有机物电解合成共64页文档

《电解合成》课件

通过电解硫酸铜溶液，在阴极上沉积出金属铜。
铝的电解合成
利用电解氧化铝的方法，在阴极上获得金属铝。
3
镁的电解合成
通过电解熔融氯化镁，在阴极上获得金属镁。
有机化合物的电解合成
乙炔的电解合成
在加压条件下，电解食盐和氢氧化钙的混合溶液，生成乙炔和氢气。
甲醇的电解合成
通过电解甲醇水溶液，获得甲醇和氢气。
电解合成的应用领域
电解合成在有色金属、稀有金属、贵金属等领域有广泛应用，如铜、镍、钴、金、银等金属的制
备。
电解合成还可应用于有机化学领域，如电解还原反应、电化学氧化反应等，可用于合成有机化合
物和药物等。
此外，电解合成还可应用于环保领域，如废水处理、重金属回收
等。
02
电解合成的基本原理
电化学基础
操作条件
控制电解槽的操作温度、压力、电流密度等参数，确保电解反应的顺利进行。
电解液的选择与优化
电解液成分
根据电解反应的要求，选择合适的电解质和添加剂，如硫酸、氢氧化钠、甘油等。
电解液浓度
优化电解液的浓度，以提高电解反应的效率和产物的纯度。
电解液稳定性
选择稳定性好的电解液，以降低电解过程中的副反应和腐蚀问题。
电解合成是一种高效、环保的化学合成方法，具有操作简便、能耗低、产物纯度高、副产物少等优点。
电解合成的历史与发展
01
电解合成起源于19世纪初，随着工业革命的发展，电解合成逐渐成为一种重要的化学合成方法。
02
近年来，随着环保意识的提高和新能源技术的不断发展，电解合成技术也在不断创新和完善，应用领域不断扩大。
02
对电解过程中产生的废弃物进行妥善处理，并探索资源化利用

06章有机物的电解合成

阳极区获得的苯醌进入阴极区，在阴极上还原为苯二醌
■ 氧化阶段在20%硫酸溶液中进行。苯在硫酸溶液中的溶解度不大，强烈搅拌下进行，以达到苯的乳化。 ■ 含1%银的铅合金作阳极。
■ 阳极液在电极间区域的流动速度应不低于0.08 m· -1， S ■ 电极间空隙约为2mm，电极高度为1 mm，与阳极液的接触时间为1.2 s。 ■ 电流密度为4.0 kA· -2，苯醌在阳极 m 氧化物中含量约为3%。
电氟化工艺流程图
6.8有机电合成研究动向
a.供电子的芳香环选择卤素化反应
5.8.1阳极氧化反应
b.酚类或苯甲醚类的阳极氧化电解反应可合成醌类和氢醌类化合物
c.萘类阳极氧化成萘醌，发生在电子密度大的环上
d.芳香醛的制造
产率86％
6.8.2阴极还原反应
1.官能团的转换选择羟甲基位置进行还原，制造所需化合物。产率高，对制造农药中间体有很大意义。
电解槽结构如下图示，电解槽为一钢管，直径为5 cm，长度为75 cm，其管壁为阴极，阳极是填充在钢管里的铅粒，用聚丙烯隔膜和分隔垫块将其与阴极管壁分开，一定数量的这样的管式电解槽以平行方式排列固定构成一壳管式反应器，同时，可进行冷却，它是一种三维的填料式电极，提高了生产能力。反应物从顶部加入，创新之处是以添加的铅粒为消耗性阳极。
电解液具有高循环速度的压滤式电解槽的单槽
(3)生产流程
(4)存在问题
4、新的改进
(1)，德国的BASF公司采用低空隙无隔膜电解槽
(2)，日本的Asahi公司采用两相电解法
(3)，Phillps公司采用无隔膜电解槽
(4)，新的Monsanto过程
6.4 四烷基铅
1、基本原理

