JP2012524171A - Method for producing reactive zinc by electrochemical reduction - Google Patents

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Abstract

本発明は、電気化学的還元による反応性亜鉛の製造方法に関するものであり、その際にカソード材料として鉄又は鋼が使用される。  The present invention relates to a process for producing reactive zinc by electrochemical reduction, in which iron or steel is used as the cathode material.

Description

本発明は、電気化学的還元による反応性亜鉛の製造方法に関するものであり、その際にカソード材料として鉄又は鋼が使用される。   The present invention relates to a process for producing reactive zinc by electrochemical reduction, in which iron or steel is used as the cathode material.

官能化された有機金属構成単位用の出発物質としての反応性亜鉛の製造方法には大きな需要が存在する。これらの構成単位は、例えば薬理学的に関連のある作用物質又は複雑な農薬の構成に利用される。そして、反応性亜鉛から入手可能である亜鉛オルガニルは、遷移金属により仲介されたC,C結合へのカップリングにおいて使用されることができ、その際にハロゲン化アリル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化アルケニル及びハロゲン化アルキニルがカップリング相手として使用されることができる。さらに、亜鉛オルガニルはカルボニル化合物に付加されることができ、その際にキラルな補助試薬は、これらの変換を立体選択的にすら可能にする。   There is a great demand for a process for producing reactive zinc as a starting material for functionalized organometallic building blocks. These building blocks are used, for example, in the construction of pharmacologically relevant agents or complex pesticides. Zinc organyl, which is available from reactive zinc, can then be used in transition metal mediated coupling to C, C bonds, in which case allyl halides, aryl halides, alkenyl halides are used. And alkynyl halides can be used as coupling partners. Furthermore, zinc organyl can be added to the carbonyl compound, in which case the chiral auxiliary reagent makes these transformations even stereoselective.

元素亜鉛から出発する亜鉛オルガニルの直接合成は、不動態化ZnO層に基づいて僅かな場合にのみ可能である。これらには、いわゆるレホルマトスキー(Reformatsky)試薬が含まれ、それらの合成は市販の亜鉛粉末及びα−ハロゲン酢酸エステルから出発して行われる。それに加えて、反応性ハロゲン化合物、とりわけアルキルヨウ化物も、活性化されていない亜鉛粉末と反応することができる。この反応の欠点は、専らα−ハロゲン酢酸エステル又はアルキルヨウ化物の亜鉛オルガニルを得ることができ、かつ他の官能化された亜鉛オルガニルを得ることができないことであり、この製造方法は極めて限定され、かつ極度に基質特異性である。   Direct synthesis of zinc organyl starting from elemental zinc is only possible in a few cases based on a passivated ZnO layer. These include so-called Reformatsky reagents, their synthesis starting from commercially available zinc powder and α-haloacetates. In addition, reactive halogen compounds, in particular alkyl iodides, can also react with unactivated zinc powder. The disadvantage of this reaction is that it is possible to obtain exclusively α-haloacetic acid esters or alkyl iodide zinc organyls and not other functionalized zinc organyls, and this process is very limited. And extremely substrate specific.

多数の亜鉛オルガニルは、しかしながら活性化されていない元素亜鉛から出発しては入手できない。亜鉛の活性化及び引き続き相応する亜鉛オルガニルの合成のためには、技術水準において多様な方法が記載されてきた。   Many zinc organyls, however, are not available starting from elemental zinc which is not activated. Various methods have been described in the state of the art for the activation of zinc and subsequent synthesis of the corresponding zinc organyl.

P. Knochelは、Handbook of Functionalized Organometallics-Applications in Synthesis, Wiley-VCH Verlag Weinheim, 2005に、亜鉛オルガニルを得るための多様な方法を記載する。これらには、金属交換反応、亜鉛の化学的な活性化並びに化学的還元による反応性亜鉛の製造が含まれる。   P. Knochel describes various methods for obtaining zinc organil in the Handbook of Functionalized Organometallics-Applications in Synthesis, Wiley-VCH Verlag Weinheim, 2005. These include metal exchange reactions, chemical activation of zinc as well as the production of reactive zinc by chemical reduction.

