EP1220957A1 - Verfahren zur elektrolytischen umwandlung von organischen verbindungen - Google Patents

Verfahren zur elektrolytischen umwandlung von organischen verbindungen

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Publication number
EP1220957A1
EP1220957A1 EP00964197A EP00964197A EP1220957A1 EP 1220957 A1 EP1220957 A1 EP 1220957A1 EP 00964197 A EP00964197 A EP 00964197A EP 00964197 A EP00964197 A EP 00964197A EP 1220957 A1 EP1220957 A1 EP 1220957A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
organic compound
anode
hydrogenation
furan
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00964197A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Pütter
Guido Gutenberger
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1220957A1 publication Critical patent/EP1220957A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds

Definitions

  • the present invention relates to a method for the electrolytic conversion of organic compounds, in which an electrode also serves to transfer both oxidation and reduction equivalents.
  • One goal of preparative organic electrochemistry is to use the processes occurring in an electrochemical process on both electrodes in parallel.
  • MM Baizer in: H. Lund, MM Baizer (ed.), Organic Electrochemistry, Marcel Dekker, New York, 1991, pages 142 ff.).
  • Another example is the coupled synthesis of phthalide and t-butylbenzaldehyde, as described in DE 196 18 854.
  • cathode and anode processes it is also possible to use the cathode and anode processes to produce a single product or to destroy an educt.
  • electrochemical processes include the production of butyric acid (Y. Chen, T. Chou, J. Chin. Inst. Chem. Eng. 27 (1996) pages 337-345), the anodic dissolution of iron, which with the cathodic Formation of ferrocene is coupled (T. Iwasaki et al, J. Org. Chem. 47 (1982) pages 3799 ff.) Or the degradation of phenol (AP Tomilov et al., Elektrokhimiya 10 (1982) pages 239).
  • a new possibility opens up when oxidation and reduction take place on one and the same electrode. This means that a substrate receives both oxidation and reduction equivalents simultaneously or in succession.
  • a gradual transfer of oxidation and reduction equivalents on an electrode is possible, for example, in cyclic voltammetry, in which the potential of the electrode moves back and forth within a range between positive and negative values within a range (see BD Sawyer, A. Sobkowiak, J. Roberts Jr., Electrochemistry for Chemists, Second Ed., Pages 68-78, John Wiley & Sons, Inc. New York 1995).
  • an anode is capable of transferring reduction equivalents to a substrate which has already taken up anodic redox equivalents.
  • the method is not limited to the anode, but can also be carried out on the cathode under suitable conditions.
  • the method according to the invention for the electrolytic conversion of at least one organic compound in an electrolysis cell, the organic compound being both oxidized and reduced at an electrode.
  • the method according to the invention takes place in an undivided cell.
  • the organic compound on the anode is both oxidized and reduced, preferably hydrogenated.
  • the organic compound is hydrogenated with hydrogen on one electrode, the hydrogen being formed as a product on the other electrode or being supplied to the electrolysis circuit from the outside.
  • the organic compound on the cathode is both reduced and oxidized, preferably oxygenated.
  • the invention is explained below using the example of anodes which simultaneously oxidize and hydrogenate.
  • all organic compounds with reducible groups can be used as starting materials as organic compounds in the process according to the invention, preferably a furan or a substituted furan.
  • the process is not limited to furan or substituted furans, but extends to all compounds and classes of compounds which can be oxidized or reduced in the context of organic electrochemistry, or both.
  • An overview of the classes of compounds are H. Lund, MM Baizer, (ed.) "Organic Electrochemistry", 3 rd edition, Marcel Dekker, New York 1,991th
  • Suitable compounds of the above classes for example, containing double bonds' compounds such as 1) olefins:
  • Ri to R each represent an alkyl, aryl, alkoxy group, a hydrogen atom, (substituted) amino groups, a halogen radical or cyano groups and where the substituents Rj to R 4 can be the same or different.
  • the double bonds can be part of open-chain or ring-shaped connections, where they can be both part of the ring and the chain or both.
