Исследователи повысили селективность электросинтеза с 16% до 97% — ScienceDaily
Исследователи Сеульского национального университета установили, что успешность органического электросинтеза во многом зависит от локального pH — кислотности или щелочности непосредственно у электродов. Контроль этой среды позволил повысить селективность образования целевого соединения примерно с 16% до 97%, сообщает ScienceDaily.
Кислотность у электродов
Во время электрохимических реакций протоны могут образовываться или потребляться быстрее, чем перемещаться в растворе. Поэтому pH в тонком слое рядом с электродом может существенно отличаться от показателя во всем растворе. По оценкам команды, в целом нейтральных условиях среда у катода могла достигать pH 11, а у анода — pH 2,5.
Такие различия влияют на образование активных форм кислорода, свойства исходных молекул и стабильность готовых продуктов. Ученые также проанализировали более 600 работ по органическому электросинтезу, опубликованных с 2010 года, и установили, что примерно 89% из них описывали реакции с переносом электронов и протонов.
Реактор с потоком электролита
Для контроля локального pH исследователи изменили конструкцию реактора: сблизили электроды и обеспечили поток электролита между ними. Это должно было уменьшить избыточную кислотность у анода и щелочность у катода. При увеличении скорости потока в пределах проверенных режимов скорость образования продукта выросла примерно в 14 раз. Сокращение расстояния между электродами с 20 до 4 мм повысило ее примерно в 2,2 раза.
Больше актуальных новостей — в Telegram-канале UA.News Telegram.
Метод испытали на реакции окисления Байера—Виллигера, в которой кетоны превращаются в сложные эфиры или лактоны. Вместо отдельно добавляемых пероксидных окислителей команда использовала кислород и электричество для образования активных форм кислорода. Изотопное мечение подтвердило, что атом кислорода в продукте происходил из газообразного кислорода, а не из воды.
Лактоны и эпоксиды
В оптимизированных условиях ученые синтезировали лактоны из 18 различных кетонов. Выход ε-капролактона составил 82%; это соединение является исходным веществом для полимера, который используется, в частности, в хирургических швах и системах доставки лекарств. Подход также применили для получения эпоксидов из шести алкенов.
Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society. Авторы отмечают, что технология требует дальнейшей оптимизации и испытаний в более крупных масштабах, прежде чем ее можно будет оценивать для промышленного применения.
