WO2007022979A2 - Mediatorsysteme zur elektrochemischen reduktion organischer verbindungen in wässriger lösung - Google Patents

Mediatorsysteme zur elektrochemischen reduktion organischer verbindungen in wässriger lösung Download PDF

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WO2007022979A2
WO2007022979A2 PCT/EP2006/008313 EP2006008313W WO2007022979A2 WO 2007022979 A2 WO2007022979 A2 WO 2007022979A2 EP 2006008313 W EP2006008313 W EP 2006008313W WO 2007022979 A2 WO2007022979 A2 WO 2007022979A2
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Heiko Brunner
Wolfgang Schrott
Thomas Bechtold
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Dystar Textilfarben Gmbh & Co. Deutschland Kg
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
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    • C09B67/0071—Process features in the making of dyestuff preparations; Dehydrating agents; Dispersing agents; Dustfree compositions
    • C09B67/0077—Preparations with possibly reduced vat, sulfur or indigo dyes
    • C09B67/0078—Preparations of vat, sulfur or indigo dyes in liquid form
    • 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
    • C25B3/20—Processes
    • C25B3/25—Reduction
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D06P—DYEING OR PRINTING TEXTILES; DYEING LEATHER, FURS OR SOLID MACROMOLECULAR SUBSTANCES IN ANY FORM
    • D06P1/00—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed
    • D06P1/22—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed using vat dyestuffs including indigo
    • D06P1/221—Reducing systems; Reducing catalysts
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D06P5/00—Other features in dyeing or printing textiles, or dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form
    • D06P5/20—Physical treatments affecting dyeing, e.g. ultrasonic or electric
    • D06P5/2016—Application of electric energy

Definitions

  • the present invention describes mediator systems which on the one hand are suitable for the reduction of organic functional groups and on the other hand can be easily removed from the reaction mixture.
  • the electrochemical reduction of nitro and nitroso groups to amino functionalities is usually carried out in dilute sulfuric acid solutions, which means a restriction on the cathode materials (eg platinum instead of stainless steel electrodes) due to the corrosion behavior.
  • a reduction of nitro groups in alkaline aqueous media to amino compounds has not been described to date.
  • the object of the present invention is to provide suitable mediator systems which overcome the above-mentioned disadvantages.
  • the present invention thus relates to mediator systems containing di- and / or polyhydroxylated quinoid compounds from the group of anthraquinones, naphthoquinones or anthracene-9,10-diolates of ammonium, alkali, alkaline earth or their ether derivatives for the electrochemical reduction of organic functionalities from the Group of nitro, nitroso, azo, hydrazo, nitramine, nitrosamine, isothiocyanate, di- or polysulfide, nitrile, carbonyl, thiocarbonyl and imine radicals.
  • the mediator systems carry 2 to 4 hydroxyl groups
  • the mediator systems according to the invention are distinguished by the presence of further water-solubilizing substituents, such as sulfonic acid, sulfinic acid, carboxyl or polyethoxylated ether groups, and can thus be converted especially in an aqueous medium a wide pH range can be used.
  • Suitable mediator systems from the group of anthraquinones are 5,8-dihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 5,8-dihydroxyanthraquinone-1-sulfonic acid, 3,4-dihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 3,4-dihydroxy- anthraquinone-1-sulfonic acid, 1,4-dihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 5,8-dihydroxyanthraquinone-2-carboxylic acid, 5,8-dihydroxyanthraquinone-1-carboxylic acid, 3,4-dihydroxyanthraquinone 2-carboxylic acid, 3,4-dihydroxyanthraquinone-1-carboxylic acid, 1, 4-dihydroxyanthraquinone-2-carboxylic acid, 1, 2,3-trihydroxyanthraquinone, 1, 2,5-trihydroxyanthraquinone, 1, 2,
  • Trihydroxyanthraquinone 1, 2,7-trihydroxyanthraquinone, 1, 4,5-trihydroxyanthraquinone, 1, 4,6-trihydroxyanthraquinone, 2, 3,4-trihydroxyanthraquinone-1-sulfonic acid, 3, 4,8-trihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 3,4,8-trihydroxyanthraquinone-1-sulfonic acid, 3,4,5-trihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 3,4,5-trihydroxyanthraquinone 1-sulfonic acid, 3,4,6-trihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 3,4,6-trihydroxyanthraquinone-1-sulfonic acid, 3,4,7-trihydroxyanthraquinone-2-sulfonic acid, 3,4, 7-trihydroxyanthraquinone-1-sulfonic acid, 2,3,4-trihydroxyanthraquinone-1-carbox
  • the hydroxyl groups can also be replaced by alkoxy groups, the short-chain (eg methyl) and long-chain (eg alkyl chains having more than 15 C atoms) and also polyethoxylated alkyl radicals being used as the alkyl radical.
  • Suitable mediator systems from the group of naphthoquinones are 5,8-dihydroxy-1, 4-naphthoquinone, 5,6-dihydroxy-1,4-naphthoquinone, 1,4-dihydroxy-5,8-naphthoquinone-2-sulfonic acid, 1, 4-Dihydroxy-5,8-naphthoquinone-2-carboxylic acid, 1, 2-dihydroxy-5,8-naphthoquinone-3-sulfonic acid, 1, 2-dihydroxy-5,8-naphthoquinone-3-carboxylic acid, 1, 2 Dihydroxy-5,8-naphthoquinone-4-sulfonic acid, 1, 2-dihydroxy-5,8-naphthoquinone-4-carboxylic acid, 5,6,8-trihydroxy-1,4-naphthoquinone, 5,6,7-trihydroxy- 1, 4-naphthoquinone and their ammonium,
  • the hydroxyl groups may also be replaced by alkoxy groups, using as the alkyl radical both short-chain (for example methyl) and long-chain (for example alkyl chains with more than 15 C atoms) and polyethoxylated alkyl radicals.
  • the mediator systems according to the invention are distinguished by their easy separability. This easy separability is desirable because product isolation can be faster and cheaper.
  • the workup and Mediatorabtrennung either in the case of a water-soluble product of the mediator after completion of electrolysis for further operations by extraction with a suitable solvent (eg n-butanol in the case of 1, 2-dihydroxy-anthraquinone , 1, 4-dihydroxy-anthraquinone, 1, 2-dimethoxy-anthraquinone and 1, 4-dimethoxy-anthraquinone) or in a water-insoluble product by separation of the aqueous phase easily and easily done.
  • a suitable solvent eg n-butanol in the case of 1, 2-dihydroxy-anthraquinone , 1, 4-dihydroxy-anthraquinone, 1, 2-dimethoxy-anthraquinone and 1, 4-dimethoxy-anthraquinone
  • the present invention thus also relates to a process for the electrochemical reduction of organic functionalities from the group of nitro, nitroso, azo, hydrazo, nitramine, nitrosamine, isothiocyanate, di- or polysulfide, nitrile, carbonyl thiocarbonyl - And imine residues characterized in that mediator containing di- and / or trihydroxylated quinoid compounds from the group of anthraquinones, naphthoquinones or anthracene-9,10-diolates of the ammonium, alkali, alkaline earth metals or their ether derivatives are used.
