以醇为原料电催化合成醛具有独特的优势,是一种很有前途的技术。然而,传统的液固体系中醛的过氧化反应选择性较低,严重限制了这种级联反应。
近日,大连理工大学邱介山教授,于畅教授构建了由甲苯(C7H8)、水电解质和电极组成的液-液-固三相体系(l-l-s)来调节电氧化反应的选择性,并以EBA反应为模型反应。
文章要点
1)在该反应过程中,电解液中溶解的BA在阳极表面被电氧化,生成的在水中溶解度低的中间产物(Ph-CHO)被采用的C7H8相原位去除,并使其不发生过氧化反应。
2)此外,C7H8相还有一个重要的优点,它可以直接将获得的Ph-CHO从复合电解质中分离出来,实现自发纯化,从而克服了电催化合成长期以来产物分离的困难。对Ph-CHO的催化效率高,在1 M KOH中,记录选择性为80.4%@1.5V,电流密度为136 mA cm-2,与由水电解质和电极构成的传统液固(l-s)两相体系的Ph-CHO选择性0.4%相比增加了200倍,这是所知的报道的类似体系中最高的电流密度。此外,l-l-s体系有效抑制了Ph-CHO过氧化生成Ph-COOH的副反应,使Ph-CHO的转化率从87.6%降低到3.8%。
3)研究人员还研究了l-l-s体系中动力学和热力学参数对反应速率/平衡的影响。反应速率与Ph-CHO的选择性之间存在权衡关系。新的l-l-s体系易于扩散到各种基质、有机溶剂和电催化剂上,对中间产物具有较高的选择性,证明了该体系的优越性和通用性。
该策略为可控性和高选择性的精细化学品电合成,特别是在可持续和环境友好方面的级联反应,提供了新的技术途径和指导。
参考文献
Hongling Huang, et al, A Liquid-Liquid-Solid System to Manipulate the Cascade Reaction for Highly Selective Electrosynthesis of Aldehyde, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202216321
DOI: 10.1002/anie.202216321
https://doi.org/10.1002/anie.202216321