金属交換反応は、金属オルガニルとたいてい無機の金属塩との反応であると理解され、その際にオルガニル部分が一方の金属から他方の金属へ移動される。Liオルガニル及びMgオルガニルから出発して、相応する多様な亜鉛オルガニルも生成されることができる。この方法の大きな欠点は、官能化されていない金属オルガニルのみがたいてい製造されることができることである、それというのも、多くの官能基はLiオルガニル及びMgオルガニルと相溶性でないからである。ニトリル、カルボン酸エステル、ケトン又は第三級アミドのような官能基はそれとは異なり、Liオルガニル又はMgオルガニルの付加に従って攻撃され、それゆえさらなる反応のためにはもはや利用できない。アセチリド、第二級アミド又はニトロ化合物のような適度に酸性のプロトンを有する他の官能基は、強い金属オルガニルにより脱プロトン化されることができ、それによりこれらもさらなる反応のためにはもはや利用可能でない。   A metal exchange reaction is understood to be a reaction between a metal organyl and usually an inorganic metal salt, in which the organyl moiety is transferred from one metal to the other. Starting from Li and Mg organyl, a corresponding variety of zinc organyls can also be produced. A major disadvantage of this method is that only unfunctionalized metal organyls can often be produced, since many functional groups are not compatible with Li and Mg organyls. Functional groups such as nitriles, carboxylic acid esters, ketones or tertiary amides, on the other hand, are attacked according to the addition of Li-organyl or Mg-organyl and are therefore no longer available for further reactions. Other functional groups with moderately acidic protons such as acetylides, secondary amides or nitro compounds can be deprotonated by strong metal organyls, so that they are no longer available for further reactions. Not possible.

亜鉛の化学的活性化は、古典的な方法においてLiCl、ヨウ素、ジブロモエタン又はTMSClを助剤として用いて行われる。これら全ての試薬は、不動態化ZnO層の克服に利用される。これらの反応の欠点は、化学的な助剤が、化学量論未満の量又は化学量論量で添加されなければならず、かつ亜鉛オルガニルのその後の反応において妨げてはならないことである。それゆえ、これらの亜鉛オルガニルの使用は制限されて可能であるに過ぎない。   The chemical activation of zinc is carried out in a classical manner using LiCl, iodine, dibromoethane or TMSCl as an auxiliary. All these reagents are used to overcome the passivated ZnO layer. The disadvantage of these reactions is that chemical auxiliaries must be added in sub-stoichiometric or stoichiometric amounts and must not be disturbed in subsequent reactions of zinc organyl. Therefore, the use of these zinc organyls is only possible with limitations.

Rieke(登録商標)亜鉛は、反応性亜鉛が含まれる試薬であり、ナフタレンの存在でのリチウム金属を用いるZnCl2の化学的還元により取得される。この材料は、化学的に活性化された亜鉛と比べて極めて高い反応性を特徴とする。この反応性は、酸素不含及び水不含の条件下での亜鉛の発生から生じ、それにより、不動態化酸化物層の発生が回避される。この反応に不利であるのは、リチウムが化学量論量で使用されなければならないので、高い原料コストが生じ、並びに反応性アルカリ金属を取扱いの安全措置のためのより多くの費用を受け入れなければならないことである。 Rieke® zinc is a reagent that contains reactive zinc and is obtained by chemical reduction of ZnCl 2 with lithium metal in the presence of naphthalene. This material is characterized by a very high reactivity compared to chemically activated zinc. This reactivity results from the generation of zinc under oxygen-free and water-free conditions, thereby avoiding the generation of a passivating oxide layer. Disadvantageous to this reaction is that lithium must be used in stoichiometric amounts, resulting in high raw material costs and accepting more costs for safe handling of reactive alkali metals. It is not to be.