电解有机合成技术介绍课件

应来合成有机化合物的技术。
02
反应过程中，有机化合物在电极表面发
生电化学反应，生成新的有机化合物。
03
反应过程中，电子的转移和离子的迁
移是反应的关键步骤。
04
电解有机合成技术可以应用于多种有机
化合物的合成，如药物、农药、香料等。
电解有机合成技术的影响因素
01
电解质浓度：影响电解反应速率和产物选择性
其原理是通过电解有机化合物，使其发生化学反应，生成新的有机化合物。
电解有机合成技术具有高效、环保、节能等优点，广泛应用于有机合成、药物合成、材料合成等领域。
电解有机合成技术已成为有机合成领域的重要研究方向之一。
电解有机合成技术的应用领域
药物合成：用于制备药物中间体和活性成分
材料科学：用于制备新型材料，如高分子材料、纳米材料等
环境科学：用于废水处理和污染物降解
04
05
06
能源科学：用于制备新型能源材料和储能设备
食品科学：用于食品添加剂和营养成分的制备
生物技术：用于生物大分子的合成和修饰
电解有机合成技术的未来研究方向
绿色化学：研究更加环保、节能、高效的电解有机合成方法
生物催化：利用生物酶催化有机合成反应，提高反应效率和选择性
能源领域：用于制备新能源材料，如燃料电池、太阳能电池等
精细化工：用于制备精细化学品，如染料、香料、农药等
环境保护：用于废水处理、废气治理等环境治理领域
生物技术：用于制备生物活性物质，如酶、蛋白质等
电解有机合成技术的优势
1
高效性：电解有机合成技术可以大大提高化学反应的效率，缩短反应时间。

有机电化学合成PPT课件

⒈ 氧化(如异丁醇制异丁酸) ⒉ 裂解(如淀粉制二醛淀粉) ⒊ Kolbe缩合(如己二酸单酯制癸二酸双甲酯) ⒋ 生成金属化合物(如合成四乙基铅) ⒌ 氯代(如乙醇制碘仿)
• 间接有机电合成：利用具有氧化/还原价的金属离子来氧化或还原有机
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ห้องสมุดไป่ตู้
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有机电化学反应的特性：电子转移过程
• 电子转移过程
• 电极表面修饰：利用共价键、吸附或聚合等方法将具有特定功能的物质引入电极表面，赋予电极新的功能。
• 电极表面的主要修饰方法： ⑴ 吸附修饰：通过吸附作用把功能材料负载到电极表面上； ⑵ 化学修饰：通过化学键的作用把功能物质键合在电极表面上； ⑶ 包覆修饰：将含有功能物质的高分子膜包裹在电极表面上。 • 电极表面修饰的作用
蒙乃尔合金电极
H2SO4
蒙乃尔合金电极
HCl
Hg EtOH + H2SO4
蒙乃尔合金电极
NaOAc + EtOH
磷青铜有机酸盐
NH2
NHOH SO3H
HO
NH2 是一种以金属镍为基体
添加铜、铁、锰等其它
HO
NH2 元素而成的合金。
NH2
EtO
NH2
NH NH
N=N
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有机电化学合成技术：直接有机电化学合成（3）
子，他对双电层的性质影响极大；电解质的某一种离子又常发挥出极化剂的作用，这种作用能使电极上不希望的反应降至最低限度；
⒋ 良好的电导率，防止高电阻所引起的发热以及由此可能引起的副反应的发生。
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有机电化学合成技术：直接有机电化学合成（8）

