JPH02185989A - アルデヒドの電気合成方法 - Google Patents

アルデヒドの電気合成方法

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JPH02185989A
JPH02185989A JP1303444A JP30344489A JPH02185989A JP H02185989 A JPH02185989 A JP H02185989A JP 1303444 A JP1303444 A JP 1303444A JP 30344489 A JP30344489 A JP 30344489A JP H02185989 A JPH02185989 A JP H02185989A
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ジャーク プリション
Incan Esther D
エステール ダンカン
Christhophe Saboureau
クリストフ サブロー
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は、電極を取付けた電解槽で有機ハロゲン化物及
びN、N−二置換ホルムアミドを電気分解し、続いてこ
の反応混合物を加水分解することによりアルデヒドを電
気化学的に合成するための方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕アルデ
ヒド類は、化学産業の多くの分野、殊に香料、農業化学
及び製薬の分野においてよく使用される化合物である。
アルデヒド類を合成するための方法は非常にたくさんあ
る。これらの中で、有機ハロゲン化物及びN、N−二置
換ホルムアミドを電極を取付けた電解槽で電気分解し、
続いてこの反応混合物を加水分解してアルデヒドが得ら
れるものを挙げることができる。
カサード(Casardo)及びガラード(Galla
rdo)、Electrochimica Acta、
 32(8)、 p、1145−1147(1987)
は、ブロモベンゼン又はコードベンゼンのジメチルホル
ムアミド(D肝)溶液の電気分解の間に微量のヘンズア
ルデヒドが合成されることを記載する。
電解槽は、二つの別個の陽極区画室及び陰極区画室を含
んでなる。陰極は水銀であり、そして陽極は黒鉛製であ
って不活性である。
ピーラ(Vieira)及びビーターズ(Peters
)、 J、Org。
Chem、、 51(8)、 p、1231−1239
(1986)は、ter t−ブチルプロミドのジメチ
ルホルムアミド溶液の電気分解の間にピバリンアルデヒ
ドが合成されることを記載する。収率は非常に低く、1
4%未満である。
電解槽は、二つの別個の陽極区画室及び陰極区画室を含
んでなる。陰極は水銀であり、陽極は炭素製であって不
活性である。
この著者らは、同じ条件下でハロゲン化第−アルキル又
は第二アルキルからアルデヒドを生成させることはでき
なかったことを教示する。
〔課題を解決するための手段及び作用効果〕出願人らは
、電解槽がただ一つのみの区画室を含んでなり且つ、還
元金属及びそれらの合金からなる群より選ばれた金属で
作製された犠牲陽極を使用する場合に、全く思いもかけ
ぬことに、ハロゲン化第−アルキル又は第二アルキルか
らさえも良好な収率が得られる、ということを見いだし
た。
前述の最も密接な関係にある現状の技術と比べた場合、
本発明による方法は、収率のかなりの向上及び応用分野
の拡大のほかに多数の利点を提供し、そのうちの主なも
のは次に掲げるとおりである。
この方法は隔膜又は焼結物のないただ一つだけの区画室
を含んでなる電解槽で実施されるので、実施がより筒車
であり、そしてこれは工業的規模では非常に重要である
・ハロゲン化物濃度が非常に著しく高い。
・電流の強さがより高く、数アンペア/dm2のオーダ
ーである。
・10−2Mのオーダーの非常に低い濃度の支持電解質