  • Hydroxylated anthraquinones in which the hydroxyl groups are in the 1, 2 and 4 positions show, in addition to an electrochemical activity as a mediator, elimination of the hydroxy group in the 1 position.
  • the electrochemical process of purpurin elimination is characterized in comparison to the chemical processes mainly by lower salt loads.
  • the process according to the invention can be carried out in dilute sodium hydroxide solution, in acetic acid or in ammoniacal solution.
  • a systematic investigation of the redox properties of the mediators according to the invention can be carried out by measurement with the aid of quasi-acidic electrochemical methods, in particular cyclic voltammetry. This can be the
  • Peak potential as a measure of the achievable in electrochemical experiments in alkaline solution redox potential can be used.
  • Table 1 shows some typical cathodic peak potentials of some mediators according to the invention:
  • the additional electron-withdrawing substituent in the form of the sulfonic acid group does not per se result in a reduction in the negative cathodic peak potential.
  • the mediator systems according to the invention show different current yields depending on the position of the substituents. The current yields are determined in a conventional manner by redox titration with a 0.1 molar potassium hexacyanoferrate (III) solution at 50 ° C.
  • Table 2 shows the current yields of the abovementioned mediator systems according to the invention using the example of the reduction of 1, 1 '- [2.2'] - biindolydidene-3,3'-dione as a function of the current densities used.
  • a liquor content of 0.2 mol / L, a mediator concentration of 1 1 mol% at a temperature of 60 0 C was used.
  • caustic-stable carbonyl and heterocarbonyl compounds e.g. Thiocarbonyl and imines are reduced electrochemically.
  • the anthraquinone system is reduced to the anthrone or anthracene derivative.
  • Diazonium salts can be reduced cathodically.
  • a plurality of organic compounds can be reduced in the presence of the mediator systems according to the invention:
  • compounds having the following functionalities for example nitro, nitroso, azo, hydrazo, nitramine, nitrosamines, isothiocyanate diols or polysulfides, nitrile, are particularly suitable and sulfoxide groups via an electrochemical reduction using the mediator according to the invention readily available.
  • a particular advantage of this method lies in the selectivity of the process, since sp 2 - hybridized carbon-halogen bonds are not reduced.
  • the mediators according to the invention can also be used for the reduction of natural and synthetic dyes, as described in detail, for example, in "Ullmanns Enzyklopadie der ischen Chemie” 4th Edition (1976), Vol. 11, pp. 99-144, in particular quinone dyes such as dianthronyl and alkanine, madder dyes, indigoid dyes such as indigo, brominated indigo derivatives and indigotine, pyrrole dyes such as flavone, isoflavone and flavanone and sulfur dyes are mentioned.
  • quinone dyes such as dianthronyl and alkanine
  • madder dyes indigoid dyes
  • indigoid dyes such as indigo, brominated indigo derivatives and indigotine
  • pyrrole dyes such as flavone, isoflavone and flavanone and sulfur dyes are mentioned.
  • the sulfonated hydroxylated and alkoxylated anthraquinone and anthrarcene-9,10-diol derivatives also allow the reduction of vat dyes, depending on the reduction potential present ..
  • vat dyes Cl.Vat Green 1, Cl. Vat Green 3, Cl. Vat Green 5, Cl. Vat Brown 50, Cl. Vat Yellow 20, the Cl. Vat Yellow 1, the Cl. Vat Yellow 46, the Cl. Vat Yellow 48, the Cl. Vat Yellow 49, the Cl. Vat Orange 1, the Cl. Vat Red 1, the Cl. Vat Red 23, the Cl. Vat Red 31, the Cl. Vat Red 32, the Cl.
  • Vat Red 54 the Cl. Vat Violet 3, the Cl. Vat Violet 13, the Cl. Vat Blue 12: 1, the Cl. Vat Blue 4, the Cl. Vat Blue 6, the Cl. Vat Blue 14, the Cl. Vat Blue 66, and the Cl. To name Vat Blue 16.
  • the mediator can be easily separated, recovered and reused for cathodic reduction.
  • the amounts used of the mediator systems according to the invention are in the abovementioned applications yes after inserted current density between 0.5 * 10 "3 mol / L and 35 * 10 '3 mol / L, with concentrations of 5 * 10 " 3 mol / L are preferred ,
  • electrolysis cells divided or quasi-divided electrolysis cells are used.
  • the cathode both a plate electrode and a three-dimensional cathode can be used.
  • cathode material copper, zinc, lead, graphite and stainless steel can be used.
  • diamond electrodes can be used.
  • Neutral or alkaline solutions of alkali salts, in particular sodium hydroxide, potassium hydroxide or soda or sodium sulfate, are preferably used as the conducting electrolyte. Particular preference is given to using a dilute sodium hydroxide solution or sodium sulfate solution.
  • the electrolysis can be carried out at temperatures of 5 to 135 ° C. Flow rates used are 0.1 m / s to 1 m / s, preferably 0.05 to 0.8 m / s.
  • the mediators according to the invention can be used both in galvanostatic and in potentiostatic electrolysis strategies.
  • a divided electrolysis cell with a platinum-plated titanium electrode and a sandwich cathode consisting of two stainless steel expanded metal with an interposed wire mesh interlayer with a total area of 2270 cm 2 (viewing area: 100 cm 2 ), a reduction of 1, 5-dinitro-anthra -9,10-quinone to give 1, 5-diamino-anthra-9,10-quinone.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is placed in a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow rate should be 0.1 m / s.
  • the reduction is terminated after a charge of 10.9 Ah
  • the resulting red alkaline solution is removed from the cathode circuit, the reaction product is reoxidized with atmospheric oxygen, filtered off and dried in vacuo.
  • the mediator used is contained in the aqueous phase and can be used again.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is placed in a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow rate should be 0.1 m / s.
  • the reduction is terminated after a charge of 14.25 Ah
  • the resulting deep red alkaline solution is removed from the cathode circuit after neutralization with dilute hydrochloric acid, the reduction product is isolated by extraction with n-butanol, the phases are separated and the combined organic phases are dried over sodium sulfate
  • the mediator used is contained in the aqueous phase and can again
  • the solvent is distilled off and the reduction product is purified by fractional distillation. 12.13 g of 4-N, N-dimethylamino-aniline (67% of theory) are obtained with quantitative current yield.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is placed in a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow rate in the cathode compartment should be 0.1 m / s.
  • the catholyte was prepared by adding 100 g of a sulfur black 1 press cake produced in the production to a mixture consisting of 2000 g of water, 1, 2 g of 5.8 g.
  • Electrolysis further 4350g press cake be postdosed.