P. Knochelは、Handbook of Functionalized Organometallics-Applications in Synthesis, Wiley-VCH Verlag Weinheim, 2005に、亜鉛の電気化学的活性化も記載する。国際公開(WO-A)第01/02625号には、遷移金属で触媒された電気化学的還元が記載されている。この場合に、アノードで亜鉛アノードの溶解が行われ、それによりZn2+は溶液中で生成される。同時に、遷移金属はカソード上で還元され、その後これはC−ハロゲン結合へ挿入し、かつ有機基をZn2+上に移動させる。使用可能な遷移金属はNi、Co及びFeである。この方法に不利であるのは、後の生成物中の遷移金属の存在である。発生された亜鉛オルガニルは、内在的に遷移金属で汚染されており、これはその後に後続段階においても生成物中に再び見出されうる。薬理学的作用物質の合成の際に特に、遷移金属による汚染はしかし回避されなければならないので、前記の方法からの亜鉛オルガニルはこのために適していない。 P. Knochel also describes the electrochemical activation of zinc in the Handbook of Functionalized Organometallics-Applications in Synthesis, Wiley-VCH Verlag Weinheim, 2005. International Publication (WO-A) 01/02625 describes electrochemical reduction catalyzed by transition metals. In this case, dissolution of the zinc anode takes place at the anode, whereby Zn 2+ is produced in solution. At the same time, the transition metal is reduced on the cathode, after which it inserts into the C-halogen bond and moves the organic group onto Zn 2+ . Possible transition metals are Ni, Co and Fe. Disadvantageous to this method is the presence of transition metals in later products. The generated zinc organyl is inherently contaminated with transition metals, which can then be found again in the product in subsequent stages. Especially in the synthesis of pharmacological agents, zinc organyl from the above-mentioned method is not suitable for this, since contamination with transition metals must however be avoided.

N. Kurono, T. Inoue及びM. Tokudaは、Tetrahedron 2005, 61, 11125-11131に電気化学的還元による反応性亜鉛、いわゆる電解調製亜鉛(EGZn)の別の製造方法を記載する。この方法の場合に、Zn2+イオンを溶液中に発生させるために、Znはアノードで溶解される。以下に、Zn2+は、レドックスメディエーター、例えばナフタレンにより又はしかしまたカソード上で直接還元され、かつ元素亜鉛を溶液中に形成させる。これは、C−ハロゲン結合への挿入のために極めて反応性である、それというのも、これは不動態化酸化物層を含有しないからである。この方法に不利であるのは、工業的規模で使用可能ではなく、かつ費用がかかりすぎるPt電極の使用と、高められた経費をもたらすだろう0〜−10℃の範囲内の低い温度とである。 N. Kurono, T. Inoue and M. Tokuda describe another method for producing reactive zinc by electrochemical reduction, so-called electrolytically prepared zinc (EGZn), in Tetrahedron 2005, 61, 11125-11131. In this method, Zn is dissolved at the anode in order to generate Zn 2+ ions in the solution. In the following, Zn 2+ is reduced directly by a redox mediator such as naphthalene or also on the cathode, and elemental zinc is formed in the solution. This is highly reactive due to insertion into the C-halogen bond, since it does not contain a passivating oxide layer. Disadvantages of this method are the use of Pt electrodes that are not usable on an industrial scale and are too expensive and low temperatures in the range of 0-10 ° C. that would result in increased costs. is there.

本発明の課題は、故に、化学的な還元剤又は試薬を使用せずに反応性亜鉛をできるだけ費用がかからずに製造することができ、かつ工業的規模でも使用可能である方法を提供することである。   The object of the present invention is therefore to provide a process in which reactive zinc can be produced as inexpensively as possible without the use of chemical reducing agents or reagents and which can also be used on an industrial scale. That is.