を使用することが可能である。
・水銀のような重金属による汚染の危険を制限する固体
電極を使用する。
電解槽は、ただ一つだけの区画室を含んでなる槽であり
、すなわちこれには別個の陽極区画室及び陰極区画室は
ない。この種の電解槽を使用するのが可能なことは、既
に言及したように重要な利点である。
陽極は犠牲電極であり、すなわちそれは電気化学反応の
現場になり、その反応が行われる間に消費される。これ
が、このような方法が時として「可溶性の陽極を用いる
」と称される理由である。
陽極は、還元金属及びそれらの合金、すなわち少なくと
も1種の還元金属を含有している任意の合金、からなる
群より選ばれた金属で作られる。
陽極は好ましくは、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛
及びそれらの合金、すなわち、上述の三つの金属すなわ
ち亜鉛、アルミニウム、及びマグネシウムのうちの少な
(とも1種を含有している任意の合金、からなる群より
選ばれた還元金属で製作される。この陽極は、任意の形
状でよく、とりわけ金属電極の全ての伝統的な形状、例
えばねじれた線、平らな棒、円筒形の棒、更新可能な床
、ビーズ、織物又は格子のようなものでよい。電解槽の
寸法に適合した径の円筒形の棒が好ましく使用される。
陰極は、任意の金属、例えばステンレス鋼、金、ニッケ
ル、白金、銅、アルミニウム、鉄のようなもの、又は炭
素、例えばガラス質の炭素又は黒鉛のようなもので製作
される。それは好ましくは、陽極の周りに同心円状に配
置された格子又は円筒状の板からなる。
出願人らは、陰極が亜鉛、カドミウム、鉛及びスズから
なる群より選ばれた金属Mの電気分解付着物で被覆され
る場合に、思いもよらず収率ががなり改善されるという
ことを見いだした。
アルデヒドの電気合成前の陰極への金属Mの電着は、様
々な方法に従って、殊に下記の例14〜38に記載され
るものに従って、実施することができる。
電極には、安定化された電源により直流が供給される。
本発明によれば、アルデヒドは好ましくは一般式PCI
IO(この式中、Rは有機基を表す)に該当し、有機ハ
ロゲン化物は一般式RX(この式中、Rは上述の意味を
有し、Xはハロゲン原子、好ましくは塩素又は臭素を表
す)に該当し、そしてNN(この式中、R’及びR2は
、同じもの又は異なるものであり、置換された又は置換
されていない脂肪族又は芳香族類、好ましくは1〜8個
の炭素原子を有するアルキル鎖あるいは置換されたもし
くは置換されていないフェニル環を表し、さもなければ
R1及びR2は環を形成する)に該当する。
Rは好ましくは、置換された又は置換されていない、脂
肪族、アリール脂肪族、芳香族、アルキル芳香族又は複
素環式の有機基を表し、好ましいのは置換された又は置
換されていないアルキル基又はフェニル基である。全く
明らかながら、Rが種々の置換基を有する場合、後者は
R−X結合よりも還元するのがより困難でなくてはなら
ない。
特に好ましい態様においては、ホルムアミドはジメチル
ホルムアミド(D肝)である。N、N−ジアルキルホル
ムアミド及びN−フェニル−N−メチルホルムアミド(
N−メチルホルムアニリド)を他のホルムアミドの例と
して挙げることができる。
上述の一般式に該当する何種類かのホルムアミドの混合
物を使用することも可能である。
本発明の対象の方法は、次に掲げる反応式により表すこ
とができる。
上式中、R、R’及びR2は前述の意味を有する。
反応混合物の加水分解は、例えば酸性水溶液を使って実
施される。
反応物として働くほかに、N、N−二置換ホルムアミド
はまた好ましくは、本発明の範囲内で溶媒としても働く
。これは殊にジメチルホルムアミドを使用する場合であ
る。この時には別の溶媒を使用することは不用である。
とは言うものの、電気分解は弱い求電子性の非プロトン
性溶媒から選ばれた共溶媒、例えばテトラメチル尿素(
