎓盐的电合成（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

环状碘鎓盐合成（图6）：阳极氧化芳基碘化物生成ArI²⁺，分子内环化。流动避免不稳定碘(III)物种积累。

图7. (A) 流动体系中的电化学氟化反应。(B) 批式和流动体系中电化学生成的(二氟碘)芳烃。(C) N-烯丙基甲酰胺的氟环化反应。(D) 烯烃邻二氟化反应的代表性实例。(E) 羧酸的氟环化反应。(F) 使用自动化电解的氟化反应。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

氟化（图7）：阳极氧化ArI生成ArIF₂（Int-30），用于烯烃、炔烃、N-烯丙基酰胺等的氟化/氟环化。流动显著缩短反应时间、提高安全性（图7B）。

图8. (A) 流动体系中的电催化氯化反应。(B) 试剂生成的机理及NMR分析。(C) 不同烯烃的底物范围考察。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

电催化氯化（图8）：仅催化量ArI，通过I(I/III)循环连续再生ArICl₂（Int-33），实现烯烃的氯化和氯环化。NMR监测证实了I(III)中间体的逐步形成（图8B）。

杂原子氧化与偶联（S、P、N）

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图9. (A) 亚砜和砜的流动电合成。(B) 无支持电解质条件下亚砜亚胺的流动电合成。(C) 在组合流动装置中硫化物胺化生成亚砜亚胺。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

硫氧化（亚砜/砜）（图9）：无支持电解质条件下，通过调节电流和流速选择性控制硫化物氧化程度（硫醚→亚砜→砜）。进一步与氰胺偶联生成亚磺酰亚胺（图9B、C）。

图10. (A) 磷酰胺和磷酰胺酯的流动电合成。(B) 可能的机理路径。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

P–N键偶联（图10）：KI介体辅助氧化，生成活性N–I物种（Int-41a），与氧化膦偶联生成膦酰胺。流动改善效率和底物范围，KI既是电解质又是介体。

图11. (A) 流动体系中的电化学N-亚硝化反应。(B) N-亚硝化反应的大规模合成。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

N-亚硝化（图11）：NaNO₂阳极氧化生成NO₂•→N₂O₄，快速与仲胺反应生成N-亚硝胺。无需额外电解质和酸，流动实现连续大规模合成（图11B）。

手性记忆（MOC）

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电化学氧化N-芳基羰基化氨基酸衍生物→脱羧→手性N-酰亚胺鎓离子（Int-45）。该中间体寿命极短，外消旋化与亲核捕获竞争，立体化学结果高度依赖反应时机。

图12. (A) 流动电化学中的手性记忆（MOC）。(B) MOC路径的机理说明。（图源：Acc. Chem. Res. (2026) 59 (17): 2800–2815.，https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00413）

流动电化学优势（图12）：玻璃碳阳极提供比石墨更高的对映选择性；室温下流动微反应器获得与间歇低温相当或更高的ee值。短电极间距、快速传质和精确停留时间控制使中间体在被捕获前不发生外消旋化。流动在此提供时间控制这一独特维度。

展望

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当前限制主要在于电极污染 /钝化、气液反应器设计复杂、电解质/溶剂/电极材料的底物依赖性、选择性受底物固有反应性限制、放大仍需优化电流分布和混合。
未来发展向着整合自动化、在线分析、机器学习和光化学；以中间体为中心的反应设计而非底物为中心；建立流动电化学作为可持续、可扩展合成化学的核心使能技术。

流动电化学不是间歇电解的简单放大，而是一个独特的反应环境，能够以前所未有的精度控制高活性中间体的生成、寿命、传输和捕获。反应的选择性不只由中间体本身决定，更由其在流动反应器中被生成和消耗的方式决定。

【声明】本文在创作过程中，笔者提供了创作思路，部分内容使用AI工具辅助优化，并经过笔者修改润色。本文内容仅代表个人观点，旨在进行知识分享和行业探讨。