この課題は、次の工程:
a)カソード及び亜鉛アノードを備えた電気分解セルを準備する工程、
b)電気分解セルに、第四級アンモニウム塩、有機金属塩及び無機金属塩の群から選択される電導度塩を含有し、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及び他の第三級アミドの群から選択される電解液を充填する工程、
c)反応性亜鉛の2〜20%懸濁液が電解液中に生じるまで前記セルに電流を適用する工程
を含み、その際にカソードとして鉄カソード又は鋼カソードが使用され、かつ電気化学的還元が20〜60℃の範囲内の温度で実施される、反応性亜鉛の製造方法により解決される。
This task involves the following steps:
a) preparing an electrolysis cell comprising a cathode and a zinc anode;
b) The electrolysis cell contains a conductivity salt selected from the group of quaternary ammonium salts, organometallic salts and inorganic metal salts, and N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl Filling an electrolyte selected from the group of pyrrolidone and other tertiary amides;
c) applying a current to the cell until a 2-20% suspension of reactive zinc is formed in the electrolyte, wherein an iron or steel cathode is used as the cathode and electrochemical reduction Is solved by a process for the production of reactive zinc, which is carried out at a temperature in the range of 20-60 ° C.

本発明による方法は、電解液としてN,N−ジメチルホルムアミドが使用される場合に有利である。   The method according to the invention is advantageous when N, N-dimethylformamide is used as the electrolyte.

本発明による方法は、電導度塩としてテトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウムが使用される場合に有利である。   The process according to the invention is advantageous when tetrabutylammonium tetrafluoroborate is used as the conductivity salt.

本発明による方法は、電解液がさらに、ナフタレン、N,N−ジメチル−1−ナフタレン及び別の1−置換されたナフタレン並びにフェナントレン、アントラセン、4,4′−ジピリジル、及び4,4′−ジ−t−ブチルビフェニルの群から選択されるレドックスメディエーターを含有する場合に有利である。   In the method according to the invention, the electrolyte further comprises naphthalene, N, N-dimethyl-1-naphthalene and another 1-substituted naphthalene and phenanthrene, anthracene, 4,4'-dipyridyl, and 4,4'-di It is advantageous if it contains a redox mediator selected from the group of t-butylbiphenyl.

本発明による方法は、電気化学的還元が実施される温度が35〜45℃の範囲内である場合に有利である。   The process according to the invention is advantageous when the temperature at which the electrochemical reduction is carried out is in the range from 35 to 45 ° C.

本発明による方法は、1〜4A/dm2の電流密度に調節される場合に有利である。 The method according to the invention is advantageous when it is adjusted to the current density of 1~4A / dm 2.

本発明による方法は、非分割電気分解セルが使用される場合に有利である。   The method according to the invention is advantageous when undivided electrolysis cells are used.

本発明による方法は、カソードとして鉄管又は鋼管が使用され、かつ亜鉛アノードがカソードの内部に同心に配置されている場合に有利である。   The method according to the invention is advantageous when an iron or steel tube is used as the cathode and the zinc anode is arranged concentrically inside the cathode.

本発明による方法は、バッチ式に実施される場合に有利である。   The process according to the invention is advantageous when carried out batchwise.

本発明による方法は、連続的に実施される場合に有利である。   The process according to the invention is advantageous when carried out continuously.

本発明による方法において、電気分解セル中で、活性化された亜鉛は、亜鉛アノードの溶解により提供される亜鉛イオンの電気化学的還元により、製造される。このためには、当業者に知られた各々電気分解セル、例えば分割フローセル又は非分割フローセル、キャピラリーギャップセル又はプレートギャップセルが適している。非分割フローセルが好ましい。   In the process according to the invention, activated zinc is produced in the electrolysis cell by electrochemical reduction of zinc ions provided by dissolution of the zinc anode. For this purpose, each electrolysis cell known to the person skilled in the art, for example a split or non-split flow cell, a capillary gap cell or a plate gap cell, is suitable. Non-divided flow cells are preferred.

電気分解セルには、本発明による方法において、亜鉛アノード及び鉄カソード又は鋼カソードが設けられている。カソードとして鉄カソード又は鋼カソードの当業者に知られた各々形状が、例えばロッド形で、薄板として、管に成形された薄鉄板又は薄鋼板、円錐形に成形された薄鉄板又は薄鋼板として、適している。   The electrolysis cell is provided with a zinc anode and an iron or steel cathode in the process according to the invention. Each shape known to those skilled in the art of iron cathode or steel cathode as the cathode is, for example, rod-shaped, as a thin plate, as a thin iron plate or steel plate formed into a tube, as a thin iron plate or steel plate formed into a conical shape, Is suitable.