  • ring-shaped systems with double bonds can in particular be aromatic systems.
  • one or more element (s) of the ring structure can be an optionally substituted heteroatom, such as N, S, O, P.
  • the ring-shaped compounds can contain one or more functional substituents of the following type as substituents:
  • R 5 and R ⁇ each represent a hydrogen atom, an aryl, alkyl, carboxyl or alkoxycarbonyl group, where the substituents R 5 and R ⁇ s may be the same or different.
  • R 7 and R 8 each represent an aryl, alkyl, alkoxy, aryloxy group and substituted amino groups or a halogen radical, where the substituents R 7 and R 8 may be the same or different.
  • furan is used.
  • the following compounds can preferably be mentioned as substituted furans:
  • Furfural furan-2-aldehyde
  • alkyl-substituted furans furans with -CHO, -COOH, -COOR
  • R represents an alkyl, benzyl, aryl, in particular a Ci to C 4 - alkyl group, CH (oR (oR 2), wherein Riund R 2 may be the same or different and Ri and R2 are each an alkyl, benzyl, aryl, particularly Ci to C 4 alkyl group, and -CN groups in the 2 -, 3-, 4- or 5-position.
  • the furans are preferably oxidized in the presence of methanol or in the presence of ethanol or a mixture thereof, but preferably in the presence of methanol. These substrates can be reactant and solvent at the same time.
  • alkali metal and / or alkaline earth metal halides can also be used as conductive salts, bromides, chlorides and iodides being conceivable as halides.
  • Ammonium halides can also be used.
  • Pressure and temperature can be adapted to the conditions which are common in catalytic hydrogenations.
  • the reaction temperature is T ⁇ 50 ° C., preferably T ⁇ 25 ° C., the pressure p ⁇ 3 bar and the pH in the neutral range.
  • intermediate products are added.
  • the intermediate product is at least one product which is obtained by the inventive electrolytic oxidation of the at least one organic compound, in particular a furan or a substituted furan or a mixture of two or more thereof, and which is therefore in the electrolysis cycle.
  • concentration of the additional intermediates is adjusted by customary electrochemical and electrocatalytic parameters, such as, for example, current density, type and amount of catalyst, or the intermediate is added to the circuit.
  • Graphite anodes are preferably used in the electrolysis cell.
  • the anode is in contact with at least one hydrogenation catalyst.
  • the at least one hydrogenation catalyst is part of a gas diffusion electrode.
  • the anode is a graphite electrode coated with noble metal, consisting of plates, nets or felts.
  • the hydrogenation catalyst is continuously brought into contact with the anode in the form of a suspension in the electrolyte.
  • the hydrogenation catalyst i.e. H. the catalytically active material, pumped around in the cell or washed onto an appropriately structured anode.
  • a precoat electrode is described, for example, in DE 196 20 861.
  • an organic compound is reduced at the anode, preferably hydrogenated, using the hydrogen which is produced as a product in the cathode process.
  • This hydrogenation preferably takes place in such a way that the compound to be hydrogenated is brought into contact with one or more hydrogenation catalysts which in turn are brought into contact with the anode.
  • Catalysts known in the art can be used.
  • the metals of the L, II. And VIII. Subgroup of the periodic table are to be mentioned, in particular Co, Ni, Fe, Ru, Rh, Re, Pd, Pt, Os, Ir, Ag, Cu, Zn and Cd.
  • the metals in finely divided form, among other things.
  • Examples include Raney-Ni, Raney-Co, Raney-Ag or Raney-Fe, each of which also contains other elements such as Mo, Cr, Au, Mn, Hg, Sn or also S, Se, Te, Ge, Ga, P, Pb, As, Bi or Sb can contain.
  • the hydrogenation-active materials described can comprise a mixture of two or more of the hydrogenation metals mentioned, which may optionally be contaminated with, for example, one or more of the elements mentioned above.
  • the hydrogenation-active material is applied to an inert carrier.
  • carrier systems for example activated carbon, graphite, carbon black, silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures of two or more thereof, e.g. B. as a suspension or as finely divided granules.
