Американские исследователи призывают химиков-синтетиков перестать игнорировать электрохимию. Ученые продемонстрировали, что две области науки могут плодотворно сотрудничать с целью произведения более экологически чистых реакций. И чтобы сделать такой союз еще более «зеленым», в качестве усилителя такого союза может выступать солнечный свет.

Известно, что если одно соединение окисляется, то другое восстанавливается. В электрохимических реакциях окисления хемоселективность основывается исключительно на потенциалах окисления функциональных групп в растворе. Химические окислители с другой стороны можно разработать, нацелив их на строго определенную функциональную группу по критерию схожему с критерием стерических эффектов или хиральности, однако часто применяющиеся в синтетической практике металлосодержащие окислители могут приводить к потерям реагента.

Кевин Мёллер (Kevin Moeller) и его группа исследователей из Университета Вашингтона в Сент-Луисе продемонстрировали, что для проведения реакций химического окисления может использоваться электрохимия, при этом для такой электрохимической реакции требуется лишь солнечный свет, а единственным ее дополнительным продуктом является водород. Исследователи подсоединили реакционную колбу к фотоэлектрической ячейке, и под воздействием солнечного света через систему проходил постоянный электрический ток. Электричество позволяет химическому окислителю выступать в качестве медиатора для протекающего на аноде процесса восстановления. В рамках новой системе было протестировано семь различных реакций, включая несимметричную реакцию окисления; выходы целевых продуктах в системе Мёллера были почти такие же, как при обычных методах.



Водород, являющийся единственным продуктом восстановления при окислении, восстанавливается на аноде. (Рисунок из Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/c3gc41650j)

Мёллер сожалеет, что лишь немногие химики-органики используют электрохимию в качестве синтетического инструмента несмотря на ее явные потенциальные преимущества. Мёллер говорит, что его группа исследователей лишь стремилась продемонстрировать, насколько легко было проводить реакции подобным образом.

Мёллер считает, что существует два главных препятствия по внедрению электрохимических методов в синтетическую органическую химию. По мнению Мёллера первой причиной является то, что химики-органики ошибочно считают, что электрохимические реакции требуют дорогого специализированного оборудования. Во-вторых, по словам исследователя из Вашингтона, большинство химиков-органиков не являются хорошот подкованными специалистами в области электрохимии.

Мёллер не единственный, кто считает, что электрохимические направления недооценены. Фрэнк Маркен (Frank Marken), эксперт по электрохимии из Университета Бат, говорит, что Мёллер осознал, что простота является ключевым моментом в разработке новых практичных методов синтеза, которые Мёллер сочетает с электричеством, получаемым из солнечных батарей для дальнейшего подчеркивания принципа атомной экономии. Маркен полностью соглашается с идеей Мёллера и уверен, что в ближайшем будущем появится намного больше работ такого типа.

И Мёллер, и Маркен питают большие надежды в отношении развития методов органоэлектрохимии в ближайшие годы. Маркен считает, что в будущем могут появиться многостадийные электросинтезы, в которых энергия повторно используется, и окислительно-восстановительные процессы образуют пары с целью оптимизации выхода и для повышения эффективности синтеза.