亜鉛アノード自体は、同様に当業者に知られた各々形状を、例えばロッド形、薄板として、テーパー/円錐として又はばら積電極(Schuettelektrode)として、有していてよい。ロッド、円筒又は円錐の形状の亜鉛アノードが特に好ましい。   The zinc anode itself may also have each shape known to the person skilled in the art, for example as a rod, as a thin plate, as a taper / cone or as a bulk electrode. Particular preference is given to zinc anodes in the form of rods, cylinders or cones.

本発明による方法の実施のために、カソードに対するアノードの当業者に知られた各々配置、例えば向かい合った配置、平行平面配置又はアノードがカソードの内部に同心に位置している同心配置が可能である。亜鉛アノードがカソードの内部に同心に配置されていることが好ましい。   For the implementation of the method according to the invention, each arrangement known to those skilled in the art of the anode with respect to the cathode is possible, for example, a face-to-face arrangement, a parallel plane arrangement or a concentric arrangement in which the anode is located concentrically inside the cathode. . The zinc anode is preferably arranged concentrically inside the cathode.

電気分解セルには、電解液が充填される。電解液はその際にN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及び他の第三級アミドの群から選択されている。N,N−ジメチルホルムアミド及びN,N−ジメチルアセトアミドが好ましい。N,N−ジメチルホルムアミドの使用が特に好ましい。   The electrolysis cell is filled with an electrolytic solution. The electrolyte is then selected from the group of N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and other tertiary amides. N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferred. The use of N, N-dimethylformamide is particularly preferred.

電解液は、本発明による方法のためには、さらに第四級アンモニウム塩、有機金属塩及び無機金属塩の群から選択されている電導度塩も含有する。テトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウム、メチルスルホン酸ナトリウム及び塩化亜鉛が好ましい。テトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウムが極めて特に好ましい。   The electrolyte also contains a conductivity salt selected from the group of quaternary ammonium salts, organometallic salts and inorganic metal salts for the process according to the invention. Tetrabutylammonium tetrafluoroborate, sodium methylsulfonate and zinc chloride are preferred. Very particular preference is given to tetrabutylammonium tetrafluoroborate.

別の添加剤として、電解液がレドックスメディエーターを含有する場合が有利である。これは好ましくは、ナフタレン、N,N−ジメチル−1−ナフタレン及び別の1−置換されたナフタレン並びにフェナントレン、アントラセン、4,4′−ジピリジル、及び4,4′−ジ−t−ブチルビフェニルの群から選択されている。ナフタレンが特に好ましい。   As another additive, it is advantageous if the electrolyte contains a redox mediator. This is preferably naphthalene, N, N-dimethyl-1-naphthalene and another 1-substituted naphthalene and phenanthrene, anthracene, 4,4'-dipyridyl, and 4,4'-di-t-butylbiphenyl. Selected from the group. Naphthalene is particularly preferred.

本発明による方法のためには、電解液は、20〜60℃の範囲内、好ましくは30〜50℃の範囲内、極めて特に好ましくは35〜45℃の範囲内の温度に加熱される。温度制御は、電解液循環路中に組み込まれた熱交換器を通じて行われる。   For the process according to the invention, the electrolyte is heated to a temperature in the range of 20-60 ° C., preferably in the range of 30-50 ° C., very particularly preferably in the range of 35-45 ° C. Temperature control is performed through a heat exchanger incorporated in the electrolyte circuit.

本発明による方法の場合に、1〜4A/dm2の範囲の電流密度が、カソード及びアノード上に適用される。好ましくは、電流密度は1.5〜3A/dm2の範囲内である。特に好ましくは1.5〜2.5A/dm2の範囲内である。 In the case of the method according to the invention, a current density in the range of 1-4 A / dm 2 is applied on the cathode and anode. Preferably, the current density is in the range of 1.5~3A / dm 2. Particularly preferably, it is in the range of 1.5 to 2.5 A / dm 2 .