TM[1)やテトラヒドロフラン(TIIF)のような
ものの存在下で実施することができる。
電気合成の条件下においてN、N−二置換ホルムアミド
が溶媒としてはもはや適当に働くことができないような
物理的状態で存在している場合には、この種の弱い求電
子性の非プロトン性溶媒を存在させることが推奨される
反応物の濃度は好ましくは、モル数的に非常に大過剰の
ホルムアミドを保証するように選ばれる。
これは、大過剰のホルムアミドがやはり溶媒として好ま
しく働くからである。
反応混合物中の有機ハロゲン化物の濃度は、般に0,0
5モル/i!、と2モル/iの間である。
反応混合物は、はとんど還元不可能な支持電解質により
導電性にされる。例えば、例として挙げることができる
塩類は、陰イオンがハロゲンイオン、カルボン酸イオン
、フルオロホウ酸イオン、過塩素酸イオン又はヘキサフ
ルオロリン酸イオンであり、そして陽イオンが第四アン
モニウム、アルミニウム、亜鉛、ナトリウム、カリウム
、カルシウム、リチウム又はテトラアルキルホスホニウ
ムであるものであり、これらの塩類の混合物もまたそう
である。好ましくは、フルオロホウ酸テトラメチルアン
モニウム又は臭化テトラブチルアンモニウムを使用する
溶液は、電気分解前に不活性ガス、例えば窒素又はアル
ゴンによりバブリングを行って脱酸素化される。
反応温度は好ましくはO″Cと80°Cの間、例えば周
囲温度である。
電気分解の期間を通して、溶液はかき混ぜられ、不活性
雰囲気下、例えば窒素又はアルゴン雰囲気下に保たれ、
そして必要ならばその温度を好ましくはO″Cと80゛
Cの間に保つために冷却される。
陰極の電流密度は、好ましくは0.2A/dm2と20
A/dm2の間に選定される。
運転は一般には一定の強さで行われるけれども、それは
また一定の電圧で、管理された電位で、又は可変性の強
さ及び電位で運転することも可能である。
電気分解の期間は好ましくは、使用される電流の量が有
機ハロゲン化物1モル当りおおよそ2フアラデー(19
3xlO” C)に相当するように選ばれる。
有機ハロゲン化物の濃度の変化をアリコート試料の分析
で追跡してもよく、そして所望の転化率に達したならば
直ちに電気分解を停止してよい。
電気分解後、反応媒体を酸性水溶液、例えば希塩酸で加
水分解し、次にそれを有機溶剤で抽出する。抽出溶剤を
すっかり乾燥及び蒸発させた後に、アルデヒドが得られ
、そしてこれを任意的に精製してから、例えばシリカの
カラムを通過させてから、通常の分析方法を使って同定
及び測定する。
使用する陰極が先に明示されたような金属Mの電着によ
り被覆される特別の場合において、且つMがカドミウム
、鉛又はスズを表す場合には、陰極へ付着させるべき金
属Mは塩の形で、例えば臭化カドミウム、酢酸鉛又は塩
化スズの形で有機ハロゲン化物とN、N−二置換ホルム
アミドとの混合物へ直接添加して差支えない。電気分解
の開始時に、金属Mが陰極に析出する。電気分解開始時
においては、析出物の付着及び量を向上させるために、
より小さな電流強度を使用することができる。
有機ハロゲン化物が大いに反応性である、例えばハロゲ
ン化アリル又はハロゲン化ベンジルである場合には、電
気分解の間に反応混合物へ該有機ハロゲン化物を漸進的
に加えることにより収率が向上する。
〔実施例〕
限定することを意味しない以下の例により本発明を例示
する。
ただ一つだけの区画室を含んでなる通常の電解槽を使っ
てこれらの例を実行する。
電解槽の上部はガラス製であり、そして、不活性ガスと
して用いられるアルゴンの配給及び流出、電気分解中に
おける溶液の任意の試料採取、反応物の添加そして電気
的接続を可能にする5本の管を備えてなり、そのうちの
一つは中央にある。
電解槽の下部は、ガラス製の上部へねし止めされる、シ
ールを備え付けたプラグからなる。
電解槽の全容量はほぼ45cII!であり、その作業容
量はほぼ35cイである。
陽極は、試験に応じて亜鉛、マグネシウム又はアルミニ
