Электрохимия обладает огромным потенциалом для предложения синтетической органической химии. Однако использование электрохимии в современных лабораториях, как правило, является довольно редким. Во многом это связано с отсутствием подходящего оборудования, которое позволяло бы неэлектрохимикам "удобно" проводить эти исследования. Для того чтобы эта методика была легче принята в качестве обычной процедуры, химики должны иметь более простой и удобный для пользователя способ доступа к ней.
За последние 5 лет развитие непрерывных проточных электрохимических ячеек сделало возможным селективный синтез с высокой конверсией реактива в продукт, чаще всего за один проход через устройство. Эти устройства обеспечивают легкий доступ к электрохимическим методам, что способствует их текущей переоценке в качестве жизнеспособного и привлекательного синтетического метода.
Основные принципы органического электросинтеза
Во время органической электрохимической реакции органические молекулы активируются путем добавления или удаления электронов на поверхности электрода в результате гетерогенного процесса. Для электросинтетической реакции обычно требуется два электрода (анод и катод), контактирующих с раствором, содержащим электролит. Электролит - это соль, которая обеспечивает ионы для улучшения проводимости раствора.
Электрохимия может выполняться различными методами: либо в потенциостатическом режиме (где контролируется напряжение на электродах), либо в гальваностическом режиме (где контролируется ток на электродах).
Развитие непрерывных проточных электрохимических ячеек позволяет нам получить доступ к этому более экологичному методу и осуществить уникальные преобразования, которые делают невозможными селективность и трансформации с помощью других методов.
Преимущества органического электросинтеза
- Селективность реакции можно регулировать с помощью потенциала, наложенного на рабочий электрод. В отличие от использования окислительно-восстановительных реагентов, потенциал может быть изменен по желанию
- Скорость реакции может регулироваться регулированием плотности тока или приложенного потенциала
- Как и в классической органической химии, степень трансформации молекулы (относительно ее окислительного состояния) может контролироваться путем управления количеством поставляемых электронов
- Характер электрода и состав электролита могут использоваться в качестве параметров реакции для контроля селективности и скорости реакции
- Электросинтетические экспериментальные условия и пути прохождения можно предсказать
- Реакция обычно протекает в мягких условиях, поскольку электролиз, как правило, осуществляется при комнатной температуре и атмосферном давлении
Электрохимия в качество более экологического использования
Если учесть, что наша реакция осуществляется с добавлением или удалением электронов, то легко предположить, что наши реакции будут REDOX-редукции или окисления. В этих реакциях часто используются опасные и загрязняющие восстановительные или окислительные реагенты, такие как OsO4, Pb(OAc)4, NaH и т.д.; устраняя необходимость в них, мы можем рассматривать электрохимию как более экологичный метод.
Наша химия опосредована электронами, поэтому мы часто используем нашу химию для снижения расхода энергии при комнатной температуре. Мы также можем рассматривать наши электроды как гетерогенные катализаторы, позволяющие снизить количество отходов при анализе наших реакций. Кроме того, ионные жидкости часто используются вместо органических растворителей, которые легко восстанавливаются.
Непрерывная электрохимия в потоке
Традиционные методы электрохимии включают использование "пробирки". Как правило, в литературе по электрохимии точное описание этого аппарата не описано должным образом. Хотя материал электродов приведен, геометрия, расположение и размеры не создают трудностей при воспроизведении экспериментов. Разработка электрохимического оборудования непрерывного действия устраняет многие проблемы, связанные с воспроизведением экспериментальных процедур и очень сильно ограничивает переменные величины электродным материалом в данном случае.
Электрохимия - это поверхностное явление, поэтому требуется большое отношение площади поверхности к объему. Это то, о чем мы много знаем, если хорошо знакомы с химией потока в целом. Поточные реакторы имеют большое отношение площади поверхности к объему по сравнению с реакторами периодического действия с аналогичным объемом. Это не большой скачок в проектировании проточного электрохимического реактора, который создает высокое отношение площади поверхности к объему по отношению к объему электрода.
Спасибо за внимание, надеюсь вам было интересно ознакомиться с этим материалом.
Всем удачи и хорошего дня!