電気分解は、電解液中の反応性亜鉛の固体割合が2〜20質量%の理論含量、特に好ましくは2〜10質量%の範囲になった場合に終了する。   The electrolysis is terminated when the solid content of reactive zinc in the electrolytic solution is in the range of 2 to 20% by mass, particularly preferably in the range of 2 to 10% by mass.

本発明による方法は、バッチ式に又は連続的に実施されることができる。連続運転方式の場合に、2〜20質量%の範囲内、好ましくは2〜10質量%の範囲内の反応性亜鉛の含量を有する電解液が前記セルから外へ出される。同時に、同じ量の新鮮な電解液が後充填される。これは、亜鉛アノードがほぼ完全な分解に基づいて交換されなければならなくなるまで、実施される。   The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously. In the case of the continuous operation method, an electrolytic solution having a reactive zinc content in the range of 2 to 20% by mass, preferably in the range of 2 to 10% by mass is discharged from the cell. At the same time, the same amount of fresh electrolyte is post-filled. This is done until the zinc anode has to be replaced based on almost complete decomposition.

本発明による方法において、アノードを包囲する管カソードの使用の際に電解液が電気分解中にポンプ循環される場合が有利である。好ましいのは、100〜600L/h、特に好ましくは300〜600L/hのポンプ循環出力である。   In the process according to the invention, it is advantageous if the electrolyte is pumped during electrolysis when using a tube cathode surrounding the anode. A pump circulation output of 100 to 600 L / h, particularly preferably 300 to 600 L / h is preferred.

a)ビーカーセル中の反応性亜鉛:電流効率(9120-155)
亜鉛アノード及び鉄カソード(電極寸法 それぞれ70×20×3mm、浸漬面積45×20mm、間隔:9mm)を備えたビーカーセル中に、DMF 61.00g中のBu4NBF4 0.65g及びナフタレン1.25gを装入する。40℃への電解液の加熱後に、電気分解を0.2Aの電流の強さで開始する(2A/dm2の電流密度に相当)。電気分解の過程で電解液は著しく黒ずみ、電圧は9.0Vから5.5Vに低下する。12hの運転時間後に、電気分解が終わる。微細分散した亜鉛の暗色懸濁液が得られる。
電解液の元素分析は、2.7%の亜鉛(0)値を与え、これは約60%の電流効率に相当する。
a) Reactive zinc in beaker cells: current efficiency (9120-155)
In a beaker cell equipped with a zinc anode and an iron cathode (electrode dimensions 70 × 20 × 3 mm, immersion area 45 × 20 mm, spacing 9 mm), 0.65 g Bu 4 NBF 4 in 61.00 g DMF and naphthalene 1. Charge 25g. After heating the electrolyte to 40 ° C., electrolysis is started with a current strength of 0.2 A (corresponding to a current density of 2 A / dm 2 ). In the process of electrolysis, the electrolyte becomes dark and the voltage drops from 9.0V to 5.5V. After 12 hours of operation time, the electrolysis is over. A finely dispersed dark suspension of zinc is obtained.
Elemental analysis of the electrolyte gives a zinc (0) value of 2.7%, which corresponds to a current efficiency of about 60%.

b)ビーカーセル中の反応性亜鉛:反応性(9120-172)
亜鉛アノード及び鉄カソード(電極寸法 それぞれ70×20×3mm、浸漬面積45×20mm、間隔:9mm)を有するビーカーセル中に、DMF 61.00g中のBu4NBF4 0.64g及びナフタレン1.30gを装入する。電解液の40℃への加熱後に、電気分解を0.2Aの電流の強さで開始する(2A/dm2の電流密度に相当)。電気分解の過程で電解液は著しく黒ずみ、電圧は8.0Vから8.7Vに上昇する。3.4hの運転時間後に、電気分解が終わる。微細分散した亜鉛の暗色懸濁液が得られる。
b) Reactive zinc in beaker cell: Reactive (9120-172)
0.64 g Bu 4 NBF 4 and 1.30 g naphthalene in 61.00 g DMF in a beaker cell with a zinc anode and an iron cathode (electrode dimensions 70 × 20 × 3 mm, immersion area 45 × 20 mm, spacing: 9 mm, respectively) Is charged. After heating the electrolyte to 40 ° C., electrolysis is started with a current strength of 0.2 A (corresponding to a current density of 2 A / dm 2 ). In the process of electrolysis, the electrolyte becomes darker and the voltage rises from 8.0V to 8.7V. After 3.4 hours of operation time, the electrolysis is complete. A finely dispersed dark suspension of zinc is obtained.

