Naukowcy zwiększyli selektywność elektrosyntezy z 16% do 97% — ScienceDaily
Naukowcy z Narodowego Uniwersytetu w Seulu ustalili, że powodzenie organicznej elektrosyntezy w dużej mierze zależy od lokalnego pH — kwasowości lub zasadowości bezpośrednio przy elektrodach. Kontrola tego środowiska umożliwiła zwiększenie selektywności tworzenia związku docelowego z około 16% do 97%, podaje ScienceDaily.
Kwasowość przy elektrodach
Podczas reakcji elektrochemicznych protony mogą powstawać lub być zużywane szybciej, niż przemieszczają się w roztworze. Z tego powodu pH w cienkiej warstwie obok elektrody może znacznie różnić się od wartości w całym roztworze. Według szacunków zespołu w ogólnie neutralnych warunkach środowisko przy katodzie mogło osiągać pH 11, a przy anodzie — pH 2,5.
Takie różnice wpływają na tworzenie reaktywnych form tlenu, właściwości cząsteczek wyjściowych i stabilność gotowych produktów. Naukowcy przeanalizowali również ponad 600 prac dotyczących organicznej elektrosyntezy, opublikowanych od 2010 roku, i ustalili, że około 89% z nich opisywało reakcje z przenoszeniem elektronów i protonów.
Reaktor z przepływem elektrolitu
Aby kontrolować lokalne pH, badacze zmienili konstrukcję reaktora: zbliżyli elektrody i zapewnili przepływ elektrolitu między nimi. Miało to zmniejszyć nadmierną kwasowość przy anodzie oraz zasadowość przy katodzie. Wraz ze zwiększeniem prędkości przepływu w ramach testowanych warunków szybkość tworzenia produktu wzrosła około 14 razy. Zmniejszenie odległości między elektrodami z 20 do 4 mm zwiększyło ją około 2,2 razy.
Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.
Metodę przetestowano w reakcji utleniania Baeyera—Villigera, w której ketony są przekształcane w estry lub laktony. Zamiast oddzielnie dodawanych utleniaczy nadtlenkowych zespół wykorzystywał tlen i elektryczność do tworzenia reaktywnych form tlenu. Znakowanie izotopowe potwierdziło, że atom tlenu w produkcie pochodził z tlenu gazowego, a nie z wody.
Laktony i epoksydy
W zoptymalizowanych warunkach naukowcy zsyntetyzowali laktony z 18 różnych ketonów. Wydajność ε-kaprolaktonu wyniosła 82%; związek ten jest substancją wyjściową do produkcji polimeru stosowanego między innymi w szwach chirurgicznych i systemach dostarczania leków. Podejście zastosowano także do otrzymywania epoksydów z sześciu alkenów.
Wyniki badania opublikowano w Journal of the American Chemical Society. Autorzy zaznaczają, że technologia wymaga dalszej optymalizacji i testów na większą skalę, zanim będzie można ją oceniać pod kątem zastosowania przemysłowego.