  • a current of 10 A (current density: 9.5 * 10 -3 A / cm 2 ) and a cell voltage between 7.0 -4.3 V is applied.
  • the reduction is terminated after introduction of a charge amount of 238.3 Ah. This gives 4350 ml of a leuco sulfur black 1 solution with a
  • a divided electrolysis cell with a platinum-plated titanium electrode and a sandwich cathode consisting of two stainless steel plug metal layers and an interposed wire mesh interlayer with a total electrode area of 2270 cm 2 , the reduction of indigo to leucoindigo is performed.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is introduced into a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow inside the cell should be 0.1 m / s. 3000 g deionised water with 230 g caustic soda 50% are used as anolyte.
  • the catholyte was prepared by filling 48.5 g of indigo, 7.5 g of 5,8-dihydroxy-anthraquinone-2-potassium sulfonate and 80 g of sodium hydroxide solution 50% in the cathode cycle.
  • 1, 5 to 2.0V cell voltage and 1, 0A current are applied.
  • the Electrolysis is carried out at a temperature between 55-60 0 C with a current density of 4 / TiO "4 A / cm 2. The reduction was complete after 2,016F mol / at a current efficiency of 99.2%.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is placed in a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow rate within the cell should be 0.1 m / s. 3000 g of water with 230 g of 50% sodium hydroxide are used as the anolyte.
  • the catholyte was prepared by adding 50 g of a presscake of Cl. Vat Yellow 46, 7.2 g of 3,4-dihydroxy-anthraquinone-3-sodium sulfonate and 80 g of sodium hydroxide solution 50% in the cathode cycle fills.
  • For the electrolysis 1.9 to 2.1V cell voltage and 1, 0A current are applied.
  • the electrolysis was carried out at a temperature between 55-60 0 C with a current density of 4.4 * 10 "4 A / cm 2. The reduction was terminated after 4.25F / mol with 94.1% current efficiency.
  • a divided electrolysis cell with a platinum-plated titanium electrode and a sandwich cathode consisting of two stainless steel plug metal layers and an interposed wire mesh interlayer with a total electrode area of 2270 cm 2 , the reduction of indigo to leucoindigo is performed.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is introduced into a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow inside the cell should be 0.1 m / s.
  • 3000 g deionised water with 230 g caustic soda 50% are used as anolyte.
  • the catholyte was prepared by adding 30 g of 1, 2,4-trihydroxy-anthraquinone-3-carboxylic acid, 2000 g of deionized water and 80 g of sodium hydroxide 50% in the cathode cycle.
  • 1, 8 V cell voltage and 1, 0 A current are applied.
  • the electrolysis is carried out at a temperature between 55-60 0 C with a current density of 4.4 * 10 ⁇ A / cm 2 .
  • the reduction was stopped after 2.0F / mol with a quantitative current efficiency.
  • the reaction product was reoxidized by introducing air and precipitated by adjusting the pH to pH 1. 17.3 g (61% of theory) of 1,3-dihydroxyanthraquinone-2-carboxylic acid were obtained.
  • a divided electrolysis cell with a placed titanium electrode and a sandwich cathode consisting of two stainless steel plug metal layers and an interposed wire mesh interlayer with a total electrode area of 2270 cm 2 , the reduction of indigo to leucoindigo is performed.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is introduced into a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow inside the cell should be 0.1 m / s. 3000 g deionised water with 230 g caustic soda 50% are used as anolyte.
  • the catholyte was prepared by charging 48.5 g of indigo, 6.4 g of 1, 2,3,6,7,8-hexahydroxy-anthraquinone and 80 g of 50% sodium hydroxide in the cathode circuit.
  • 1, 5 to 2.0V cell voltage and 0.5A current are applied.
  • the electrolysis is carried out at a temperature between 55-60 0 C with a current density of 2.2 * 10 "4 A / cm 2.
  • the reduction was complete after 2,0F / mol with a quantitative current efficiency.
  • a divided electrolysis cell with a placed titanium electrode and a sandwich cathode consisting of two stainless steel plug metal layers and an interposed wire mesh interlayer with a total electrode area of 2270 cm 2 .
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is introduced into a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow inside the cell should be 0.1 m / s. 3000 g deionised water with 230 g caustic soda 50% are used as anolyte.
  • the catholyte was prepared by charging 48.5 g of indigo, 5.7 g of 1, 2,5,6-tetrahydroxy-anthraquinone and 80 g of 50% sodium hydroxide in the cathode circuit.
  • 1, 5 to 2.0V cell voltage and 0.5A current are applied.
  • the electrolysis is carried out at a temperature between 55-60 0 C with a current density of 2.2 * 10 "A / cm 2.
  • the reduction was complete after 2,0F mol / with a quantitative current efficiency.
  • Example 8 Preparation of 1, 5-diamino-anthraquinone in the presence of 1, 2,3,5,6,7-hexahydroxy-anthraquinone
  • Knitted wire liner with a total area of 2270 cm 2 (viewing area: 100 cm 2 ), a reduction of 1, 5-dinitro-anthr-9,10-quinone to 1, 5-diamino-anthra-9,10-quinone is performed.
  • the anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane.
  • the divided cell is placed in a two-circuit electrolysis apparatus with pump circulation.
  • the flow rate should be 0.1 m / s. 2000 ml of water with 4 g of 50% sodium hydroxide solution, 10 g of 1,5-dinitroanthra-9,10-quinone and 1, 2 g of 1,2,3,5,6,7-hexahydroxyanthraquinone are used as the catholyte.
  • As anolyte 3000 mL DI water with 230 g sodium hydroxide 50% are used. It is (/ cm "total current density of 8.8 * 10 5 A 2) is applied an electric current of 0.2A at a voltage of 1, 9 to 2.0V.
  • the reduction is terminated after a charge of 10.9 Ah
  • the resulting red alkaline solution is removed from the cathode circuit, the desired product is reoxidized with atmospheric oxygen, and the reaction product is filtered off and dried in vacuo.
  • the mediator used can be separated from the product by leaching with caustic soda and reused

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Abstract

Mediatorsysteme enthaltend di- und/oder polyhydroxylierte chinoide Verbindungen aus der Gruppe der Anthrachinone, Naphthochinone bzw. Anthracen-9,10-diolate der Ammonium-, Alkali-, Erdalkalimetalle oder deren Etherderivate zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten aus der Gruppe der Nitro-, Nitroso-, Azo-, Hydrazo-, Nitramin-, Nitrosamin, Isothiocyanat, Di- bzw. Polysulfid-, Nitril-, Carbonyl- Thiocarbonyl- und Imin-Substituenten, sowie Verfahren zur elektrochemischen Reduktion der obengenannten organischen Funktionalitäten.

