质谱解耦电极与均相过程：电有机合成的高通量筛选与机理解析新策略

电有机合成的高通量筛选与机理研究长期受限于实验通量低和电极/均相过程复杂性。研究人员开发了DEC-FMR-MS平台，通过空间解耦设计结合质谱实时监测，实现了纳摩尔级电合成反应的高通量筛选（4秒/样品），并成功解析了C-H/N-H交叉偶联的准电催化路径、TEMPOH介导的N-杂环脱氢动力学及烯烃自由基阳离子/氮宾参与的氮丙啶化反应机制，为绿色合成提供了新工具。

　　

在追求绿色化学的时代背景下，电有机合成因其直接利用电子作为清洁氧化还原试剂而备受关注。然而，这一领域长期面临两大瓶颈：一是传统的高效液相色谱（HPLC）分析方法通量不足，难以满足快速反应筛选需求；二是电极界面与溶液均相过程的复杂交织，使得关键中间体的捕捉和反应路径解析变得异常困难。这些挑战严重制约了新型电合成反应的开发和反应机制的深入理解。

南京大学（Nanjing University）的研究团队在《Nature Communications》发表的研究中，创新性地构建了DEC-FMR-MS（解耦电化学流动微反应器-质谱联用）平台。该系统通过独特的空间解耦设计，将电极界面反应与后续均相过程分离，结合免高压电离的Venturi声波喷雾离子源，实现了对电合成反应的高通量筛选和瞬态中间体的实时追踪。

研究采用三大关键技术：1）双通道流动微反应器设计，独立控制不同底物的电活化过程；2）电机驱动的XY平台实现96孔板上4秒/样的超高通量筛选；3）延长混合毛细管长度调控均相反应时间，结合质谱实时监测进行动力学测量。这些技术突破使纳摩尔级样品消耗下的快速反应评估成为可能。

在反应筛选方面，系统成功应用于C-H/N-H交叉偶联的底物拓展研究。通过分析318个反应组合的质谱产率（MS yield），发现间位给电子基取代的二甲基苯胺（如1b,1c）与含吸电子基的吩噻嗪（如2b-2d）表现出最佳反应性。与传统批量反应相比，该平台筛选结果与文献报道产率高度吻合，验证了方法的可靠性。

机理研究中最引人注目的是发现了隐藏的准电催化路径。通过单电解模式实验，研究人员捕捉到吩噻嗪氮宾离子（7）均相氧化二甲基苯胺（DMA）生成DMA⁺的关键证据（m/z 318.1194），这一过程完全独立于电极氧化。类似地，DMA同源二聚体TMB⁺（10）也被证实可氧化吩噻嗪，形成第二条准电催化路径。这些发现颠覆了传统电合成必须依赖双底物同步电极活化的认知。

在分子电催化领域，系统首次实现了TEMPOH介导N-杂环脱氢的完整动力学测量。通过调节混合毛细管长度（L_cap）改变反应时间（t_reaction），测得四氢喹啉（11a）脱氢的总速率常数k=1.72 s^-1。动力学分析显示，苯环给电子基取代的底物（如11b,11c）反应活性显著高于吸电子基取代物（如11e,11h），为催化剂设计提供了量化依据。

对电化学氮丙啶化反应的三模式研究表明：1）顺序电解模式下检测到烯烃自由基阳离子（22）与腈（23）双路径共存；2）关闭胺活化通道后产物丰度下降67%，证实氮宾路径占主导；3）电极延伸设计使中间体C⁺的氧化效率提升16.7%。这些发现为调控反应选择性提供了明确指导。

该研究通过创新的DEC-FMR-MS平台，不仅将电合成筛选通量提升至前所未有的水平，更重要的是建立了"电极过程-均相转化"的解析新范式。捕捉到的氮宾离子介导的准电催化现象，拓展了对电合成级联反应的认识边界。所揭示的TEMPOH催化动力学规律和氮丙啶化双机制特征，为精准调控有机电合成反应提供了分子层面的理论支撑。这项技术有望成为绿色合成化学研究的通用工具，推动更多高效电合成新反应的发现与优化。