  • the hydrogenation-active material is applied to gas diffusion electrode base material.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that the gas diffusion electrode base material is loaded with a hydrogenation-active material.
  • All hydrogenation catalysts as described above can be used as the hydrogenation-active material with which the gas diffusion electrode system is loaded. It goes without saying it is also possible to use a mixture of two or more of these hydrogenation catalysts as the hydrogenation-active material.
  • the gas diffusion electrode material is loaded with hydrogenation material and additionally hydrogenation material is used which is the same or different from that with which the gas diffusion electrode material is loaded.
  • the present invention relates in a general form to the use of a gas diffusion electrode for the electrolytic conversion of an organic compound, preferably an unsaturated organic compound in an electrolytic cell.
  • the electrodes consisted of graphite disks, each 5 mm thick, which were covered with gas diffusion electrode material on one side. This material in turn was occupied with 5.2 g Pd / m 2 .
  • the gas diffusion electrode was switched as the cathode.
  • the electrolysis batch consisted of 30 g furan, 57.4 g 2,5-dimethoxydihydrofuran, 2 g NaBr and 110.6 g methanol.
  • the electrolysis was carried out at 0.5 A, a temperature of approx. 17 ° C.
  • the cell voltage rose from 14.6 V to 20.7 V.
  • the electrolysis was monitored by gas chromatography.
  • Example 2 used the arrangement from Example 1, but here the anode was equipped with electrocatalytically active material. Instead of a gas diffusion cathode, a gas diffusion electrode loaded with 5.2 g Pd / m 2 was used as the anode.
  • the electrolysis batch consisted of 30 g furan, 57.4 g 2,5-dimethoxydihydrofuran, 2 g NaBr and 110.6 g methanol.
  • the electrolysis was carried out at 0.5 A and a temperature of 17 ° C.
  • the cell voltage rose from 16.3 V to 19.5 V.
  • the electrolysis was monitored by gas chromatography.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Umwandlung mindestens einer organischen Verbindung in einer Elektrolysezelle, wobei die organische Verbindung an einer Elektrode sowohl oxidiert als auch reduziert wird.

Description

Verfahren zur elektrolytischen Umwandlung von organischen Verbindungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Umwandlung von organischen Verbindungen, bei der eine Elektrode zugleich dazu dient, sowohl Oxidations- als auch Reduktionsäquivalente zu übertragen.
Ein Ziel der präparativen organischen Elektrochemie ist es, die bei einem elektrochemischen Verfahren auftretenden Prozesse an beiden Elektroden parallel zu nutzen.
Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist etwa die oxidative Dimerisierung von 2,6- Dimethylphenol, die mit der Dimerisierung von Maleinsäureestern gekoppelt wird (M. M. Baizer, in: H. Lund, M. M. Baizer (Hrsg.), Organic Electrochemistry, Marcel Dekker, New York, 1991, Seiten 142 ff.).
Ein weiteres Beispiel ist die gekoppelte Synthese von Phthalid und t-Butylbenzaldehyd, wie in der DE 196 18 854 beschrieben.
Es ist aber auch möglich, den Kathoden- und den Anodenprozeß zu nutzen, um ein einziges Produkt 'herzustellen oder ein Edukt zu zerstören. Beispiele für solche elektrochemischen Verfahren sind etwa die Erzeugung von Buttersäure (Y. Chen, T. Chou, J. Chin. Inst. Chem. Eng. 27 (1996) Seiten 337 - 345), die anodische Auflösung von Eisen, die mit der kathodischen Bildung von Ferrocen gekoppelt wird (T. Iwasaki et al, J. Org. Chem. 47 (1982) Seiten 3799 ff.) oder der Abbau von Phenol (A. P. Tomilov et al., Elektrokhimiya 10 (1982) Seiten 239).
Eine neue Möglichkeit eröffnet sich, wenn Oxidation und Reduktion an ein und derselben Elektrode stattfinden. Dies bedeutet, daß ein Substrat gleichzeitig oder nacheinander sowohl Oxidations- als auch Reduktionsäquivalente empfängt.