Description

DYSTAR TEXTILFARBEN GMBH & CO. DEUTSCHLAND KG 2005/D51 5 Dr. Ku
Mediatorsysteme zur elektrochemischen Reduktion organischer Verbindungen in wässriger Lösung
Die vorliegende Erfindung beschreibt Mediatorsysteme, die zum einen zur Reduktion organischer funktioneller Gruppen geeignet sind und zum anderen leicht aus der Reaktionsmischung entfernt werden können.
Die Reduktion organischer Verbindungen mittels chemischer Reduktionsmittel wie z.B. Natriumsulfid stellt eine der Schlüsseloperationen in der Synthesechemie dar. Ein Nachteil dieser Methoden ist jedoch häufig das Auftreten von Abfallsalzen bzw. Abfallverbindungen. Eine Alternative ist die kathodische Reduktion der organischen Verbindungen. Die Elektrolyse organischer Verbindungen in wässrigen und umweltverträglichen Medien stellt oftmals ein signifikantes Problem dar, da aufgrund der geringen Löslichkeit der Verbindungen in diesen Medien schlechte Raum-Zeit-Ausbeuten erhalten werden. Dieses Problem kann beispielsweise durch indirekte Elektrolysen, die einen Mediator benutzen, gelöst werden: die Schrift Russian Chemical Reviews 71 (2) (2002), S. 111 - 139 beschreibt den Einsatz von Übergangsmetallverbindungen als Mediatoren in der indirekten Elektrolyse organischer Verbindungen. Ein Nachteil dieser Systeme ist die Benutzung ökologisch problematischer Schwermetalle. Die Schrift Organic Electrochemistry 4th Edition (2001 ) Marcel Dekker Inc. S. 1163 - 1226 gibt eine ausführliche Übersicht über die Verwendung organischer Moleküle als Mediatoren. Neben polyaromatischen Verbindungen wie Anthracenen, Pyrenen, Biphenylenen, Acenaphthylenen und Heteroaromaten wie Bipyridin sind auch chinoide Strukturen eingesetzt worden. Ein Nachteil dieser Verbindungen ist jedoch trotz des sehr negativen Redoxpotentials ihre geringe Löslichkeit in alkalischen und wässrigen Medien. Bei einer Vielzahl von organischen Verbindungen ist jedoch eine Elektroreduktion in alkalisch wässrigen bzw. neutral wässrigen Medien eindeutig von Vorteil, da die Reaktionsprodukte leichter abtrennbar oder in diesen Medien überhaupt erst stabil und weiterverwertbar sind. Beispielsweise erfolgt die elektrochemische Reduktion von Nitro-, und Nitrosogruppen zu Amino-Funktionalitäten in der Regel in verdünnten schwefelsauren Lösungen was auf Grund des Korrosionsverhaltens eine Einschränkung hinsichtlich der Kathodenmaterialien (z.B. Platin statt Edelstahlelektroden) bedeutet. Eine Reduktion von Nitrogruppen in alkalischen wässrigen Medien zu Aminoverbindungen ist bis heute nicht beschrieben worden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung geeigneter Mediatorsysteme, die die oben genannten Nachteile überwinden.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit Mediatorsysteme enthaltend di- und/oder polyhydroxylierte chinoide Verbindungen aus der Gruppe der Anthrachinone, Naphthochinone bzw. Anthracen-9,10-diolate der Ammonium-, Alkali-, Erdalkalimetalle oder deren Etherderivate zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten aus der Gruppe der Nitro-, Nitroso-, Azo-, Hydrazo-, Nitramin-, Nitrosamin, Isothiocyanat, Di- bzw. Polysulfid-, Nitril-, Carbonyl- Thiocarbonyl- und Imin-Reste.
Die erfindungsgemäßen Mediatorsysteme zeichnen sich darüber hinaus für den Fall dass die Mediatorsysteme 2 bis 4 Hydroxygruppen tragen, durch die Anwesenheit von weiteren wasserlöslich-machende Substituenten wie Sulfonsäure-, Sulfinsäure-, Carboxyl- bzw. polyethoxylierte Ethergruppen aus und können somit besonders im wässrigen Milieu über einen weiten pH-Bereich eingesetzt werden . Geeignete Mediatorsysteme aus der Gruppe der Anthrachinone sind 5,8-Dihydroxy- anthrachinon-2-sulfonsäure, 5, 8-Dihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 3,4-Dihydroxy- anthrachinon-2-sulfonsäure, 3,4-Dihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 1 ,4-Dihydroxy- anthrachinon-2-sulfonsäure, 5,8-Dihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 5,8-Dihydroxy- anthrachinon-1 -carbonsäure, 3,4-Dihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 3,4-Dihydroxy- anthrachinon-1 -carbonsäure, 1 ,4-Dihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 1 ,2,3-Trihydroxy- anthrachinon, 1 ,2,5-Trihydroxy-anthrachinon, 1 ,2,8-Trihydroxy-anthrachinon, 1 ,2,6-
Trihydroxy-anthrachinon, 1 ,2,7-Trihydroxy-anthrachinon, 1 ,4,5-Trihydroxy-anthrachinon, 1 ,4,6-Trihydroxy-anthrachinon, 2, 3,4-Trihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 3,4,8- Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 3,4,8-Trihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 3,4,5- Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 3,4, 5-Trihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 3,4,6- Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 3,4, 6-Trihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 3,4,7- Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 3,4, 7-Trihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 2,3,4- Trihydroxy-anthrachinon-1 -carbonsäure, 3,4,8-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 3,4, 8-Trihydroxy-anthrachinon-1 -carbonsäure, 3,4,5-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 3,4,5-Trihydroxy-anthrachinon-1-carbonsäure, 3,4,6-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 3,4,6-Trihydroxy-anthrachinon-1 -carbonsäure, 3,4,6-Trihydroxy-anthrachinon-1 -carbonsäure, 3,4,7-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 3,4, 7-Trihydroxy-anthrachinon-1 -carbonsäure, 1 ,4,8-Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 1 ,4,8-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 4, 5, 8-Trihydroxy-anthrachinon-1 -sulfonsäure, 4,5,8-Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 4, 5, 8-Trihydroxy-anthrachinon-1 -carbonsäure, 4,5,8-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 4,5,8-Trihydroxy-anthrachinon-3-sulfonsäure, 4,5,8-Trihydroxy-anthrachinon-3-carbonsäure, 1 ,4,6-Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 1 ,4,6-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 1 ,4,7-Trihydroxy-anthrachinon-2-sulfonsäure, 1 ,4,7-Trihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure, 1 ,2,5,6-Tetrahydroxy-anthrachinon, 1 ,2,7,8-Tetrahydroxyanthrachinon, 1 ,2,3,6,7,8- Hexahydroxyanthrachinon, 1 ,2,3,5,6,7-Hexahydroxy-anthrachinon, 1 ,2,5,6-Tetrahydroxy- anthrachinon-3-sulfonsäure, 1 ,2,7,8-Tetrahydroxy-anthrachinon-3-sulfonsäure, 1 ,2,5,6- Tetrahydroxy-anthrachinon-3,7-disulfonsäure und 1 ,2,7,8-Tetrahydroxy-anthrachinon-3,6- disulfonsäure bzw. die entsprechenden Sulfinsäure- und Carboxylderivate, sowie deren Ammonium-, Alkali- und Erdalkalisalze. Bei den oben genannten Anthrachinon- Systemen können die Hydroxylgruppen auch durch Alkoxygruppen ersetzt werden, wobei als Alkyl-Rest sowohl kurzkettige (z.B. Methyl-) als auch langkettige (z.B. Alkylketten mit mehr als 15 C-Atomen) und auch polyethoxylierte Alkylreste Verwendung finden.
