本發(fā)明涉及一種電極陣列和一種用于進(jìn)行電化學(xué)合成(如化學(xué)文庫(kù)的合成和化學(xué)反應(yīng)發(fā)現(xiàn))的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及用于高通量，平行電合成毫克量的化學(xué)化合物和篩選(電)化學(xué)反應(yīng)參數(shù)的自動(dòng)化的裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、化學(xué)文庫(kù)是化學(xué)化合物的集合，其可以用于篩選某些類(lèi)別的化合物與某一靶標(biāo)的特異性相互作用的目的，如在藥物發(fā)現(xiàn)中對(duì)結(jié)合位點(diǎn)的親和力，在工業(yè)過(guò)程中催化聚合的傾向或在農(nóng)業(yè)化學(xué)中的殺有害生物活性。

2、化學(xué)文庫(kù)典型地由(有機(jī)或醫(yī)藥)化學(xué)家和化學(xué)信息學(xué)專(zhuān)家共同設(shè)計(jì)，并且使用已知有機(jī)化學(xué)途徑的組合合成?？商娲鼗蛄硗獾?，化學(xué)文庫(kù)的合成可以通過(guò)電化學(xué)合成(或“電合成”)進(jìn)行，其中起始材料(底物)在電化學(xué)電池中在所施加的導(dǎo)致一種或多種氧化還原反應(yīng)的電勢(shì)或電流的影響下轉(zhuǎn)化為一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物。

3、就所獲得的選擇性和產(chǎn)率而言，電合成可以提供優(yōu)于常規(guī)有機(jī)氧化還原反應(yīng)的益處。因此，通常，電合成可以是制備新的化學(xué)化合物或化學(xué)化合物類(lèi)別的有利替代方案。

4、然而，新的電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)(或者出于新化合物的一般合成的目的或者為了文庫(kù)生成)需要設(shè)計(jì)和評(píng)估適合的反應(yīng)參數(shù)，如選擇電極材料、電解質(zhì)、電流密度等。對(duì)適當(dāng)參數(shù)和條件的這種篩選在很大程度上超出了普通有機(jī)化學(xué)家的技術(shù)和實(shí)踐范圍；它典型地需要使用不同的電極組件設(shè)計(jì)一個(gè)或若干個(gè)電化學(xué)反應(yīng)器并且應(yīng)用不同反應(yīng)條件的許多迭代。

5、電化學(xué)裝置在本領(lǐng)域中是已知的，例如像微型24孔電化學(xué)反應(yīng)器，其采用兩個(gè)平行的圓柱形棒陣列作為電極它們緊密地保持分開(kāi)以便裝配在基板的微型單元陣列中。該裝置進(jìn)一步包括對(duì)準(zhǔn)板、密封板、定制印刷電路板和8針連接器，用于連接到四個(gè)控制器，這四個(gè)控制器被配置用于提供恒定電流或電壓。這種設(shè)置允許根據(jù)操作模式篩選4個(gè)離散電流或4個(gè)離散電池電壓。然而，該裝置在組裝時(shí)需要手動(dòng)操作所有48個(gè)電極。此外，為了確保實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，在每次反應(yīng)之后必須手動(dòng)清潔和/或機(jī)械拋光電極以暴露電極材料的未改變的表面。這些勞動(dòng)密集型過(guò)程代表了高通量電合成的瓶頸，并且阻礙了將這一概念擴(kuò)大到更多數(shù)量的電池。

6、us2020/0384434?a1描述了一種用于固相合成聚合物的裝置，其中生長(zhǎng)的聚合物鏈通過(guò)連接基分子單獨(dú)地且共價(jià)地結(jié)合至固體支持物。該裝置包括嵌入固體支持物中的可單獨(dú)尋址電極的陣列，其中固體支持物包括集成電路(ic)或由其組成。通過(guò)反轉(zhuǎn)陣列中特定電極處的偏置，連接基分子可以選擇性地從支持物上裂解，這允許在合成期間從聚合物鏈中進(jìn)行位點(diǎn)選擇性釋放。在特定實(shí)施例中，陣列中的正陽(yáng)極被各自配置為負(fù)陰極的三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)或更多個(gè)電極包圍。在us2020/0384434?a1中披露的裝置中，具有嵌入式可單獨(dú)尋址電極陣列的固體支持物形成單個(gè)電解池的基礎(chǔ)，其中聚合物產(chǎn)物的釋放而不是聚合反應(yīng)本身是通過(guò)電解引起的。因此，該裝置不適合于電化學(xué)合成目的，這典型地需要從單個(gè)電極(陰極-陽(yáng)極)對(duì)受控地施加電勢(shì)或電流。