電気化学的に生成された亜鉛の反応性を調べるために、2−ブロモピリジン1.00gを電気分解排出物中へ添加し、反応混合物を0.5hにわたって80℃に加熱する。冷却後に、反応混合物2mLを水4mLと混合し、MTBE(メチル−t−ブチルエーテル)4mLで抽出する。有機相のガスクロマトグラフィーによる調査は、2−ブロモピリジンのピリジンへの86%の転化率を示す(例a)によれば60%の電流効率の場合に、これは70%の反応性に相当する)。   In order to investigate the reactivity of the electrochemically produced zinc, 1.00 g of 2-bromopyridine is added into the electrolysis effluent and the reaction mixture is heated to 80 ° C. for 0.5 h. After cooling, 2 mL of the reaction mixture is mixed with 4 mL of water and extracted with 4 mL of MTBE (methyl-t-butyl ether). A gas chromatographic investigation of the organic phase shows 86% conversion of 2-bromopyridine to pyridine (Example a), according to 60% current efficiency, which corresponds to 70% reactivity. To do).

c)チューブセル中の反応性亜鉛:フルポンプ出力の場合の電流効率(9120-169)
カソードとしての鋼管(φ=5.0cm、l=55cm、活性電極面積864cm2)及びアノードとしてカソードに対して同心に配置され、内部にある亜鉛ロッド(φ=3.7cm、l=55cm、活性電極面積639cm2)を有する電気分解セル中で、DMF 2425g中のBu4NBF4 25g及びナフタレン50gからなる電解液を、40℃で600L/hのポンプ出力でポンプ循環する。8.4hにわたって、12.8Aを電気分解セルに適用し、その際に電圧は6.0Vから6.8Vに上昇する。微細分散した亜鉛の暗色懸濁液が得られる。
電解液の元素分析は、3.4%の亜鉛(0)値を与え、このことは68%の電流効率に相当する。
c) Reactive zinc in tube cell: Current efficiency at full pump output (9120-169)
Steel tube (φ = 5.0 cm, l = 55 cm, active electrode area 864 cm 2 ) as cathode and zinc rod (φ = 3.7 cm, l = 55 cm, active) arranged concentrically with cathode as anode In an electrolysis cell having an electrode area of 639 cm 2 ), an electrolytic solution consisting of 25 g of Bu 4 NBF 4 and 50 g of naphthalene in 2425 g of DMF is pumped at 40 ° C. with a pump power of 600 L / h. Over 8.4 h, 12.8 A is applied to the electrolysis cell, with the voltage rising from 6.0 V to 6.8 V. A finely dispersed dark suspension of zinc is obtained.
Elemental analysis of the electrolyte gives a zinc (0) value of 3.4%, which corresponds to a current efficiency of 68%.

