众所周知，水是通用溶剂，能够溶解多种化学物质。但在化学实验室中，所选择的溶剂几乎都是有机的。水与多种不同类型的分子发生反应，科学家无法从复杂的反应中得到良好的结果，许多有机合成化学家将水视为一种危害。近日，美国化学会ACS C&EN新闻栏刊登了“For organic chemists, micellar chemistry offers water as a solvent”一文，特别强调了胶束化学对有机合成的新发展。
【胶束与胶束化学】
在过去的几年中，一小群化学家一直尝试在水中化学合成。胶束是由具有水溶性头和油溶性尾的表面活性剂分子自组装而成。在水中，表面活性剂形成球形，其水溶性头朝外，而油溶性尾端向内，形成胶束微球，从而形成一个有机分子反应区域，这些颗粒的内部环境对有机分子很友好，它们就像微小的烧瓶，在有机反应时并将有机分子与周围的水分子隔离。
胶束化学（通常是水中的化学）比在有机溶剂中进行相同的反应更具环境友好性，而有机溶剂中的许多物质是有毒的，且有机溶剂占药物分子制造过程中产生废物的50％-80％。而胶束化学的好处远不只是绿色，它还使反应具有更高收率、反应条件更温、副产物更少。不少科学家坚信这可以改变合成化学的世界。
胶束（显示出切面图）通常能够实现在水中无法发生的反应，例如这种Pd催化的Buchwald-Hartwig胺化反应。（红色=溴，蓝色= 氮）
自然界在早于人类在水中制造分子。“数十亿年的时间里，自然界已经优化水中各种反应，比如，Krebs循环在细胞（主要是水）中进化，并通过分解有机分子来产生化学燃料。” 相比之下，化学家只有一个至两个世纪的时间来优化化学反应，仍然需要大量时间、精力和金钱来理解和完善在有机溶剂中的反应。在化学实验室中，溶剂也具有某种惰性，要改变这种惰性是极其困难的。
Bruce Lipshutz论述了在胶束中进行的合成化学。加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的化学家于2008年开始研究，证明胶束化学与烯烃交叉复分解反应兼容，该反应通常在二氯甲烷等有机溶剂中进行（Org.Lett. 2007，DOI：10.1021 / ol800028x）。此后，他开始研究其他一些常见的合成反应，例如Sonogashira偶联（Org.Lett. 2008，DOI：10.1021 / ol801471f），Suzuki-Miyaura交叉偶联（Org.Lett. 2008，DOI：10.1021 / ol801712e），和光催化反应（Green Chem. 2018，DOI：10.1039 / C7GC03866F）。路易斯维尔大学的Sachin Handa用胶束化学执行Buchwald-Hartwig胺化（ACS Catal. 2019，DOI：10.1021 / acscatal.9b02622），和与负碳离子中间体的反应（ACS Catal. 2020，DOI：10.1021 / acscatal.0c01196）。上述所有这些典型的反应都需要有机溶剂。这是因为它们的某些成分，例如碳负离子通常被认为与水不相容。化学家还提出胶束还可以发挥其他作用，例如将反应物和催化剂浓缩在同一位置，这可以加快合成速度，只需使用较少催化剂。不同尺寸，形状和取代基的新型表面活性剂可以优化胶束，并用于特定反应。
【水中化学】
世界三大药企之一诺华（Novartis）的科学家在2016年比较了使用有机溶剂（红色）和胶束化学（黄色）制作未公开的活性药物成分（API）的两种方法（见下图）。
诺华的科学家以胶束工艺制造API，与传统方法中优化的过程相比，新方法具有更快、更便宜、产率更高以及更少溶剂的优点。在反应中使用更高浓度的试剂，并且优化了实验流程，所以所需的水更少。
【胶束化学的挑战】
即使胶束化学具有诱人的卖点，但仍存在许多挑战。如，一些胶束过程仍然需要有机溶剂来分离和纯化反应产物；水里残留的有机和无机化合物未经处理就排放。且现在人们对它的基本规则仍然知之甚少，它仍然需要反复试验。水中的化学反应机理与溶剂中的不同，我们需要更精确地了解胶束聚合中的情况，并确定反应物和催化剂在胶束系统中的位置。
球形胶束的化学合成更复杂，因为表面活性剂可能还起着其他作用，如乳化、分散以及表面张力效应。
尽管起初科学家不相信胶束化学能起作用，且人们不完全了解，胶束化学的优点依旧明显。胶束化学家们知道很难挑战使用有机溶剂的惯性作，但希望铲开胸怀，克服先入为主的想法，传播这些技术。