Geeignete Mediatorsysteme aus der Gruppe der Naphthochinone sind 5,8-Dihydroxy-1 ,4- naphthochinon, 5,6-Dihydroxy-1 ,4-naphthochinon, 1 ,4-Dihydroxy-5,8-naphthochinon-2- sulfonsäure, 1 ,4-Dihydroxy-5,8-naphthochinon-2-carbonsäure, 1 ,2-Dihydroxy-5,8- naphthochinon-3-sulfonsäure, 1 ,2-Dihydroxy-5,8-naphthochinon-3-carbonsäure, 1 ,2- Dihydroxy-5,8-naphthochinon-4-sulfonsäure, 1 ,2-Dihydroxy-5,8-naphthochinon-4- carbonsäure, 5,6,8-Trihydroxy-1 ,4-naphtochinon, 5,6,7-Trihydroxy-1 ,4-naphthochinon sowie deren Ammonium-, Alkali- und Erdalkalisalze. Bei oben genannten Naphthochinon-Systemen können die Hydroxylgruppen auch durch Alkoxygruppen ersetzt sein, wobei als Alkyl-Rest sowohl kurzkettige (z.B. Methyl-) als auch langkettige (z.B. Alkylketten mit mehr als 15 C- Atomen) als auch polyethoxylierte Alkylreste Verwendung finden.
Die erfindungsgemäßen Mediatorsysteme zeichnen aufgrund ihrer Löslichkeiten durch ihre leichte Abtrennbarkeit aus. Diese leichte Abtrennbarkeit ist erwünscht, da die Produktisolierung schneller und kostengünstiger erfolgen kann.
So kann je nach Reaktionsprodukt durch Wahl eines geeigneten Mediators die Aufarbeitung und Mediatorabtrennung entweder im Falle eines wasserlöslichen Produktes der Mediator nach beendeter Elektrolyse nach entsprechenden weiteren Arbeitsschritten durch Extraktion mit einem geeigneten Lösemittel (z.B. n-Butanol im Falle von 1 ,2-Dihydroxy-anthrachinon, 1 ,4-Dihydroxy-anthrachinon, 1 ,2-Dimethoxy-anthrachinon und 1 ,4-Dimethoxy-anthrachinon) oder bei einem wasserunlöslichen Produkt durch Abtrennung der wässrigen Phase einfach und unproblematisch erfolgen.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten aus der Gruppe der Nitro-, Nitroso-, Azo-, Hydrazo-, Nitramin-, Nitrosamin, Isothiocyanat, Di- bzw. Polysulfid-, Nitril-, Carbonyl- Thiocarbonyl- und Imin-Reste dadurch gekennzeichnet, dass Mediatorsysteme enthaltend di- und/oder trihydroxylierte chinoide Verbindungen aus der Gruppe der Anthrachinone, Naphthochinone bzw. Anthracen-9,10-diolate der Ammonium-, Alkali-, Erdalkalimetalle oder deren Etherderivate zum Einsatz kommen.
Hydroxylierte Anthrachinone, bei denen sich die Hydroxyl-Gruppen in 1 ,2- und 4-Stellung befinden, zeigen neben einer elektrochemische Aktivität als Mediator eine Eliminierung der in 1 -Stellung befindlichen Hydroxygruppe.
Figure imgf000005_0001
Dieser Eliminierungsprozess ist in der Literatur als Purpurin-Eliminierung bekannt, wobei in der Literatur die Verwendung chemischer Reduktionsmittel beschrieben ist. Die elektrochemische Purpurin-Eliminierung ist neu und ebenfalls Gegenstand der vorliegenden
Anmeldung.
Das elektrochemische Verfahren der Purpurin-Eliminierung zeichnet sich im Vergleich zu den chemischen Verfahren vor allem durch geringere Salzfrachten aus. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verdünnter Natronlauge, in Essigsäure bzw. in ammoniakalischer Lösung durchgeführt werden.
Eine systematische Untersuchung der Redoxeigenschaften der erfindungsgemäßen Mediatoren kann durch Messung mit Hilfe von quasisationären elektrochemischen Methoden, insbesondere der cyclischen Voltammetrie, erfolgen. Hierbei kann das
Peakpotential, als Maß für das bei elektrochemischen Versuchen in alkalischer Lösung erreichbare Redoxpotential verwendet werden.
Tabelle 1 zeigt einige typische kathodische Peakpotentiale einiger erfindungsgemäßer Mediatoren :
Tabelle 1 : kathodische Peakpotentiale einiger erfindungsgemäßer Mediatoren :
Figure imgf000005_0002
Figure imgf000006_0001
Wie aus Tabelle 1 in überraschender Weise ersichtlich ist, resultiert aus dem zusätzlichen elektronenziehende Substituenten in Form der Sulfonsäure-Gruppe nicht per se eine Reduzierung des negativen kathodischen Peakpotentials. Gerade im Falle der 1,2- dihydroxylierten Verbindungen stellt es sich als günstig heraus, wenn sich die Sulfonsäure- Funktionalität im gleichen Ring befindet, während es im Falle der 1 ,4-dihydroxylierten Verbindungen umgekehrt ist. Darüber hinaus zeigen die erfindungsgemäßen Mediatorsysteme in Abhängigkeit der Position der Substituenten unterschiedliche Stromausbeuten. Die Stromausbeuten werden in geläufiger Weise durch Redoxtitration mit einer 0,1 molaren Kaliumhexacyanoferrat(lll)-Lösung bei 50cC bestimmt.
Tabelle 2 zeigt die Stromausbeuten der oben genannten erfindungsgemäßen Mediatorsysteme am Beispiel der Reduktion von 1 ,1 '-[2,2']-Biindolydiden-3,3'-dion in Abhängigkeit von den eingesetzten Stromdichten. Dabei wurde ein Laugengehalt von 0,2 mol/L, eine Mediatorkonzentration von 1 1 mol-% bei einer Temperatur von 600C eingesetzt.
Tabelle 2: Elektrochemische Reduktion einer Carbonylfunktion am Beispiel von 1 ,1 '-[2,2']- Biindolyliden-3,3'-dion
Figure imgf000006_0002
Neben Carbonyl-Funktionalitäten können auch andere funktionelle Gruppen mit guten chemischen und Stromausbeuten reduziert werden: So gelingt problemlos die Reduktion von 1 ,5-Dinitro-anthrachinon zu 1 ,5-Diamino-anthrachinon
Figure imgf000007_0001
und die Reduktion von N,N-Dimethyl-4-nitroso-anilin zu 4-N,N-Dimethylamino-anilin.