d)チューブセル中の反応性亜鉛:半分のポンプ出力の場合の電流効率(9120-190)
カソードとしての鋼管(φ=5.0cm、l=55cm、活性電極面積864cm2)及びアノードとしてのカソードに対して同心に配置され、内部にある亜鉛ロッド(φ=3.7cm、l=55cm、活性電極面積639cm2)を有する電気分解セル中で、DMF 2425g中のBu4NBF4 25g及びナフタレン50gからなる電解液を、40℃で300L/hのポンプ出力でポンプ循環する。8.4hにわたって、12.8Aを電気分解セルに適用し、その際に電圧は6.5Vからまず最初に9.9V上昇し、さらなる過程で1.2Vに低下する。微細分散した亜鉛の暗色懸濁液が得られる。
電解液の元素分析は、4.1%の亜鉛(0)値を与え、このことは82%の電流効率に相当する。
d) Reactive zinc in tube cell: Current efficiency at half pump output (9120-190)
A steel tube (φ = 5.0 cm, l = 55 cm, active electrode area 864 cm 2 ) as a cathode and a zinc rod (φ = 3.7 cm, l = 55 cm) disposed inside and concentrically with the cathode as an anode, In an electrolysis cell having an active electrode area of 639 cm 2 ), an electrolytic solution consisting of 25 g of Bu 4 NBF 4 and 50 g of naphthalene in 2425 g of DMF is pumped at 40 ° C. with a pump power of 300 L / h. Over a period of 8.4 h, 12.8 A is applied to the electrolysis cell, where the voltage first rises from 6.5 V to 9.9 V and then further decreases to 1.2 V. A finely dispersed dark suspension of zinc is obtained.
Elemental analysis of the electrolyte gives a zinc (0) value of 4.1%, which corresponds to a current efficiency of 82%.

Claims (10)

反応性亜鉛の製造方法であって、次の工程:
a)カソード及び亜鉛アノードを備えた電気分解セルを準備する工程、
b)電気分解セルに、第四級アンモニウム塩、有機金属塩及び無機金属塩の群から選択される電導度塩を含有し、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及び他の第三級アミドの群から選択される電解液を充填する工程、
c)反応性亜鉛の2〜20%懸濁液が電解液中に生じるまで、前記セルに電流を適用する工程
を含み、ここでカソードとして鉄カソード又は鋼カソードを使用し、かつ電気化学的還元を20〜60℃の範囲内の温度で実施する、
反応性亜鉛の製造方法。
A method for producing reactive zinc comprising the following steps:
a) preparing an electrolysis cell comprising a cathode and a zinc anode;
b) The electrolysis cell contains a conductivity salt selected from the group of quaternary ammonium salts, organometallic salts and inorganic metal salts, and N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl Filling an electrolyte selected from the group of pyrrolidone and other tertiary amides;
c) applying a current to the cell until a 2-20% suspension of reactive zinc is formed in the electrolyte, wherein an iron or steel cathode is used as the cathode and electrochemical reduction At a temperature in the range of 20-60 ° C.,
A method for producing reactive zinc.
電解液としてN,N−ジメチルホルムアミドを使用する、請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein N, N-dimethylformamide is used as the electrolytic solution. 電導度塩としてテトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウムを使用する、請求項1から2までのいずれか1項記載の方法。   The method according to claim 1, wherein tetrabutylammonium tetrafluoroborate is used as the conductivity salt. 電解液がさらに、ナフタレン、N,N−ジメチル−1−ナフタレン及び別の1位で置換されたナフタレン並びにフェナントレン、アントラセン、4,4′−ジピリジル、及び4,4′−ジ−t−ブチルビフェニルの群から選択されるレドックスメディエーターを含有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。   The electrolyte further includes naphthalene, N, N-dimethyl-1-naphthalene and another 1-substituted naphthalene and phenanthrene, anthracene, 4,4'-dipyridyl, and 4,4'-di-t-butylbiphenyl. The method according to any one of claims 1 to 3, comprising a redox mediator selected from the group consisting of: 電気化学的還元が実施される温度が、35〜45℃の範囲内である、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。   The process according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature at which the electrochemical reduction is carried out is in the range of 35 to 45 ° C. 1〜4A/dm2の電流密度に調節する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 6. The method according to claim 1, wherein the current density is adjusted to 1 to 4 A / dm < 2 >. 非分割電気分解セルを使用する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。   7. A method according to any one of claims 1 to 6, wherein an undivided electrolysis cell is used. カソードとして鉄管又は鋼管を使用し、かつ亜鉛アノードがカソードの内部に同心に配置されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。   The method according to claim 1, wherein an iron pipe or a steel pipe is used as the cathode, and the zinc anode is arranged concentrically inside the cathode. バッチ式に実施する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。   9. The process as claimed in claim 1, wherein the process is carried out batchwise. 連続的に実施する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the method is carried out continuously.
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