Eine sukzessive Übertragung von Oxidations- und Reduktionsäquivalenten an einer Elektrode ist beispielsweise in der cyclischen Voltametrie möglich, bei der sich das Potential der Elektrode mit vorgegebener Geschwindigkeit innerhalb einer Spanne zwischen positiven und negativen Werten hin- und herbewegt (s. z. B. D. Sawyer, A. Sobkowiak, J. Roberts Jr., Electrochemistry for Chemists, Second Ed., Seiten 68 - 78, John Wiley & Sons, Inc. New York 1995).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun festgestellt, daß eine Anode in der Lage ist, Reduktionsäquivalente auf ein Substrat zu übertragen, das bereits anodische Redoxäquivalente aufgenommen hat.
Das Verfahren ist nicht auf die Anode beschränkt, sondern unter geeigneten Bedingungen ebenso an der Kathode durchfuhrbar.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrochemisches Verfahren bereitzustellen, in dem eine organische Verbindung in einem Elektrodenprozeß oxidiert wird, und das Oxidationsprodukt an derselben Elektrode reduziert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrolytischen Umwandlung mindestens einer organischen Verbindung in einer Elektrolysezelle, wobei die organische Verbindung an einer Elektrode sowohl oxidiert als auch reduziert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft das erfindungsgemäße Verfahren in einer ungeteilten Zelle ab.
In einer weiteren bevorzugten Ausftihrungsform der Erfindung wird die organische Verbindung an der Anode sowohl oxidiert als auch reduziert, vorzugsweise hydriert.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird die organische Verbindung mit Wasserstoff an der einen Elektrode hydriert, wobei der Wasserstoff als Produkt an der anderen Elektrode entsteht oder dem Elektrolysekreis von außen zugeführt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die organische Verbindung an der Kathode sowohl reduziert als auch oxidiert, vorzugsweise oxygeniert. Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel von Anoden erläutert, welche gleichzeitig oxidieren und hydrieren.
Als organische Verbindungen sind im erfindungsgemäßen Verfahren prinzipiell alle organischen Verbindungen mit reduzierbaren Gruppen als Edukte einsetzbar, vorzugsweise ein Furan oder ein substituiertes Furan.
Das Verfahren ist nicht auf Furan oder substituierte Furane beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Verbindungen und Verbindungsklassen, die im Rahmen der organischen Elektrochemie oxidierbar oder reduzierbar oder beides sind. Eine Übersicht über die Verbindungsklassen gibt H. Lund, M.M. Baizer, (Hrsg.) „Organic Electrochemistry", 3rd edition, Marcel Dekker, New York 1991.
Geeignete Verbindungen der genannten Klassen sind beispielsweise Doppelbindungen enthaltende'Verbindungen wie 1) Olefine:
worin Ri bis R jeweils für eine Alkyl-, Aryl-, Alkoxygruppe, ein Wasserstoffatom, (substituierte) Aminogruppen, einen Halogenrest oder Cyanogruppen stehen und wobei die Substituenten Rj bis R4 gleich oder unterschiedlich sein können.
Die Doppelbindungen können Bestandteil von offenkettigen oder ringförmigen Verbindungen sein, wobei sie sowohl Bestandteil des Rings als auch der Kette als auch beides sein können.
Ringförmige Systeme mit Doppelbindungen können im Rahmen der Erfindung insbesondere aromatische Systeme sein.
Bei den Verbindungen mit Ringstruktur kann/können ein oder mehrere Element(e) der Ringstruktur ein gegebenenfalls substituiertes Heteroatom sein, wie N, S, O, P.
Die ringförmigen Verbindungen können einen oder mehrere funktionelle Substituenten der folgenden Art als Substituenten beinhalten:
Carboxylgruppen, Carbonylgruppen (und N-Analoge), Carboxymethylgruppen, Nitrilgruppen, Isonitrilgruppen, Azo- (Azoxy-)gruppen, Nitrogruppen, Aminogruppen, subs 2) Alkine
R 5 — ≡≡ — R6
worin R5 und Rζ jeweils für ein Wasserstoffatom, eine Aryl-, Alkyl-, Carboxyl- oder Alkoxycarbonylgruppe stehen, wobei die Substituenten R5 und R<s gleich oder unterschiedlich sein können.