Figure imgf000007_0002
Ferner können in Gegenwart der erfindungsgemäßen Mediatoren laugenstabile Carbonyl- und Heterocarbonylverbindungen, wie z.B. Thiocarbonyl- und Imine elektrochemisch reduziert werden. Bespielsweise wird bei Verwendung von 9,10-Anthrachinon-1 ,4- dicarbonsäure als Mediator das Anthrachinon-Systems zum Anthron- bzw. Anthracen- Derivat reduziert. Diazoniumsalze können kathodisch reduziert werden.
In gleicher Weise ist in Gegenwart de erfindungsgemäßen Mediatorsysteme eine Vielzahl von organischen Verbindungen reduzierbar: So sind insbesondere Verbindungen mit folgenden Funktionalitäten wie z.B. Nitro-, Nitroso, Azo-, Hydrazo-, Nitramine-, Nitrosamine, Isothiocyanat- Di- bzw. Polysulfiden, Nitril- und Sulfoxid-Gruppen über eine elektrochemische Reduktion unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mediatorsysteme gut zugänglich. Ein besonderer Vorteil dieser Methode liegt in der Selektivität des Prozesses, da sp2- hybridisierte Kohlenstoff-Halogen-Bindungen nicht reduziert werden.
Auf Grund der negativen Redoxpotentiale können die erfindungsgemäßen Mediatoren auch zur Reduktion von natürlichen und synthetischen Farbstoffen, wie sie z.B. in „Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie" 4. Aufl. (1976), Bd.11 , S. 99-144 ausführlich beschrieben sind, eingesetzt werden, wobei insbesondere Chinon-Farbstoffe, wie z.B. Dianthronyl und Alkannin, Krapp-Farbstoffe, indigoide Farbstoffe, wie z.B. Indigo, bromierte Indigo-Derivate und Indigotin, Pyron-Farbstoffe, wie z.B. Flavon, Isoflavon und Flavanon und Schwefelfarbstoffe zu nennen sind. Im Gegensatz zu den Anthrachinondisulfonsäuren ermöglichen die sulfonierten hydroxylierten und alkoxylierten Anthrachinon- und Anthrarcen- 9,10-diol-Derivaten in Abhängigkeit des vorliegenden Reduktionspotentials auch die Reduktion von Küpenfarbstoffen. Bei diesen Küpenfarbstoffen sind vor allem das Cl. Vat Green 1 , das Cl. Vat Green 3, das Cl. Vat Green 5, das Cl. Vat Brown 50, das Cl. Vat Yellow 20, das Cl. Vat Yellow 1 , das Cl. Vat Yellow 46, das Cl. Vat Yellow 48, das Cl. Vat Yellow 49, das Cl. Vat Orange 1 , das Cl. Vat Red 1 , das Cl. Vat Red 23, das Cl. Vat Red 31 , das Cl. Vat Red 32, das Cl. Vat Red 54, das Cl. Vat Violet 3, das Cl. Vat Violet 13, das Cl. Vat Blue 12:1 , das Cl. Vat Blue 4, das Cl. Vat Blue 6, das Cl. Vat Blue 14, das Cl. Vat Blue 66, und das Cl. Vat Blue 16 zu nennen.
Durch Verwendung der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Mediatoren kann der Mediator einfach abgetrennt, wiedergewonnen und erneut zur kathodischen Reduktion eingesetzt werden.
Die Einsatzmengen der erfindungsgemäßen Mediator-Systeme liegen bei oben genannten Anwendungen ja nach eingesetzter Stromdichte zwischen 0,5*10"3 mol/L und 35*10'3 mol/L, wobei Konzentrationen von 5*10"3 mol/L bevorzugt sind.
Als geeignete Elektrolysezellen werden geteilte bzw. quasi-geteilte Elektrolysezellen verwendet. Als Kathode kann sowohl eine Plattenelektrode als auch eine dreidimensionale Kathode verwandt werden. Als Kathodenmaterial kann Kupfer, Zink, Blei, Graphit und Edelstahl eingesetzt werden. Ferner können Diamantelektroden verwandt werden. Als Leitelektrolyt werden bevorzugt neutrale oder alkalische Lösungen von Alkalisalzen, insbesondere Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Soda bzw. Natriumsulfat verwendet. Besonders bevorzugt wird eine verdünnte Natronlauge oder Natriumsulfat-Lösung verwendet. Die Elektrolyse kann bei Temperaturen von 5 bis 135°C durchgeführt werden. Als Strömungsgeschwindigkeiten werden 0,1 m/s bis 1 m/s, bevorzugt 0,05 bis 0,8 m/s verwandt. Die erfindungsgemäßen Mediatoren können sowohl in galvanostatischen als auch in potentiostatischen Elektrolysestrategien eingesetzt werden.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne jedoch die Erfindung auf diese zu beschränken.
Beispiel 1 - Reduktion von 1 ,5-Dinitro-anthra-9,10-chinon in Gegenwart von 1 ,2-Dihydroxy- anthrachinon-3-natriumsulfonat
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platinierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlstreckmetall mit einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtfläche von 2270 cm2 (Ansichtsfläche: 100 cm2) wird eine Reduktion von 1 ,5-Dinitro-anthra-9,10-chinon zu 1 ,5-Diamino-anthra-9,10-chinon durchgeführt. Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis-Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit soll 0,1 m/s betragen. Es werden 2000 ml_ Wasser mit 4g Natronlauge 50%, 10g 1 ,5-Dinitro-anthra-9,10-chinon und 1 ,2g 1 ,2-Dihydroxy-anthrachinon-3-natriumsulfonat als Katholyt eingesetzt. Als Anolyt werden 3000 ml_ VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% verwendet. Es wird eine Stromstärke von 0,5 A (Gesamtstromdichte von 2,2MO"4 A/cm2) bei einer Spannung von 1 ,9 bis 2,0 V angelegt. Die Reduktion wird nach einer Ladungsmenge von 10,9 Ah beendet. Die resultierende rote alkalische Lösung wird aus dem Kathodenkreislauf entnommen, das Reaktionsprodukt mit Luftsauerstoff reoxidiert, abfiltriert und im Vakuum getrocknet. Der eingesetzte Mediator ist in der wässrigen Phase enthalten und kann erneut eingesetzt werden.
Es werden 6 g 1 ,5-Diamino-anthra-9,10-chinon (75% d. Th.) bei quantitativer Stromausbeute erhalten.
