脂肪族烯酮的电羧化反应研究

摘要

为了保护人类赖以生存的环境，在以可持续发展为目标的前提下，科学家提出了绿色化学的概念，从生产的源头防止环境污染。所以绿色化学又称为环境友好化学，从对环境友好的方式实现能源和资源的有效利用和循环。绿色化学的基本原则是“原子经济性”，充分的利用每个原子使之结合到分子中达到零排放的目的。与传统的有机合成化学相比，有机电合成化学利用电子作为反应试剂，避免了使用其他的有毒试剂，而且步骤简单，产品纯度高，选择性好，更有利于工业化。CO2作为主要的温室气体，对环境有一定的污染。利用有机电合成的方式固定CO2，对防治环境污染具有一定的意义，并且得到的相应的电羧化的产品是重要的化工产品。采用恒电流方式电解脂肪族烯酮并与CO2反应得到相应的电羧化产物，进一步证明了C=C比C=O电还原活性更高。本研究分为三个部分：
　　 第一部分：一室型电解池中，常温常压下，以DMF为溶剂，恒电流电解2-环己烯-1酮和3-甲基2-环己烯-1酮，分别研究了电极材料，支持电解质，电流密度，通电量，电解温度等对电羧化反应的影响，最终得到了2-环己烯-1酮的电羧化的最大产率为36％，3-甲基-2环己烯-1酮的电羧化反应的最大产率为20.5％。实验同时研究了2-环己烯-1酮和3-甲基-2-环己烯-1酮在通入CO2前后的循环伏安行为，并对二者进行了比较，根据实验结果推导出反应机理。
　　 第二部分：常温常压下，一室型电解池中，以乙腈为溶剂，恒电流电解巴豆酸甲酯，研究了电极材料，支持电解质，电流密度，通电量，电解温度等对巴豆酸甲酯的电羧化反应的影响，得到了最优条件下的最大产率为71.6％。研究了通入CO2前后循环伏安行为以及在不同电极上的巴豆酸甲酯的循环伏安行为，并根据实验结果和文献推导了反应机理。
　　 第三部分：一室型电解池中，恒电流电解的情况下，研究了溶剂，支持电解质，电极材料，通电量，电流密度和温度对2-环戊烯酮和3-甲基-2-环戊烯-1酮电羧化反应的影响，得到了2-环戊烯酮电羧化反应的最大产率为43.2％。3-甲基-2-环戊烯-1-酮的电羧化反应的最大产率为39.6％。同时研究了2-环戊烯酮和3-甲基-2-环戊烯-1-酮在玻碳电极和其它金属电极上的的循环伏安行为，根据2-环戊烯酮和3-甲基-2-环戊烯酮的循环伏安扫描及实验结果比较二者的电还原反应并根据最终的实验结果推导了相应的反应机理。