有人說，愛情就像化學，要相互吸引，才能反應，才能結合在一起，開花結果。同樣，化學也像愛情。愛情和化學反應，并無二致。1937年，物理有機化學家Hammett等人首次報道了官能團如何影響反應速率。經典的哈米特方程指出，在有機分子中，官能團可以誘導調控分子的電子性質，不同結構官能團會引發各種誘導作用，反應速率在很大程度上取決于反應物取代基類型。也就是說，一個反應能否發生，發生的快慢，很大程度上取決于官能團的之間的眼緣。自此以后，科學家展開了對官能團誘導調控分子的電子性質的廣泛研究，在數不清的反應中，人們通過調控官能團進而對反應的速率進行控制。然而，正所謂一眼定終身，這種在漫漫官能團大海中遇見的調控方式非常不方便：特定的官能團起到的影響有限，且無法改變。按照傳統的做法，在有機分子中，不同結構官能團會引發各種誘導作用。要想調控一個反應的發生，科學家必須堅持不懈地合成大量衍生物，以實現特定的分子之間的配對。為了解決這個困擾，韓國科學技術院（KAIST）Sang Woo Han, Mu-Hyun Baik等人發展了一種更簡單的策略，可以更有效的調控電子效應，進而調控化學反應的速率甚至選擇性。傳統的芳基有機分子中，通過反應基團對位官能團（給電子/拉電子）電子性能，可以調控官能團的電子結構。作者發現，通過將有機分子固定到Au電極上，當施加不同電壓時，分子的電子結構能夠得到精準調控，從而實現類似拉電子（負電壓）、給電子作用（正電壓）效果。圖1. 電壓調控反應的示意圖 （韓國基礎科學研究所IBS）和特定分子結構的官能團調控策略相比，該分子-電壓調控體系的優勢在于：3）通過調控電壓，能夠原位隨時間調控電壓和電子性能。如果說官能團逐個匹配，是傳統的線下相親模式；那么這種電極調控策略，就是通過算法匹配的線上相親模式，省時又省力。也就是說，電極就是一個萬用的官能團。一個電極，施加不同的電壓，可以代替成千上萬種不同的官能團，想想都覺得厲害！圖2. 和傳統官能團電子作用的比較，通過電壓調控官能團電子結構、反應性的方法和優勢作者考察了對巰基苯甲酸叔丁酯堿催化水解反應、對巰基溴苯的Suzuki-Miyaura偶聯反應、對巰基苯甲酸的酰胺化反應。通過表面增強拉曼光譜（SERS）對不同電壓中的反應情況進行表征，通過反應物、產物SERS特征峰的變化情況對不同條件中反應情況進行監控。作者發現，在羧酸的胺基化反應過程中，通過調控電壓能夠有效的改善選擇性與碳二酰亞胺偶聯或者有機胺的酰胺化反應。作者將對巰基苯甲酸固定在Au電極上，在MES-buffer的溶液（pH 5.5）中加入0.3 M 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺（EDC），2 mM 4-(氨基甲基)苯甲腈，1 M NaClO4進行反應。首先將電壓設置為-0.7 V，從而羧酸根上的氧上帶負電，有效的促進了和EDC進行反應；隨后將電壓調整為+0.4 V，因此羧酸根上的氧上帶正電，從而和EDC反應生成的產物更容易與4-(氨基甲基)苯甲腈進行酰胺化反應。人的緣分，是于千萬人之中遇見你所遇見的人；于千萬年之中，時間的無涯荒野里，沒有早一步，也沒有晚一步，剛巧趕上了。Joon Heo et al.Electro-inductive effect: Electrodes as functional groups with tunable electronic properties, Science 2020DOI: 10.1126/science.abb6375https://science.sciencemag.org/content/370/6513/214