7、因此，迄今為止對(duì)于易于制造、修改和維護(hù)的用于電化學(xué)合成(包括化學(xué)文庫(kù)的高通量合成和化學(xué)反應(yīng)發(fā)現(xiàn))中的電極陣列和相應(yīng)的電化學(xué)裝置存在未滿足的需要。更具體地，需要具有可以在幾個(gè)步驟中并且以低成本制造的電極陣列，有利地允許所述電極陣列是一次性使用的物品，從而避免了電極的手動(dòng)處理和費(fèi)力的反應(yīng)后處理。對(duì)于電極陣列和包括此類(lèi)陣列的電化學(xué)裝置存在進(jìn)一步的需要，其中同一陣列內(nèi)的電極材料的變化可以容易地實(shí)施，并且可以承受電化學(xué)合成所需的電流。另外，將希望的是獲得允許反應(yīng)以很少的簡(jiǎn)單功率驅(qū)動(dòng)器平行運(yùn)行的電極陣列和裝置。此外，具有用于快速合成、定量和分離大量化學(xué)化合物以及用于篩選用于此類(lèi)電化學(xué)合成的適當(dāng)反應(yīng)條件的可用電化學(xué)裝置和方法將是有幫助的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明現(xiàn)在克服了現(xiàn)有技術(shù)裝置和方法的局限性，本發(fā)明提供了用于高通量電合成化學(xué)化合物的部件、裝置和方法，用于反應(yīng)發(fā)現(xiàn)和文庫(kù)合成的目的。

2、因此，在第一方面，本發(fā)明涉及一種電極陣列，其包括用于進(jìn)行電化學(xué)合成的兩電極組件，所述電極陣列包括布置在平面基材上的多個(gè)平面單片主體，其中所述主體包括工作電極區(qū)和/或?qū)﹄姌O區(qū)，并且其中所述主體布置在該基材上以形成兩電極組件的m行和n列的m×n矩陣(6)，該矩陣由同一列或同一行中的由間隙分開(kāi)的第一主體的工作電極區(qū)和第二相鄰主體的對(duì)電極區(qū)形成。

3、根據(jù)本發(fā)明的電極陣列包括形成兩電極組件的平面單片主體，這些兩電極組件具有特別適合于電化學(xué)合成的厚度和形狀。由于沒(méi)有第三(參比)電極，電極組件可以以簡(jiǎn)單的平的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)不需要導(dǎo)電跡線穿過(guò)基材，并且可以容易地適配于電化學(xué)反應(yīng)的特定目的。此外，在本發(fā)明的電極陣列中，在同一列或同一行中的兩個(gè)相鄰主體的工作電極區(qū)和對(duì)電極區(qū)可以一起形成兩電極組件。這導(dǎo)致列或行中的組件串聯(lián)連接，每列或行僅需要連接一個(gè)電源，這允許實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)雜性與平行反應(yīng)的數(shù)量(以及因此通過(guò)量)之間的最佳平衡。

4、將電極陣列與含有反應(yīng)底物和所需的其他組分(如電解質(zhì))的多個(gè)合適的容器組合，以形成可以用于多種電化學(xué)合成反應(yīng)的電化學(xué)電池的陣列。

5、因此，在第二方面，本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行電化學(xué)合成的裝置，該裝置包括如本文定義的電極陣列和多個(gè)反應(yīng)容器，其中每個(gè)反應(yīng)容器被配置成提供其內(nèi)容物與電極陣列的單個(gè)兩電極組件的電接觸。

6、本發(fā)明的裝置的益處是，在相同條件下或在受控的變化條件下，可以用不同的底物平行地進(jìn)行大量的電化學(xué)轉(zhuǎn)化。這允許使用本發(fā)明的裝置以便利的方式產(chǎn)生化學(xué)文庫(kù)。此外，本發(fā)明的裝置通過(guò)能夠快速篩選電化學(xué)轉(zhuǎn)化參數(shù)特別適合于所謂的反應(yīng)發(fā)現(xiàn)。

7、因此，在另一方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明的裝置在化學(xué)庫(kù)(chemical?library)合成中的用途。

8、在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明的裝置在化學(xué)反應(yīng)發(fā)現(xiàn)中的用途。