Beispiel 2 - Reduktion von N,N-Dimethyl-4-nitroso-anilin in Gegenwart von 1 ,2-Dihydroxy- anthrachinon-3-natriumsulfonat
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platinierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlstreckmetall mit einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtfläche von 2270 cm2 (Ansichtsfläche: 100 cm2) wird eine Reduktion von 1 ,5-Dinitro-anthra-9,10-chinon zu 1 ,5-Diamino-anthra-9,10-chinon durchgeführt.
Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis-Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit soll 0,1 m/s betragen.
Es werden 2000 mL Wasser mit 4g Natronlauge 50%, 10g N,N-Dimethyl-4-nitroso-anilin und 1 ,2g 1 ,2-Dihydroxy-anthrachinon-3-natriumsulfonat als Katholyt eingesetzt. Als Anolyt werden 3000 mL VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% verwendet. Es wird eine Stromstärke von 1 ,0 A (Gesamtstromdichte von 4,4MO"4 A/cm2) bei einer Spannung von 2,1 bis 2,2 V angelegt. Die Reduktion wird nach einer Ladungsmenge von 14,25 Ah beendet. Die resultierende tief rote alkalische Lösung wird nach Neutralstellung mit verdünnter Salzsäure aus dem Kathodenkreislauf entnommen, das Reduktionsprodukt mittels Extraktion mit n- Butanol isoliert, die Phasen getrennt und die vereinigten organischen Phasen über Natriumsulfat getrocknet. Der eingesetzte Mediator ist in der wässrigen Phase enthalten und kann erneut eingesetzt werden. Das Lösemittel wird abdestilliert und das Reduktionsprodukt mittels fraktionierter Destillation gereinigt. Es werden 12,13 g 4-N,N-Dimethylamino-anilin (67% d. Th.) bei quantitativer Stromausbeute erhalten.
Beispiel 3 - Reduktion von C. I. Schwefelschwarz 1 in Gegenwart von 5,8-Dihydroxy-1 ,4- naphthochinon
In einer geteilten Elektrolysezelle mit einer platinierten Titanelektrode und einer Kathode bestehend aus drei Nickelstreckmetall-Gittern mit einer Gesamtfläche von 1050 cm2 wird die
Reduktion von Schwefelschwarz 1 zu Leukoschwefelschwarz 1 durchgeführt.
Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis-Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit im Kathodenraum soll 0,1 m/s betragen.
Es wurden 3000g Wasser mit 234,75g Natronlauge 50% als Anolyt eingesetzt, dem im Laufe der Elektrolyse weitere 518g Natronlauge 50% sukzessive zugesetzt werden.
Der Katholyt wurde hergestellt, indem 100g eines in der Produktion anfallenden Schwefelschwarz 1 -Presskuchens in ein Gemisch bestehend aus 2000g Wasser, 1 ,2g 5,8-
Dihydroxy-1 ,4-naphthochinon und 12g Natronlauge 50% eingefüllt und im Laufe der
Elektrolyse weitere 4350g Presskuchen nachdosiert werden.
Es wird eine Stromstärke von 10 A (Stromdichte: 9,5*10'3 A/cm2) und eine Zellspannung zwischen 7,0 -4,3 V angelegt. Die Reduktion wird nach Einbringung einer Ladungsmenge von 238,3 Ah beendet. Man erhält 4350 mL einer Leukoschwefelschwarz-1 Lösung mit einer
Konzentration an Reduktonsmitteläquivalenten von 438 Ah bezogen auf 1 kg trockenen
Farbstoff erhalten.
Beispiel 4 - Reduktion von Indigo in Gegenwart von 5,8-Dihydroxy-anthrachinon-2- kaliumsulfonat:
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platinierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlsteckmetall-Lagen und einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtelektrodenfläche von 2270 cm2, wird die Reduktion von Indigo zu Leukoindigo durchgeführt. Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis- Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömung innerhalb der Zelle soll 0,1 m/s betragen. Es werden 3000g VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% als Anolyt eingesetzt. Der Katholyt wurde hergestellt, indem man 48,5g Indigo, 7,5g 5,8-Dihydroxy-anthrachinon-2- kaliumsulfonat und 80g Natronlauge 50% in den Kathodenkreislauf einfüllt. Für die Elektrolyse werden 1 ,5 bis 2,0V Zellspannung und 1 ,0A Stromstärke angelegt. Die Elektrolyse wird bei einer Temperatur zwischen 55-600C mit einer Stromdichte von 4/TIO"4 A/cm2 durchgeführt. Die Reduktion wurde nach 2,016F/mol mit einer Stromausbeute von 99,2% beendet.
Beispiel 5 - Reduktion von Cl. Vat Yellow 46 in Gegenwart von 3,4-Dihydroxy-anthrachinon- 3-natriumsulfonat
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platinierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlstreckmetall-Lagen und einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtelektrodenfläche von 2270 cm2, wird die Reduktion von Cl. Vat Yellow 46 zu Leukoverbindung durchgeführt.
Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis-Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Zelle soll 0,1 m/s betragen. Es werden 3000g Wasser mit 230g Natronlauge 50% als Anolyt eingesetzt. Der Katholyt wurde hergestellt, indem man 50,g eines Presskuchens von Cl. Vat Yellow 46, 7,2g 3,4- Dihydroxy-anthrachinon-3-natriumsulfonat und 80g Natronlauge 50% in den Kathodenkreislauf einfüllt. Für die Elektrolyse werden 1,9 bis 2,1V Zellspannung und 1 ,0A Stromstärke angelegt. Die Elektrolyse wurde bei einer Temperatur zwischen 55-600C mit einer Stromdichte von 4,4*10"4 A/cm2 durchgeführt. Die Reduktion wurde nach 4,25F/mol mit 94,1% Stromausbeute beendet.
Beispiel 6 - Herstellung von I .S-Dihydroxy-anthrachinon^-carbonsäure:
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platinierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlsteckmetall-Lagen und einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtelektrodenfläche von 2270 cm2 wird die Reduktion von Indigo zu Leukoindigo durchgeführt. Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis- Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömung innerhalb der Zelle soll 0,1 m/s betragen.
Es werden 3000g VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% als Anolyt eingesetzt. Der Katholyt wurde hergestellt, indem man 30g 1 ,2,4-Trihydroxy-anthrachinon-3-carbonsäure, 2000g VE- Wasser und 80g Natronlauge 50% in den Kathodenkreislauf einfüllt. Für die Elektrolyse werden 1 ,8 V Zellspannung und 1 ,0 A Stromstärke angelegt. Die Elektrolyse wird bei einer Temperatur zwischen 55-600C mit einer Stromdichte von 4,4*10^ A/cm2 durchgeführt. Die Reduktion wurde nach 2,0F/mol mit einer quantitativen Stromausbeute beendet. Nach beendeter Reaktion wurde das Reaktionsprodukt durch Einleiten von Luft reoxidiert und durch Stellen des pH-Wertes auf pH 1 ausgefällt. Es wurden 17,3g (61% d. Th.) 1 ,3- Dihydroxy-anthrachinon-2-carbonsäure erhalten.
