Войти
Электросинтез в химии - это синтез химических соединений в электрохимической ячейке. По сравнению с обычной окислительно-восстановительной реакцией электросинтез иногда обеспечивает улучшенную селективность и выходы. Электросинтез активно изучается как наука, а также имеет промышленное применение. Электроокисление также может применяться для очистки сточных вод.
Базовая установка в электросинтезе - это гальванический элемент, потенциостат и два электрода. Типичные комбинации растворителей и электролитов сводят к минимуму электрическое сопротивление. В протонных условиях часто используются смеси растворителей спирт-вода или диоксан -вода с электролитом, таким как растворимая соль, кислота или база. В апротических условиях часто используют органический растворитель, такой как ацетонитрил или дихлорметан, с электролитами, такими как перхлорат лития или соли тетрабутиламмония. Выбор электродов в зависимости от их состава и площади поверхности может иметь решающее значение. Например, в водных условиях конкурирующими реакциями в ячейке являются образование кислорода на аноде и водорода на катоде. В этом случае могут быть эффективно использованы анод из графита и катод из свинца из-за их высокого перенапряжения для образования кислорода и водорода соответственно. В качестве электродов можно использовать многие другие материалы. Другие примеры включают платину, магний, ртуть (в виде жидкости в реакторе), нержавеющую сталь или сетчатое стекловидное тело. углерод. В некоторых реакциях используется жертвенный электрод, который расходуется во время реакции, например, цинк или свинец. Ячейки могут быть неразделенными или разделенными ячейками. В разделенных ячейках катодная и анодная камеры разделены полупористой мембраной. Обычные мембранные материалы включают спеченное стекло, пористый фарфор, политетрафторэтен или полипропилен. Назначение разделенной ячейки - обеспечить диффузию ионов, ограничивая поток продуктов и реагентов. Это разделение упрощает работу. Примером реакции, требующей разделенной ячейки, является восстановление нитробензола до фенилгидроксиламина, где последний химикат чувствителен к окислению на аноде.
Органическое окисление происходит на аноде. Соединения восстанавливаются на катоде. Часто используются радикальные промежуточные звенья. Первоначальная реакция происходит на поверхности электрода, а затем промежуточные соединения диффундируют в раствор, где они участвуют во вторичных реакциях.
Выход электросинтеза выражается как в химическом выходе, так и в выходном токе. Эффективность по току представляет собой отношение кулонов, затраченных на формирование продуктов, к общему количеству кулонов, прошедших через ячейку. Побочные реакции снижают выход по току.
Падение потенциала между электродами определяет константу скорости реакции. Электросинтез осуществляется либо постоянным потенциалом, либо постоянным током. Причина, по которой один выбирает другой, связана с компромиссом между простотой экспериментальных условий и текущей эффективностью. Постоянный потенциал использует ток более эффективно, потому что ток в ячейке со временем уменьшается из-за истощения подложки вокруг рабочего электрода (обычно требуется перемешивание для уменьшения диффузионного слоя вокруг электрод). Однако в условиях постоянного тока это не так. Вместо этого по мере того, как концентрация субстрата уменьшается, потенциал в клетке увеличивается, чтобы поддерживать фиксированную скорость реакции. Это потребляет ток в побочных реакциях, возникающих за пределами заданного напряжения.
и восстановление 2-метокси нафталина :
или
Если исходный материал представляет собой CO. 2и кислород выделяется на аноде, общая реакция :
В химии фторорганических соединений многие перфторированные соединения получают электрохимическим синтезом, который проводится в жидкой HF при напряжениях около 5–6 В с использованием никелевых анодов. Метод был изобретен в 1930-х годах. С помощью этой технологии амины, спирты, карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты превращаются в перфторированные производные. Раствор или суспензия углеводорода в фтористом водороде подвергается электролизу при 5–6 В для получения перфторированного продукта с высокими выходами.