ウムで作製された、直径約1 cmの円筒状の棒である
。それは上記の中央の管を通して電解槽へ導入され、こ
うして電解槽に関してほぼ軸線方向に位置する。
陰極は、陽極の周りに同心円状に配置された円筒形の金
属格子からなる。この陰極の作動表面積は20c+fl
のオーダーである。
電解槽は、選定された温度に調節されるサーモスタット
浴に浸漬される。
電気分解を行う間は、反応混合物を例えば棒磁石を使っ
てかき混ぜる。
斑上二貝 次に掲げる成分からなる、電気分解されるべき溶液を電
解槽に入れる。
・有機ハロゲン化物 ・N、N−二置換ホルムアミド又は複数のN2N−二置
換ホルムアミドの混合物 ・任意的に、共溶媒 ・支枝電解質、すなわち5X10−”Mの濃度のフルオ
ロホウ酸テトラメチルアンモニウム、但し例7の場合の
支持電解質は10−2Mの濃度の臭化テトラブチルアン
モニウム この混合物を、アルゴンをバブリングさせて脱気し、次
いでアルゴン雰囲気下に維持する。
有機ハロゲン化物1モルにつき3フアラデー(290X
10’ C)に相当する期間一定の強さで電気分解を行
った後、反応混合物を塩酸のIN水溶液で加水分解し、
次いでジエチルエーテルで抽出スる。
次に有機相を分離し、そして水で洗浄する。
溶剤を乾燥及び蒸発させて除去してから、得られたアル
デヒドをシリカカラムによるクロマトグラフィーにより
精製し、次いで通常の分析方法、殊に赤外分光分析法、
質量分析法及び核磁気共鳴法を使って同定する。
出発有機ハロゲン化物、生成したアルデヒド及び対応す
る単離された純粋なアルデヒドの質量収率を、それぞれ
の例について第1表に示す。
有機ハロゲン化物の濃度は、例1.3〜9及び12の場
合に0.5Mであり、例2の場合はO,1,25Mであ
る。
例10及び11の場合は、ガスであるCFJrを10’
Pa(1,bar)の圧力で反応混合物へバブリングさ
せて加えた。
陰極は、例10及び11の場合はニッケル製、例1〜6
,8.9及び12の場合はステンレス鋼製、そして例7
の場合は鉛である。
陽極は、例10の場合に亜鉛型、例1〜4.6〜9及び
12の場合はアルミニウム製である。
ホルムアミドは、例1〜5及び7〜12の場合にジメチ
ルボルムアミド、そして例6の場合はジメチルホルムア
ミドとN−メチルホルムアニリドとの1/l溶量比の混
合物である。
例2及び4は、共溶媒の存在下で実施される。
例2の場合、共溶媒はテトラヒドロフランであり、ジメ
チルホルムアミド/テトラヒドロフランの容量比は2/
lである。例4の場合には、共溶媒はテトラメチル尿素
であり、ジメチルホルムアミド/テトラメチル尿素の容
量比は1/lである。
陰極電流密度は、例1,2及び7〜11の場合に2A/
dm”、例12の場合に1.5A/dm2、例3及び4
の場合に1. A /dm” 、そして例5及び6の場
合に0.5A/dm2である。
反応温度は、例1〜9の場合に25°C1例10〜12
の場合には0°Cである。
例10及び11の場合には、トリフルオロアセトアルデ
ヒドを水和物の形で単離し、そして第1表に示された収
率は使用した電気量から計算したファラデー収率である
第 1 表(続き) 第  1  表 梱 この例では、実験条件は例1のそれと同じであるが、塩
化ベンジルの初期濃度は0.125Mである。
塩化ベンジル1モル当り2フアラデー(193X’IO
’C)の通過に相当する電気分解の後に、最初に存在し
ていた量に等しい量の塩化ベンジルを加える。
次いで電気分解を、その全期間が投入された塩化ベンジ
ル1モル当り3フアラデー(290X10” C”)に
相当するに至るまで続ける。単離された純粋アルデヒド
の収率は50%である。
班H二冊 これらの例の場合には、ステンレス鋼又は二・ノケル製
の陰極を金属Mの電着により被覆する。
アルデヒドの電気合成に先立ち、陰極への金属Mの電着
を以下に述べる多数の方法により実施した。
・方法A−臭化テトラブチルアンモニウムを支持電解質