9、在另一方面，本發(fā)明涉及用于將一種或多種反應(yīng)物電化學(xué)地轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的方法，該方法包括

10、-提供根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)裝置

11、-向反應(yīng)容器提供一種或多種反應(yīng)物以及任選地溶劑和/或電解質(zhì)

12、-在兩電極組件的工作電極與對(duì)電極之間施加足以使一種或多種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的電流。

技術(shù)特征：

1.一種電極陣列(1)，其包括用于進(jìn)行電化學(xué)合成的兩電極組件(6)，所述電極陣列包括布置在平面基材(2)上的多個(gè)平面單片主體(3)，其中所述主體包括工作電極區(qū)(4)和/或?qū)﹄姌O區(qū)(5)，并且其中所述主體布置在所述基材(2)上以形成兩電極組件(6)的m行和n列的m×n矩陣(7)，所述矩陣由同一列nj或同一行mi中的由間隙(8)分開(kāi)的第一主體(3)的所述工作電極區(qū)(4)和第二相鄰主體(3)的所述對(duì)電極區(qū)(5)形成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極陣列，其中，所述兩電極組件(6)以基本上相等的相互相等的距離(9)布置，其中所述兩電極組件(6)之間的所述距離(9)被選擇為使得這使得兩電極組件(6)的所述矩陣(7)能夠形成具有m行和n列的多孔板的孔的相應(yīng)底部。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極陣列，其中，m、n和所述距離(9)對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)生物分子篩查學(xué)會(huì)(sbs)12(3×4)、24(4×6)、48(6×8)、96(8×12)、384(16×24)或1536(32×48)孔板，優(yōu)選96孔或384孔板的那些。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電極陣列，其中，所述平面單片主體的厚度在10-500μm、優(yōu)選地20-400μm、更優(yōu)選地30-300μm、并且最優(yōu)選地50-300μm的范圍內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電極陣列，其中，多個(gè)所述兩電極組件包括工作電極區(qū)(4)，該工作電極區(qū)至少部分地設(shè)有導(dǎo)電涂層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極陣列，其中，不同的涂層存在于所述兩電極組件的至少兩個(gè)、優(yōu)選全部上。

7.一種用于進(jìn)行電化學(xué)合成的裝置，所述裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電極陣列，以及多個(gè)反應(yīng)容器，其中，每個(gè)所述反應(yīng)容器被配置成提供其內(nèi)容物與所述電極陣列的單個(gè)兩電極組件的電接觸。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述多個(gè)反應(yīng)容器由包括多個(gè)孔，優(yōu)選等距孔的板形成。

9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述兩電極組件和反應(yīng)容器的尺寸和相互布置對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)生物分子篩查學(xué)會(huì)(sbs)多孔板，優(yōu)選96孔或384孔板的孔的尺寸和相互布置。

10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的裝置在化學(xué)化合物的電化學(xué)合成中的用途，優(yōu)選其中，所述用途涉及化學(xué)文庫(kù)合成或化學(xué)反應(yīng)發(fā)現(xiàn)。

11.一種用于將一種或多種反應(yīng)物電化學(xué)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的方法，所述方法包括

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，平行進(jìn)行多個(gè)不同的電化學(xué)轉(zhuǎn)化，其中所述電化學(xué)轉(zhuǎn)化在以下方面中的一個(gè)或多個(gè)方面不同：

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述電化學(xué)轉(zhuǎn)化中的至少兩個(gè)是使用不同的工作電極材料進(jìn)行的。

14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中,所述電化學(xué)轉(zhuǎn)化包括電化學(xué)交叉偶聯(lián)反應(yīng)和官能團(tuán)互變中的一種或多種，如c-n/n-h交叉偶聯(lián)反應(yīng)、代謝物合成、醇到酮到酸的轉(zhuǎn)化、腈還原、交叉親電偶聯(lián)、莊野氧化、以及聯(lián)芳基偶聯(lián)反應(yīng)。

15.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電極陣列的方法，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種包括兩電極組件的電極陣列以及一種用于進(jìn)行電化學(xué)合成的相應(yīng)裝置。本發(fā)明進(jìn)一步涉及該裝置在化學(xué)化合物的高通量電化學(xué)合成中的用途，特別是為了化學(xué)文庫(kù)合成和化學(xué)反應(yīng)發(fā)現(xiàn)的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：M·萊曼,K·E·克里基斯,J·奎瓦雷克
受保護(hù)的技術(shù)使用者：先正達(dá)農(nóng)作物保護(hù)股份公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22