有机物的电解合成

有机电合成的若干发展方向
• 随着电解槽、电极、隔膜等新材料的开发，利用电解合成化学品的开发研究更加活跃。近十年来国内外主要研究动向有： • 1. 发展电解中特有的反应 • 例如己二睛的电解还原合成等，反应选择性高，有竞争力并已工业化。 • 2. 发展能缩短工艺过程的有机电合成 • 例如，对氨基苯甲醚的合成： • 采用化学合成，需三步工艺如下：
有机电合成的主要类型
• 按电极反应在整个有机合成过程中的作用及地位，可将有机电合成分为两大类； • • (1) 直接有机电合成有机合成反应直接在电极表面完成。 (2) 间接有机电合成有机物的氧化(或还原)反应，仍采用氧化剂(或还原剂)，用传统的化学方法进行。但氧化剂(或还原剂)在反应后以电化学方法(电解氧化成电解还原 )再生后反复使用。间接有机电合成只限于有机物的氧化成还原。
实现了工业化，研究品种日益增多，与世界先进水平的差距逐步缩小。
“原子经济性”
• 面对环境、能源、资源与可持续发展等问题日益峻的形势，绿色化学已经提到了议事日程。绿色化学要求合成反应应当符合 “ 原子经济性” ，应最大限度地利用原料分子的每个原子，使之结合到目标分子中，达到零排放。 • 有机电合成就完全符合 “原子经济性”要求，它是把电子作为试剂(世界上最清洁的试剂 )，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技以“ 原子经济性 ”为目的额定绿色合成将成为这一前沿学科的重要分支之一。 • 从本质来说 ,有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的根源。
电解 2＋ Zn Zn 氧化 O 2 N - Ph - COOH 6H NH2 - Ph - COOH 2H2O
• 其电流效率约为80％，比直接法高得多。 • (2) 间接电氧化：例如，甲苯的氧化可停留在苯甲醛的阶段：

06有机物的电解制备

乙烯氧化制乙醛的燃料电池
如图,乙烯和水蒸气通入阳极，在钯黑阳极上发生氧化反应生成乙醛。氧气通入阴极，在钯黑阴极上接受电子并与H+结合生成水。阴、阳两极用石棉片或玻璃纤维片隔开，两极之间充满85％的磷酸溶液作为电解液。该装置可以产生电流，对外电阻提供电能，同时生产乙醛。
乙烯氧化制乙醛的燃料电池示意图
有机电合成也可以采用三维的填料式或流化床电极来解决这个问题，使得有机电合成工艺可以有机催化合成相竞争。
7．利用修饰电极的有机电合成
用无机物、有机物或高分子化合物来修饰电极表面，通过改变电极/溶液界面的特性来改变电极的性能，降低电合成反应的超电势，提高反应的速率和效率；同时修饰电极在有机合成中还可提高电合成的选择性，合成出手性化合物等新的化合物。
6.3 己二腈的电解合成
己二腈是制备Nylon66的原料。首先由己二腈生产己二酸和己二胺，反应如下：
再由己二酸和己二胺经缩聚反应制得 Nylon66。反应式为：
所以要研究己二腈的制备。
1．传统的己二腈化学合成路线
(1) 从环己烷出发的合成路线：
（2）从丁烯出发的合成路线这两个路线的缺点是污染和损耗大。
随着新电极材料、新型电解掖、混合相电解、离子交换膜等方面所取得的显著进步，使得用电合成方法生产许多有机化合物已有了可能。
有机电合成技术的工业化，一般要解决传质、隔膜寿命和电极活性等问题，还要能设计出多功能的定型电解槽。
最普通的两种电化学过程是恒电流过程和恒电势过程。
恒电流过程更容易实行，更易于工业放大，且不要特殊的恒电位设备。
有机电合成生产的要求： (1)高的产物得率； (2)电流效率＞50％； (3)能耗(电解)＜8kW.h/Kg最终产物； (4)电解液中最终产物的浓度＞10％； (5)电极寿命＞1000h； (6)膜寿命＞2000 h； (7)最终产物能简单分离； (8)电解液经简单处理即可再循环使用。

有机物的电解合成64页文档

71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
有机物的电解合成
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只在愚人的字典中找得到。--拿破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突破，不要嫉妒要欣赏，不要托延要积极，不要心动要行动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要素。(注意：传统观念认为勤奋和机会是成功的要素，但是经过统计学和成功人士的分析得出，乐观是成功的第三要素。
39、没有不老的誓言，没有不变的承诺，踏上旅途，义无反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。
谢谢你的阅读
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电解合成知识介绍PPT