としてJ、0−2Mの濃度で含有しているジメチルホル
ムアミドに、MBrzを5 Xl0−”M 〜10−’
Mのオーダーの濃度で加える。電解槽に金属Mで作られ
た陽極を取付け、そして、金JmMが陽極から陰極へ向
うのを保証するのを可能にする0、1〜0.2Aの電流
を0.5〜1時間通じる。
次に、陽極Mをマグネシウムの棒と取替え、そして溶液
中に存在しているM”イオンをほとんど完全にな(すの
に必要な時間一定の強さで電気分解を続ける。次いでこ
の溶液に有機ハロゲン化物を加える。
・方法B−臭化テトラブチルアンモニウムを支持電解質
として10−2Mの濃度で含有しているジメチルホルム
アミドに、MBrzを5 X1、0−2M 〜10−’
Mのオーダーの濃度で加える。電解槽にマグネシウムの
陽極を取付け、そしてM”イオンの陰極への電着に必要
とされる時間0.1〜0.2Aの電流を通じる。次いで
有機ハロゲン化物を加える。
・方法C−Mがカドミウム、鉛又はスズである場合に、
操作を一段階で実行することができる。
臭化テトラブチルアンモニウムを支持N、 解tとして
1.0−”Mの濃度で含有しているジメチルホルムアミ
ドに、CdBrz+ Pb(CfhCOz) を又はS
n(/l2を5×10−2M〜10−’Mのオーダーの
濃度で加え且つ有機ハロゲン化物を加える。
電解槽にマグネシウムの陽極を取付け、そして一定強さ
の電流を適用する。
カドミウム、鉛又はスズの陰極への電着はアルデヒドの
電気合成よりも先に起こる。
・方法り一上述の方法A、B又はCのうちの一つに従っ
て被覆し次いで本発明に従ってアルデヒドの電気合成の
ために使用した陰極を、支持電解質として10−2Mの
濃度の臭化テトラブチルアンモニウムを含有しているジ
メチルホルムアミド媒体中においてマグネシウム陽極で
アルデヒドを新たに電気合成する際に改修せずに再使用
する。
これらの例14〜38の全ての場合に、電気合成は周囲
温度で行い、適用される一定の電流の強さは陰極電流密
度をLA/dm2にするような強さである。
電気分解の期間は、有機ハロゲン化物1モル当り2.1
フアラデー(203x103C)を使用するように選ば
れる。
電気分解を行う前に、アルゴンをバブリングさせて反応
混合物を脱気し、そしてその混合物をアルゴン雰囲気に
保つ。
電気分解後に、側材〜12の場合に説明した方法を使っ
て混合物を加水分解させ、次いで生成されたアルデヒド
を単離し、精製し、そして同定及び測定する。
例37の場合には、アルデヒドは水和物の形で回収する
未反応の有機ハロゲン化物及び生成したアルデヒドはま
た、酸加水分解(6N)Icり及びジエチルエーテルで
の抽出後に溶液のアリコートの試料から気相クロマトグ
ラフィーにより測定することもできる。未反応有機ハロ
ゲン化物の測定は、このハロゲン化物の転化率を計算す
ることを可能にする。
下記の第2表は、各側ごとに有機ハロゲン化物の種類及
びジメチルホルムアミド中の濃度、陰極の種類そして金
属Mを電着させるのに用いた方法を示す。
第3表は、各側ごとに有機ハロゲン化物の転化率、出発
有機ハロゲン化物に関して生成されたアルデヒドの種類
及び収率を示す。一部の例の場合には、単離された純粋
アルデヒドの収率もかっこ内に示される。
第2表 第 2 表(続き) 第3表 第 3 表(続き) 貞刹 次に掲げる点を除き、例14〜38に関する一般的条件
を使って操作を行う。
・陰極電流密度はり、 I A /dm”である。
・方法りを使ってカドミウムの電着により被覆されたス
テンレス泪の陰極を使用する。
・反応媒体はN−メチルホルムアニリド及びテトラメチ
ル尿素の75/l5容量比の混合物であって、支持電解
質として臭化テトラブチルアンモニウムを10−2Mの
濃度で含有しそして有機ハロゲン化物としてp−CF3
C6114Clを0.50モル/lの、濃度で含有して
いる。
有機ハロゲン化物の転化率は100%である。
p−CF*CJf4CllOが15%の収率で得られる