3) Carbonylverbindungen
R- CO- R_
worin R7 und R8 jeweils für eine Aryl-, Alkyl-, Alkoxy-, Aryloxygruppe und substituierte Aminogruppen oder einen Halogenrest stehen, wobei die Substituenten R7 und R8 gleich oder unterschiedlich sein können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man Furan. Neben Furan lassen sich als substituierte Furane beispielsweise die folgenden Verbindungen bevorzugt nennen:
Furfural(Furan-2-aldehyd), alkylsubstituierte Furane, Furane mit -CHO, -COOH, -COOR, worin R für eine Alkyl-, Benzyl-, Aryl-, insbesondere für eine Ci- bis C4- Alkyl gruppe steht, -CH(OR (OR2), worin Riund R2 gleich oder unterschiedlich sein können und Ri und R2 jeweils für eine Alkyl-, Benzyl-, Aryl-, insbesondere Ci- bis C4-Alkylgruppe stehen und -CN-Gruppen in 2-, 3-, 4- oder 5-Stellung.
Bei der erßndungsgemäßen Umsetzung organischer Verbindungen können Lösungsmittel und Leitsalze eingesetzt werden, wie sie in H. Lund, M.M. Baizer, (Hrsg.) „Organic Electrochemistry", 3rd edition, Marcel Dekker, New York 1991, beschrieben werden. Die Oxidation von Furanen erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt in Gegenwart von Methanol oder in Gegenwart von Ethanol oder einem Gemisch davon, bevorzugt jedoch in Gegenwart von Methanol. Diese Substrate können dabei gleichzeitig Reaktand und Lösungsmittel sein.
Als Lösungsmittel bei der Umsetzung von Furanen sind neben der organischen Verbindung und der zur Oxidation verwendeten Verbindung generell alle geeigneten Alkohole einsetzbar.
Als Leitsalze können neben NaBr bei der Umsetzung von Furanen im erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise auch Alkali- und/oder Erdalkalimetallhalogenide eingesetzt werden, wobei als Halogenide Bromide, Chloride und Iodide denkbar sind. Ebenso sind auch Ammoniumhalogenide einsetzbar.
Druck und Temperatur können an die Bedingungen, die bei katalytischen Hydrierungen üblich sind, angepaßt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reaktionstemperatur T < 50°C, vorzugsweise T < 25°C, der Druck p < 3bar und der pH- Wert im neutralen Bereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zusätzlich zu den Edukten, die in die vorzugsweise ungeteilte Elektrolysezelle eingebracht werden, Zwischenprodukte zugeführt. Als Zwischenprodukt wird dasjenige mindestens eine Produkt bezeichnet, das durch die erfindungsgemäße elektrolytische Oxidation der mindestens einen organischen Verbindung, insbesondere eines Furans oder eines substituierten Furans oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon, erhalten wird und sich deshalb im .Elektrolysekreislauf befindet. Die Konzentration der zusätzlichen Zwischenprodukte wird durch übliche elektrochemische und elektrokatalytische Parameter, wie beispielsweise Stromdichte, Katalysatorart und -menge, eingestellt, oder das Zwischenprodukt wird dem Kreislauf zugegeben. Bezüglich der speziellen Wahl des Materials der Elektroden besteht im erfindungsgemäßen Verfahren keine Beschränkung, solange sich die Elektroden für das wie vorstehend beschriebene Verfahren eignen.
Vorzugsweise werden in der Elektrolysezelle Graphitanoden verwendet.