电极电位与电极反应各组分浓度间关系的能斯特公式；
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1905年塔菲尔（Tafel）测定了在各种金属上析氢的电化学反
应速率，确定了电流密度与氢过电位关系，提出了电化学动力学的第一个定律--塔菲尔公式。
1923年，Debye-Hückel的电解质溶液理论， 1924 年 Stern 构建的双电层模型， 1930 年前后提出了 Butler －
令阳离子、阴离子的迁移数分别为t+和t-，则 t＋＋t－＝1
迁移数是可以测定的。测定迁移数的方法有希托夫（Hittorf）
法、界面移动法、电池电动势法等。当溶液中存在多种离子时，
所有离子的迁移数之和应为1，即
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第十八页，课件共98页
（4）活度和活度系数
对于强电解质溶液，即使浓度相当稀时，离子之间仍存在较强的相互作用，所以与理想溶液的行为相比都有不同程度的偏离，通常用表观浓度--活度，来代替浓度。
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3 电化学动力学
电极反应作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上实现的。“电极/溶液”界面性质对电极反应的动力学行为有很大
影响。
“化学因素”
“电极/溶液”界面
对电极反应动力学性质的影响因素
“电场因素”
电极材料的化学性质与表面状态。
“电极/溶液”界面
上的电场强度
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电解合成知识介绍PPT
第一页，课件共98页
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目录
1 电解合成的发展 2 电解合成的原理 3 电解合成工艺 4 水溶液电解和融盐电解
5 电解合成在材料制备中的应用
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第二页，课件共98页
3.1 电解合成的发展

有机物的电解制备

生产流程如图6-3所示
存在问题：电解液的电导性能差，造成欧姆电势降IR大，槽电压高，能耗大；需要使用分离膜，IR损失大，为防止导致副产物的碱催化反应，还需要采用湍流推进器和高流速，增加了电解槽投资；萃取己二胺和回收季胺盐的设备复杂。
4．新的改进
自上述方法投产后，人们继续对其进行研究，提出了许多改进措施，生产过程日臻完善。现将一些主要的改进简介如下。德国的低空隙无隔膜电解槽在这种电解槽中阳极反应不再是放氧反应，而改为：
我国河北省宣化化工厂巳将该方法工业化，工艺简单，无污染，电解产率达90％以上。
法国、日本等国家也已工业化。
章节一
在无隔膜的电解槽内进行的。一电极合成的产品直接到另一电极反应合成最终产品。
还有一种同时利用阳极和阴极合成的方式：
阴、阳极均用铅板，阳极用Cr3+/Cr6+作氧化媒质，采用槽外式间接电氧化法将对硝基甲苯氧化为对硝基苯甲酸，阴极用Zn2+／Zn作还原媒质，采用槽内式间接电还原将对硝基苯甲酸还原为对氨基苯甲酸。实现对硝基苯甲酸一步电解合成对氨基苯甲酸，缩短了生产工艺。阳极反应：
电解液组成为：
(2)日本的两相电解法
阴极电解液分为两相，以Pb为阴极，水相中含CH2=CHCN（7%）+Bu2NHSO4(12％)，有机相为CH2=CHCN。随着电解还原的进行，水相中所减少的丙烯腈由有机相中补给，这实际就是一种相转移电解法。此法的优点是：季胺盐用量少；不用分离膜，槽电压降低；萃取步骤减少。
4．发展间接的电解合成法
(1)间接电还原：
利用媒介质在电极上产生还原剂，然后反应底物进行化学反应，还原剂被氧化后回到阴极上再生，还原剂循环使用而反应物不断生成。媒介质多为无机物离子对，如Cr3+／Cr6+，Ce3+／Ce4+，Mn2+／Mn3+等，很容易实现电极过程，电流效高，电解工艺简单，从而可达到节能的目的。