拠り p−クロロトリフルオロトルエン9g3臭化テトラブチ
ルアンモニウム200mg及び無水臭化カドミウム50
0mgを35dのジメチルホルムアミドに溶解させた溶
液を、アルゴンをバブリングさせて脱気しそして電解槽
をアルゴン雰囲気下に維持してから、この反応混合物の
温度をおおよそ40℃に保ちながら、0.IAの電流の
強さで1時間、次いで0.5Aの電流の強さで5時間3
0分間電気分解する。
陽極はマグネシウム製であり、陰極はステンレス鋼製で
ある。
次いで、反応混合物を例14〜38の場合のように処理
する。トリフルオロメチルへンズアルデヒドが85%の
収率で得られる。この例においては有機ハロゲン化物の
濃度が特に高い(およそ1.5M)ことに注目すべきで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電極を取付けた電解槽で有機ハロゲン化物及びN,
    N−二置換ホルムアミドを電気分解し、続いてこの反応
    混合物を加水分解することによりアルデヒドを電気合成
    するための方法であって、当該電解槽がただ一つだけの
    区画室を有すること、そして還元金属及びそれらの合金
    からなる群より選ばれた金属で作製された犠牲陽極を使
    用することを特徴とする、上記の方法。 2、前記陽極がマグネシウム、アルミニウム、亜鉛及び
    それらの合金からなる群より選ばれた還元金属で作られ
    ていることを特徴とする、請求項1記載の方法。 3、前記アルデヒドが一般式RCHO(この式中、Rは
    有機基を表す)に該当し、前記有機ハロゲン化物が一般
    式RX(この式中、Rは上述の意味を有し、Xはハロゲ
    ン原子、好ましくは塩素又は臭素を表す)に該当し、そ
    して前記N,N−二置換ホルムアミドが一般式▲数式、
    化学式、表等があります▼(この式中、 R^1及びR^2は、同じもの又は異なるものであり、
    置換された又は置換されていない脂肪族又は芳香族鎖、
    好ましくは1〜8個の炭素原子を有するアルキル鎖かあ
    るいは置換されたもしくは置換されていないフェニル環
    を表し、さもなければR^1及びR^2は環を形成する
    )に該当することを特徴とする、請求項1又は2記載の
    方法。 4、Rが、置換された又は置換されていない、脂肪族、
    アリール脂肪族、芳香族、アルキル芳香族又は複素環式
    の有機基、好ましくは置換された又は置換されていない
    アルキル基又はフェニル基を表すことを特徴とする、請
    求項3記載の方法。 5、当該反応混合物中に有機溶媒が追加して存在するこ
    とを特徴とする、請求項1から4までのいずれか一つに
    記載の方法。 6、前記陰極が亜鉛、カドミウム、鉛及びスズからなる
    群より選ばれた金属Mの電着により被覆されることを特
    徴とする、請求項1から5までのいずれか一つに記載の
    方法。 7、当該反応混合物中にカドミウム塩、鉛塩又はスズ塩
    が追加して存在することを特徴とする、請求項1から5
    までのいずれか一つに記載の方法。 8、前記有機ハロゲン化物の濃度が0.05モル/lと
    2モル/lの間であることを特徴とする、請求項1から
    7までのいずれか一つに記載の方法。 9、前記有機ハロゲン化物が電気分解の間に反応混合物
    へ漸進的に加えられることを特徴とする、請求項1から
    7までのいずれか一つに記載の方法。
JP1303444A 1988-11-23 1989-11-24 アルデヒドの電気合成方法 Expired - Lifetime JP2812748B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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