[发明专利]一种基于非牺牲阳极策略的电化学还原羧基化方法

说明书

本发明公开了一种基于非牺牲阳极策略的电化学还原羧基化方法，属于电化学合成领域，该方法包括：以分割电解池作为电解装置，以非金属电极/惰性电极作为阴极材料和阳极材料，阳极室中加入卤盐和还原剂，阴极室加入有机卤代物或拟卤代物、镍催化剂、配体、碱和电解质，于CO₂氛围下加入溶剂并搅拌溶解后，两电极间通入恒定电压进行反应，分离，纯化，制得目标产物；本发明以阳极发生还原剂的氧化反应这种非牺牲阳极策略替代传统牺牲阳极策略，解决了传统电化学合成过程中存在的反应成本较高、污染较大以及产物金属残留量较高等问题。

技术领域

本发明涉及电化学合成技术领域，具体涉及到一种基于非牺牲阳极策略的电化学还原羧基化方法。

背景技术

电化学羧基化是一种广泛适用于不饱和烃、卤代物、拟卤代物以及芳香化合物等大宗化学品的羧基化方法，利用该方法，能够高效、经济的实现各类羧酸化合物的构建。但目前，电合成工艺中普遍使用牺牲阳极策略(所述牺牲阳极策略是指电解过程中使用铜、铝或锌等具有较强还原性的金属做阳极，提供阴极还原反应进行过程中所需要的电子的策略。随着反应不断进行，阳极不断给出电子熔融消耗，故称为牺牲阳极。)，如专利CN111254457A-一种芳香羧酸和烷基羧酸的电化学合成方法等，存在反应成本较高、污染较大以及产物金属残留量较高等问题。面对当前电合成工艺之中存在的问题，利用非金属还原剂代替金属阳极氧化则显得尤为重要。

目前未见关于以阳极发生还原剂的氧化的非牺牲阳极策略替代传统牺牲阳极策略的电化学羧基化方法的报道。

发明内容

针对上述的不足，本发明的目的是提供一种基于非牺牲阳极策略的电化学还原羧基化方法。本发明首次以阳极发生还原剂的氧化的非牺牲阳极策略替代传统牺牲阳极策略，利用阳极芳烃氧化卤代偶联或胺类化合物氧化等反应替代了传统电合成中的金属阳极的氧化反应，有效解决了现有电合成工艺中电极损耗大、合成成本高以及产品金属残留量高等问题，同时成功实现了阴极、阳极同时得到两种不同的目标产物，具有较高的实际应用价值。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供了一种基于非牺牲阳极策略的电化学还原羧基化方法，包括：以分割电解池作为电解装置，以非金属电极作为阴极材料和阳极材料，阳极室中加入卤盐和还原剂，阴极室加入有机卤代物或拟卤代物、镍催化剂、配体、碱和支持电解质，于CO₂氛围下加入溶剂并搅拌溶解后，两电极间通入恒定电压进行反应，分离，纯化，制得目标产物。

需要说明的是，本发明在现有技术专利CN111254457A-一种芳香羧酸和烷基羧酸的电化学合成方法的基础上进行改进，使用分割电解池作为电解装置，阳极材料采用如碳毡等非金属电极，并在阳极室中加入卤盐和还原剂，使得阳极室中发生还原剂的氧化反应，利用阳极还原剂氧化的方式替代了传统电合成中的金属阳极的氧化反应，实现了非牺牲阳极电化学羧基化方法，最终于阴阳两极分别制得相应的羧酸和相应还原剂的氧化产物。

进一步地，上述基于非牺牲阳极策略的电化学还原羧基化方法，具体包括以下步骤：

S1、于惰性气体氛围下，将有机卤代物或拟卤代物、镍催化剂、配体、碱、支持电解质加入到两侧固定有非金属电极的H型分割电解池的阴极室中，然后将卤盐加入到H型分割电解池的阳极室中；

S2、于CO₂气体氛围下，加入溶剂到经S1处理后的H型分割电解池中并搅拌溶解，再将还原剂加入到阳极室中，两电极间通入恒定电压进行反应，分离，纯化，制得目标产物。

进一步地，阳极室中卤盐的加入量为有机卤代物或拟卤代物的10-200％摩尔当量，优选为60％摩尔当量；阳极室中还原剂的加入量为有机卤代物或拟卤代物的100-400％，优选为200％摩尔当量。