721
Команда Сеульського національного університету показала, що ефективність органічного електросинтезу може різко змінюватися через локальний pH — кислотність або лужність у тонкому шарі безпосередньо біля поверхні електродів. Контроль цього мікросередовища підняв селективність утворення потрібного продукту приблизно з 16% до 97%.
Проблема виникає тому, що під час електрохімічної реакції протони утворюються або споживаються швидше, ніж встигають переміщуватися в усьому розчині. У результаті pH біля катода й анода може дуже сильно відрізнятися від середнього показника електроліту.
За оцінками команди, у нейтральному розчині локальний pH біля катода міг досягати приблизно 11, а біля анода — падати до 2,5. Такі перепади впливають на активні форми кисню, вихідні молекули й стабільність кінцевого продукту.
Дослідники змінили геометрію реактора
Щоб вирівняти локальні умови, науковці зблизили електроди й організували потік електроліту між ними. Це допомогло зменшити надмірну кислотність біля анода та лужність біля катода.
Збільшення швидкості потоку підняло продуктивність приблизно у 14 разів, а скорочення відстані між електродами з 20 до 4 мм прискорило процес ще приблизно у 2,2 раза.
Метод випробували на лактонах і епоксидах
Команда протестувала підхід на реакції окиснення Баєра—Віллігера, де кетони перетворюються на естери або лактони. Замість окремо доданих небезпечних пероксидних окисників використовували кисень і електричну енергію.
За оптимізованих умов вдалося синтезувати лактони з 18 різних кетонів. Вихід ε-капролактону становив 82%. Також метод застосували для отримання епоксидів із шести алкенів.
Результати опублікували в Journal of the American Chemical Society. Перед промисловим застосуванням технологія ще потребує масштабування й додаткової оптимізації.