Was die Geometrie der Elektroden in der Elektrolysezelle anbelangt, so existieren dafür im wesentlichen im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Beschränkungen. Als bevorzugte Geometrien sind beispielsweise plan-parallele Elektrodenanordnungen und ringförmige Elektrodenanordnungen zu nennen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anode in Kontakt mit mindestens einem Hydrierkatalysator. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Hydrierkatalysator Bestandteil einer Gasdiffusionselektrode. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anode eine mit Edelmetall beschichtete Graphitelektrode, bestehend aus Platten, Netzen oder Filzen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Hydrierkatalysator in Form einer Suspension im Elektrolyten ständig mit der Anode in Kontakt gebracht. Hierbei wird der Hydrierkatalysator, d. h. das katalytisch wirksame Material, in der Zelle umgepumpt oder auf eine entsprechend strukturierte Anode angeschwemmt. Eine derartige Anschwemmelektrode ist beispielsweise in DE 196 20 861 beschrieben.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine organische Verbindung unter Verwendung des Wasserstoffs, der als Produkt in dem Kathodenprozeß entsteht, an der Anode reduziert, vorzugsweise hydriert. Diese Hydrierung findet vorzugsweise so statt, daß die zu hydrierende Verbindung mit einem oder mehreren Hydrierkatalysatoren in Kontakt gebracht wird, welche ihrerseits mit der Anode in Kontakt gebracht werden.
Hinsichtlich der Auswahl an hydrieraktiven Katalysatoren bestehen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens prinzipiell keine Beschränkungen. Sämtliche aus dem - o -
Stand der Technik bekannten Katalysatoren sind dabei einsetzbar. Unter anderem sind dabei die Metalle der L, II. und VIII. Nebengruppe des Periodensystems zu nennen, insbesondere Co, Ni, Fe, Ru, Rh, Re, Pd, Pt, Os, Ir, Ag, Cu, Zn und Cd.
Erfindungsgemäß ist es beispielsweise möglich, die Metalle unter anderem in feinverteilter Form einzusetzen. Beispiele unter anderen sind Raney-Ni, Raney-Co, Raney-Ag oder Raney-Fe, die jeweils auch weitere Elemente wie beispielsweise Mo, Cr, Au, Mn, Hg, Sn oder auch S, Se, Te, Ge, Ga, P, Pb, As, Bi oder Sb enthalten können.
Ebenso können natürlich die beschriebenen hydrieraktiven Materialien ein Gemisch aus zwei oder mehreren der genannten Hydriermetalle umfassen, die gegebenfalls mit beispielsweise einem oder mehreren der oben genannten Elemente verunreinigt sein können.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß das hydrieraktive Material auf einem inerten Träger aufgebracht ist. Als solche Trägersysteme können beispielsweise Aktivkohle, Graphit, Ruß, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid oder Gemische aus zwei oder mehreren davon, z. B. als Suspension oder als feinverteiltes Granulat, eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das hydrieraktive Material auf Gasdiffusionselektroden-Grundmaterial aufgebracht.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gasdiffusionselektroden-Grundmaterial mit einem hydrieraktiven Material beladen ist.
Als hydrieraktives Material, mit dem das Gasdiffusionselektrodensystem beladen ist, kommen alle wie oben beschriebenen Hydrierkatalysatoren in Frage. Selbstverständlich ist es auch möglich, als hydrieraktives Material ein Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Hydrierkatalysatoren einzusetzen.
Natürlich ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, daß das Gasdiffusionselektrodenmaterial mit hydrieraktivem Material beladen ist und zusätzlich hydrieraktives Material eingesetzt wird, das gleich oder unterschiedlich zu dem ist, mit dem das Gasdiff sionselektrodenmaterial beladen ist.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung in einer allgemeinen Form die Verwendung einer Gasdiffusionselektrode zur elektrolytischen Umwandlung einer organischen Verbindung, vorzugsweise einer ungesättigten organischen Verbindung in einer Elektrolysezelle.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern.
Beispiel 1
Es wurde eine ungeteilte Zelle mit 6 ringförmigen Elektroden mit einer Oberfläche pro Seite von 15,7 cm2 eingesetzt. Die Elektroden wurden durch 5 Spacemetze von 0.7 mm Stärke voneinander getrennt.