电解合成

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3.2 电解合成原理
三、电解合成的适用范围
1、纳米材料 2、电极材料 3、功能材料
如石墨层间化合物以及纳米粒子、薄膜、晶体。
如锂离子电池电极材料。如分子筛、多孔膜。如富勒烯C60、超导薄膜。
富勒烯分子筛
4、超导材料
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3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
进行电解的装置叫电化学反
3.1电解合成原理
二、电解合成的基本原理
1、电解原理
通直流电后，离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。
隔膜阳极阴极
电解质
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3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
2、电解电压
理论电解电压（能斯特方程）： α1、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。若令外加电动势为E外，则有
电极电位和标准电极电位
电极电位：将一金属电极浸入到具有该金属离子的电解质溶液
中，在金属和溶液的界面处产生的电位差。电极电位的绝对值无
法测量，其值是相对于标准氢电极的电极电势为零时的相对量。
奈斯特（Nernst）公式：
2.303RT a氧化态 0 lg nF a还原态
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3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
3、电化学动力学
电极反应：作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上实现
的。“电极/溶液”界面性质对电极反应的动力学行为影响很大。
“电极/溶液”界面对电极反应动力学性质的影响因素
“化学因素”
“电场因素”
电极材料的化学性质与表面状态。
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“电极/溶液”界面上的电场强度
电解合成第33章2电解液按其组成及结构分类电解液按其组成及结构分类电解质溶液熔融电解质非电解质水溶液非电解质水溶液溶剂不同电解质水溶液电解质水溶液31电解合成原理一电解合成的理论基础1电解质溶液的基本性质31电解质溶液的电导电解质溶液的导电是由于电场中离子定向移动的结果阴离子移向阳极阳离子移向阴极其导电能力大小用电导电阻的倒数表示

精细有机合成技术：电解有机合成技术

感谢观看
精细有机合成技术邹静
电解有机合成技术
目
反应原理
Contents
录
1
2
3
电解反应全过程电解反应的应用
Hale Waihona Puke 解有机合成技术• 1834年，法国化学家法拉第在实验室进行了首次有机电合成反应——电解乙酸钠溶液制取乙烷。
• 20世纪60年代，现代有机电合成工业开始发展——以电合成己二腈和四乙基铅的工业化为标志。
电解反应是由电化学过程、物理过程和化学过程等许多步骤组成的。例如，图2-13是丙烯腈电解加氢二聚制己二腈的全过程。（1）底物S（CH2= CHCN）在电解液中通过扩散和泳动到达阴极表面；（2）在阴极表面发生吸附形成S吸；
（3）S吸与电极之间产生电子转移，生成Ⅰ ’吸（即 C(·)H2— C(··)HCN），属电化学过程；
• 电解有机合成，也称有机电化学合成，它是用电化学技术和方法研究有机化合物合成的一门新型学科。
1．反应原理
➢电解有机合成可分为直接法、间接法和成对法三种类型。 ➢直接法是直接利用电解槽中的阳极或阴极完成特定的有机反应。 ➢间接法是由可变价金属离子盐的水溶液电解得到所需的氧化剂或还原剂，在另一反应器中完成底物的氧化或还原反应，用过的无机盐水溶液送回电解槽使又转化成氧化剂或还原剂。
➢ 成对法则是将阳极和阴极同时利用起来。例如，苯先在阳极被氧化成对苯醌，再在阴极还原为对苯二酚。
单极性电解槽
隔膜：离子选择透过性膜、非选择透过性膜
双极性电解槽
➢从理论上讲，任何一种可用化学试剂完成的氧化或还原反应，都可以用电解方法实现。在电解槽的阳极进行氧化过程。绝大多数有机化合物并不能电离，因此，氧化剂主要来源于水中的OH－，它在阳极失去一个电子形成·OH，然后进一步形成过氧化氢或是释出原子氧。