综述：连续流动中的均相催化——整合光催化、电催化和自动化技术

《Communications Chemistry》：Homogeneous catalysis in continuous flow integrating photocatalysis, electrocatalysis, and automation technologies

本综述系统阐述了均相催化在连续流动中的前沿进展，重点探讨了光催化（photoredox catalysis）与电催化（electrocatalysis）技术的融合如何突破传统间歇合成的限制，实现绿色高效转化。文章强调了自动化（automation）和高通量技术（HTE）在催化剂筛选、反应优化及化合物库构建中的核心作用，为药物活性分子（APIs）的可持续合成提供了跨学科解决方案。

　　

光催化在连续流动中的应用

光化学通过可见光激发光催化剂（如Ir或Ru配合物）产生自由基中间体，实现C–H键活化和交叉偶联反应。连续流动系统通过微反应器增强光子传输效率，避免过度辐照，显著提升反应选择性和产率。例如，镍/光氧化还原双催化体系成功实现了C(sp²)–C(sp³) Suzuki–Miyaura偶联，其中硼酸酯和 trifluoroborate 盐作为烷基自由基前体，在流动中克服了批次反应中的堵塞问题。光催化脱羧偶联、Minisci反应以及[2+2]光环加成反应在流动中展现出更高的时空产率和立体选择性。

电催化在连续流动中的进展

电化学利用电子作为清洁还原剂，避免了化学计量氧化剂的使用。流动电解池通过缩短电极距离和增强传质，提高了反应效率和选择性。间接电催化采用介质（如phenanthrene或ACT）实现阴极自由基环化、C–O偶联和C–H键功能化。配对电合成（paired electrosynthesis）同时利用阳极和阴极反应，提升原子经济性。例如，镍催化C(sp²)–C(sp³)交叉亲电偶联在无锌条件下实现了芳基与烷基溴化物的偶联，并成功放大至克级规模。

光电协同催化策略

光电催化（electrophotocatalysis）结合光激发和电化学氧化，实现了挑战性C(sp³)–H键的杂芳基化反应。连续流动反应器通过透明电极和均匀光照，加速了自由基生成与转化过程。例如，DDQ作为光电催化剂促进了芳烃的C–H键杂功能化，而铁催化醛的氧化酰胺化反应在室温下高效进行。

自动化与高通量集成

自动化平台通过微流控技术、在线分析（如NMR、HPLC）和机器学习算法，实现了反应条件的自主优化和化合物库的快速构建。贝叶斯优化（Bayesian optimization）和设计实验（DoE）减少了实验次数，而连续流反应器（如Taylor涡流反应器、旋转圆盘反应器）解决了固液处理与传质限制。例如，Pfizer团队通过高通量筛选在24小时内完成了1500个Suzuki–Miyaura偶联反应，而多步串联合成（如Heck环化/去保护反应）在自主优化中实现了81%的总收率。

技术挑战与未来方向

当前瓶颈包括贵金属催化剂（如Ir）的成本、反应器设计的复杂性以及光电系统的能效优化。未来需开发可回收催化剂、节能光源（如LED）和太阳能驱动系统，同时建立标准化数据库以推动机器学习与人工智能在合成规划中的应用。跨学科合作将加速连续流动催化在工业制药和绿色化学中的广泛应用。