Beispiel 7 - Reduktion von Indigo in Gegenwart von 1 ,2,3,6,7,8-Hexahydroxy-anthrachinon
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platzierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlsteckmetall-Lagen und einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtelektrodenfläche von 2270 cm2 wird die Reduktion von Indigo zu Leukoindigo durchgeführt. Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis- Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömung innerhalb der Zelle soll 0,1 m/s betragen. Es werden 3000g VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% als Anolyt eingesetzt. Der Katholyt wurde hergestellt, indem man 48,5g Indigo, 6,4g 1 ,2,3,6,7,8-Hexahydroxy-anthrachinon und 80g Natronlauge 50% in den Kathodenkreislauf einfüllt. Für die Elektrolyse werden 1 ,5 bis 2,0V Zellspannung und 0,5A Stromstärke angelegt. Die Elektrolyse wird bei einer Temperatur zwischen 55-600C mit einer Stromdichte von 2,2*10"4 A/cm2 durchgeführt. Die Reduktion wurde nach 2,0F/mol mit einer quantitativen Stromausbeute beendet.
Beispiel 8 - Reduktion von Indigo in Gegenwart von 1 ,2,5,6-Tetrahydroxy-anthrachinon
In einer geteilten Elektrolysezelle mit einer platzierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlsteckmetall-Lagen und einer dazwischen liegenden Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtelektrodenfläche von 2270 cm2 wird die Reduktion von Indigo zu Leukoindigo durchgeführt. Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis- Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömung innerhalb der Zelle soll 0,1 m/s betragen. Es werden 3000g VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% als Anolyt eingesetzt. Der Katholyt wurde hergestellt, indem man 48,5g Indigo, 5,7g 1 ,2,5,6-Tetrahydroxy-anthrachinon und 80g Natronlauge 50% in den Kathodenkreislauf einfüllt. Für die Elektrolyse werden 1 ,5 bis 2,0V Zellspannung und 0,5A Stromstärke angelegt. Die Elektrolyse wird bei einer Temperatur zwischen 55-600C mit einer Stromdichte von 2,2*10" A/cm2 durchgeführt. Die Reduktion wurde nach 2,0F/mol mit einer quantitativen Stromausbeute beendet. Beispiel 8 - Herstellung von 1 ,5-Diamino-anthrachinon in Gegenwart von 1 ,2,3,5,6,7- Hexahydroxy-anthrachinon
In einer geteilten Elektrolysezelle, mit einer platinierten Titanelektrode und einer Sandwich- Kathode bestehend aus zwei Edelstahlstreckmetall mit einer dazwischen liegenden
Drahtgestrick-Zwischenlage mit einer Gesamtfläche von 2270 cm2 (Ansichtsfläche: 100 cm2) wird eine Reduktion von 1 ,5-Dinitro-anthr-9,10-chinon zu 1 ,5-Diamino-anthra-9,10-chinon durchgeführt.
Der Anoden- und Kathodenraum sind durch eine Kationenaustauschermembran getrennt. Die geteilte Zelle wird in eine Zweikreis-Elektrolyse-Apparatur mit Pumpenkreislauf eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit soll 0,1 m/s betragen. Es werden 2000 mL Wasser mit 4g Natronlauge 50%, 10g 1 ,5-Dinitro-anthra-9,10-chinon und 1 ,2g 1 ,2,3,5,6,7-Hexahydroxy-anthrachinon als Katholyt eingesetzt. Als Anolyt werden 3000 mL VE-Wasser mit 230g Natronlauge 50% verwendet. Es wird eine Stromstärke von 0,2A (Gesamtstromdichte von 8,8*10'5 A/cm"2) bei einer Spannung von 1 ,9 bis 2,0 V angelegt. Die Reduktion wird nach einer Ladungsmenge von 10,9 Ah beendet. Die resultierende rote alkalische Lösung wird aus dem Kathodenkreislauf entnommen, das Wertprodukt mit Luftsauerstoff reoxidiert und das Reaktionsprodukt abfiltriert und im Vakuum getrocknet. Der eingesetzte Mediator kann durch Auslaugen mit Natronlauge vom Werprodukt abgetrennt und wiedereingesetzt werden
Es werden 4g 1 ,5-Diamino-anthra-9,10-chinon (50% d. Th.) bei quantitativer Stromausbeute erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Mediatorsysteme enthaltend di- und/oder polyhydroxylierte chinoide Verbindungen aus der Gruppe der Anthrachinone, Naphthochinone bzw. Anthracen-9,10-diolate der Ammonium-, Alkali-, Erdalkalimetalle oder deren Etherderivate zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten aus der Gruppe der Nitro-, Nitroso-, Azo-,
Hydrazo-, Nitramin-, Nitrosamin, Isothiocyanat, Di- bzw. Polysulfid-, Nitril-, Carbonyl- Thiocarbonyl- und Imin-Reste
2. Mediatorsysteme gemäß Anspruch 1 , enthaltend als weiteres Strukturelement wasserlöslich-machende Substituenten aus der Gruppe der Sulfonsäure-, Sulfinsäure-, Carboxyl- oder der polyethoxylierte Ethergruppen für den Fall dass die Mediatorsysteme
2 bis 4 Hydroxygruppen tragen.
3. Verfahren zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten aus der Gruppe der Nitro-, Nitroso-, Azo-, Hydrazo-, Nitramin-, Nitrosamin, Isothiocyanat, Di- bzw. Polysulfid-, Nitril-, Carbonyl- Thiocarbonyl- und Imin-Reste dadurch gekennzeichnet, dass Mediatorsysteme gemäß den Ansprüchen 1 und 2 zum Einsatz kommen.
4. Verfahren zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten gemäß Anspruch 3, wobei das eingesetzte Mediatorsystem nach beendeter Elektrolyse durch Extraktion mit einem geeigneten Lösemittel oder durch Abtrennung der wässrigen Phase abgetrennt und zurück gewonnen wird.
5. Verfahren zur elektrochemischen Reduktion gemäß mindestens einem der Ansprüche 3 und 4, wobei indigoide Farbstoffe, Küpen- oder Schwefelfarbstoffen reduziert werden.
6. Verfahren zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten gemäß mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Mediatorsysteme in Konzentrationen von 0,5*103 bis 35*10'3 mol/l eingesetzt werden.
7. Verfahren zur elektrochemischen Reduktion von organischen Funktionalitäten gemäß mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, das in geteilten bzw. quasi-geteilten Elektrolysezellen mit einer Plattenelektrode oder einer dreidimensionale Kathode aus Kupfer, Zink, Blei, Graphit und Edelstahl in neutraler oder alkalischer Lösung von Alkalisalzen bei Temperaturen von 5 bis 135CC bei Strömungsgeschwindigkeiten von 0,1 m/s bis 1 m/s durchgeführt wird.
8. Elektrochemische Purpurin-Eliminierung zur Herstellung von 1 ,3 Dihydroxy- Anthrachinonen.
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