电合成是一种绿色的、优于传统合成方法的方法，但电化学反应仍然存在一些缺点，需要进一步改进才能充分发挥电力驱动化学反应的潜力。近期，武汉大学雷爱文课题组发表评论性文章，探讨了与其他传统的合成有机方法相比，电合成的优点和局限性，并就电化学反应的未来发展分享了一些前瞻性的想法。相关文章以“Is electrosynthesis always green and advantageous compared to traditional methods?”为题发表于Nat. Commun.（DOI: 10.1038/s41467-020-14322-z）。电化学有着悠久的历史，它的起源可以追溯到1800年。经过200多年的发展，特别是近十年来，电化学有机合成技术取得了长足的进展。通常电化学被认为是一种环境友好的有机合成工具。但实际上，电化学反应由于工艺本身的设计或提高反应效率的需要，有时也会涉及到比较危险的底物或试剂，产生大量的不良副产物等。虽然电化学合成本身是一个绿色和强大的有机合成平台，但这并不意味着所有的电化学反应都比传统方法更环保。
传统上的氧化还原反应，为了实现氧化或还原过程，需要化学计量的氧化剂或还原剂，这将不可避免地会导致一些有害废物，在工业应用时不仅增加成本而且会给环境带来一系列问题。有机电合成是一种高效而温和的合成工具，它可以通过阳极氧化和阴极还原从而在无外源性氧化剂和还原剂的条件下实现氧化还原。例如，在2018年，Ackermann及合作者报道了在可再生溶剂中使用电化学合成方法实现了芳族酰胺和环状仲胺的C-H胺化（Fig. 1a）；几乎同时，雷爱文课题组报道了在一个隔膜电解槽中，芳族酰胺和仲胺之间的C-H胺化反应（Fig. 1b）。与采用2.5当量的AgNO3作为氧化剂的传统方法相比（Fig. 1c），在这两种电化学方法中，钴催化剂通过阳极氧化直接再循环，从而避免了氧化剂引起的废物生成，并提供了更清洁的C-H胺化方法。
（图片来源：Nat.Commun.）
R1-H与R2-H的电化学氧化交叉偶联是一种十分绿色的成键方法，其不仅可以在金属或无金属的条件下通过直接或间接的阳极氧化获得所需的交叉偶联产物，而且还可以通过阴极质子还原生成有价值的氢气作为附加产物（Fig. 2a）。与产生大量废物的传统氧化交叉偶联方法相比（Fig. 2b），R1-H与R2-H的电化学氧化交叉偶联可在无废物条件下产生相同的产物。
（图片来源：Nat.Commun.）
环保是电化学合成的优点之一。从实际操作的角度来看，应该鼓励化学家使用有机电合成。传统方法通常在高温或高压下进行，而电化学反应通常在较温和的条件下进行。传统反应通常需要淬灭，而电化学反应通过关闭电源开关可以随时停止。由于电化学反应的反应效率高，因此反应时间通常较短，易于扩大规模，在工业应用中具有巨大潜力，例如，1,4-二氰基丁烷、癸二酸等的电化学合成方法已成功实现工业化；通过改变电流或电压，可以改变电化学体系的氧化或还原能力，从而实现化学氧化剂或还原剂无法发生的反应。但是，目前电合成在有机合成中还有很大的局限性。完整的电化学装置是必需的，其价格和维护费用通常都不便宜。为了促进溶液中的电子转移，通常必须使用辅助电解质。四氢呋喃、甲苯等溶剂导电性差，在电化学合成中有时难以选择溶剂。危险的电解质可以增加溶液的导电性，因此被作为添加剂用于几种有机电合成中，但是这会导致反应的爆炸危险性更高；某些电化学反应选择使用有毒、易燃或腐蚀性的溶剂，这会对整个过程的安全性产生不良影响。不环保的添加剂参与电化学合成反应会产生大量废物。大多数金属阳离子很容易在阴极还原为零价金属，因此电化学反应中在无隔膜电解槽中进行时，适宜使用的金属催化剂受到限制；而当在隔膜电解槽中进行电化学反应时，需要昂贵的离子交换膜来进行阳极和阴极的分割。总之，有机电合成可通过电极表面上的电子转移实现无外源氧化剂/还原剂条件下的选择性氧化或还原。未来有机化学家在开发更高效绿色的电化学合成方法时应着重于考虑以下方面：（1）利用有机电化学来解决传统方法无法解决的挑战；（2）开发新的电化学介体、电极材料、电解池和离子交换膜；（3）最小化、循环利用、甚至避免使用辅助电解质；（4）不对称电化学转化的发展还比较少，因此我们应该更加注重发展电化学反应的对映选择性；（5）与研究较广泛的电化学氧化反应相比，关于电化学还原反应的例子报道相对较少，将来更值得关注；（6）在大多数报道的反应中，通常需要牺牲一些试剂来实现氧化或还原过程从而得到产物，如质子溶剂、金属电极等，我们应更加注意将阳极氧化和阴极还原协同配对电解，从而得到目标产物；（7）最后，在提高电化学合成效率方面要设计开发新型的持续流电反应器。
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