Die Elektroden bestanden aus Graphitscheiben von je 5 mm Stärke, die auf einer Seite mit Gasdiffusionselektrodenmaterial belegt waren. Dieses Material wiederum war mit 5,2 g Pd/m2 belegt.
Die Gasdiffusionselektrode wurde als Kathode geschaltet.
Der Elektrolyseansatz bestand aus 30 g Furan, 57,4 g 2,5-Dimethoxydihydrofuran, 2 g NaBr und 110,6 g Methanol. Die Elektrolyse erfolgte bei 0,5 A, einer Temperatur von ca. 17 °C. Die Zellspannung stieg von 14,6 V auf 20,7 V. Die Elektrolyse wurde gaschromatographisch verfolgt.
Nach 1 F/mol Furan hatte sich der GC-Flächenprozentanteil von Furan von 22,7 % auf 17,8 % reduziert, der Dimethoxydihydrofurananteil blieb mit 31 Flächenprozent konstant. Gleichzeitig entstanden 0,9 % 2.5-Dimethoxytetrahydrofuran.
Dieses Beispiel zeigt, daß die Kathode in der Lage ist, katalytisch zu hydrieren. Bei Verwendung von Graphitscheiben allein - also nicht in Gegenwart eines Hydrierkatalysators - entsteht im Einklang mit der Literatur (H. Lund, M.M. Baizer, Organic Electochemistry, Marcel Dekker, New York, 1991, Seiten 720) mit guten Ausbeuten 2,5-Dimethoxydihydrofuran; 2,5-Dimethoxytetrahydrofuran wird nicht offenbart und wurde nicht gefunden.
Beispiel 2
Das Beispiel 2 verwendete die Anordnung aus Beispiel 1 , wobei allerdings hier die Anode mit elektrokatalytisch aktivem Material bestückt war. Statt einer Gasdiffusions-Kathode wurde eine mit 5,2 g Pd/m2 beladene Gasdiffusionselektrode als Anode eingesetzt.
Der Elektrolyseansatz bestand aus 30 g Furan, 57,4 g 2,5-Dimethoxydihydrofuran, 2 g NaBr und 110,6 g Methanol.
Die Elektrolyse erfolgte bei 0,5 A und einer Temperatur von 17 °C. Die Zellspannung stieg von 16,3 V auf 19,5 V. Die Elektrolyse wurde gaschromatographisch verfolgt.
Nach 1 F/mol Furan hatte sich der GC-Flächenprozentanteil von Furan von 22,7 auf 16,9 % reduziert, der GC-Flächenprozentanteil von 2,5-Dimethoxydihydrofuran hielt sich bei 30 %. Gleichzeitig entstanden 3,3 % 2,5-Dimethoxytetrahydrofuran. Der Vergleich zeigt, daß die Anode sogar noch wirkungsvoller arbeitet als die Kathode. Es handelt sich bei dieser Anordnung also nicht um die reine Gegenwart von katalytisch aktivem Material in der Zelle.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektrolytischen Umwandlung mindestens einer organischen Verbindung in einer Elektrolysezelle dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verbindung an einer Elektrode sowohl oxidiert als auch reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verbindung an der Anode sowohl oxidiert als auch reduziert, insbesondere hydriert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mit mindestens einem Hydrierkatalysator in Kontakt ist, insbesondere mit einem Edelmetall.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrierkatalysator, insbesondere das Edelmetall, auf einem Graphitfilz aufgebracht ist.
5. Verfa _»hren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrierkatalysator auf die Anode angeschwemmt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrierkatalysator in Form einer Suspension in Kontakt zur Anode gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verbindung an der Kathode sowohl reduziert als auch oxidiert, insbesondere oxygeniert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Gasdiffusionselektrode ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei die organische Verbindung Furan und/oder ein Furanderivat ist.
EP00964197A 1999-09-20 2000-09-18 Verfahren zur elektrolytischen umwandlung von organischen verbindungen Withdrawn EP1220957A1 (de)

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