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关键词:有机电合成·自由基电化学·杂环化合物P.Xiong,H.C.Xu.Chemistry with Electrochemically Generated N-Centered Radicals.Acc.Chem.Res.,2019,52,3339-3350.有机电合成是电化学的重要分支科学,电生自由基反应已成为合成杂环化合物的重要途径.相比于碳自由基化学,氮自由化学研究相对缺乏,主要是缺少便捷、通用的氮自由基形成方法.厦门大学徐海超教授课题组以稳定易得的N-H键为氮自由基前驱体,采用电氧化反应高效可控地生成氮自由基,利用该活性中间体实现了系列传统方法难以进行的高选择性电氧化偶联反应,为多种重要杂环结构提供高效、绿色合成新路线.该综述对电生氮自由基反应研究进行了系统总结,阐释了电氧化形成氮自由基的原理、方法及其在合成化学中的应用.     

甲醇电氧化催化剂Pt/CeO2-CNTs与PtRu/C的比较研究

为认识合成催化剂Pt/CeO2-CNTs与商用催化剂PtRu/C(E-TEK)的催化性能和结构特点, 用CO溶出法和恒电位氧化法比较了这两种催化剂对CO的电氧化活性, 运用循环伏安法和恒电位氧化法比较了这两种催化剂对甲醇的电氧化活性. CO电氧化实验结果表明, PtRu/C上CO的电氧化活性明显优于Pt/CeO2-CNTs; 甲醇电氧化实验结果却表明, Pt/CeO2-CNTs与PtRu/C上甲醇电氧化表观活性相当. 为从结构特点上解释PtRu/C上CO电氧化和甲醇电氧化活性的不一致, 对PtRu/C进行了循环伏安扫描和CO溶出实验. 结果表明, PtRu/C的甲醇电氧化电流之所以没有预期高, 一是由于Pt比表面积不够大, 同时Pt-Ru之间协同作用有待提高. 本研究结果表明, 尽管Ru对Pt上CO电氧化有显著助催化作用, 但要充分发挥其对Pt上甲醇电氧化的助催化作用, 需同时提高Pt表面积和Pt-Ru接触界面. 该结论对设计甲醇电氧化催化剂具有普适意义.     

含硝基咔唑类有机电催化剂的合成及其对醇的电催化氧化

有机小分子的电催化氧化是催化领域的一个重要研究内容.通过醇的选择性氧化合成相应醛或酮类化合物在精细化学品和有机化学中间体的合成领域均具有十分重要的意义.有机电催化合成用电子代替强氧化还原剂,可以使反应在比较温和的条件下进行.但在直接电氧化合成反应中,电极表面容易生成有机聚合物膜,使电极钝化,电流效率急剧下降.而在电子转移媒质作用下的有机电催化反应不仅可以避免电极表面钝化,还可以控制目标产物的过度氧化.三芳胺类化合物是一类新型的电氧化还原媒质,由于其具有较宽的电化学氧化还原电位已引起研究者的广泛关注.咔唑类化合物相比于三芳胺类具有更好的平面性,使得取代基效应更为显著.咔唑类化合物被广泛作为荧光材料,但用于电化学方面的研究很少.本文通过在咔唑类化合物中引入具有强吸电子性的硝基以提高该类化合物的氧化电位,并将其作为有机电催化媒质,采用间接电化学氧化的方式,在室温下研究醇的电化学催化氧化反应,合成相应醛类化合物.
　　我们合成了三种含硝基咔唑类有机电催化剂,通过1H NMR对其结构进行了鉴定.采用循环伏安法测试了该类有机电催化剂的电化学氧化还原性能.发现取代基的电子效应对有机电催化剂的氧化还原电位及电化学氧化还原可逆性有很大的影响,供电子基(–OCH3)的引入使氧化电位负移(0.717 V),吸电子基(–Br)的引入使氧化电位明显正移(1.282 V).同时,取代基的引入有效改善了有机电催化剂的电化学可逆性,从而可以作为有效的电氧化还原媒质应用于电化学氧化反应中.而当把化合物中的NO2还原为NH2后,咔唑类化合物的电化学氧化还原可逆性完全消失,表明硝基的引入对咔唑类有机电催化剂的电化学性能有很大的影响.
　　循环伏安结果发现,在咔唑类硝基化合物的作用下,对甲氧基苯甲醇(p-MBzOH)的电化学氧化峰电位从1.350 V降至1.286 V,表明可以在较低电位下进行电解,有效降低了电氧化反应的能耗,同时氧化峰电流明显增加,说明该类有机电催化剂对p-MBzOH具有良好的电催化性能.随着p-MBzOH浓度的增加,氧化峰电流也明显增大,说明在咔唑类有机电催化剂的作用下, p-MBzOH可以在比较高的浓度下进行电化学氧化电解.通过对不同对位取代基的苯甲醇类化合物进行循环伏安研究,发现含硝基咔唑类化合物对具有较高氧化电位的反应底物均表现出良好的电催化氧化性能.
　　在含硝基咔唑类有机电催化剂的氧化电位(1.28 V)和室温下,对不同浓度的p-MBzOH进行恒电位电解6 h,发现当催化剂的用量为底物的2.5 mol%时, p-MBzOH可以完全转化为相应的醛类目标产物.而且恒电位电解后分离回收的含硝基咔唑类有机电催化剂仍具有良好的电化学氧化还原可逆性.     

含硝基咔唑类有机电催化剂的合成及其对醇的电催化氧化（英文）

有机小分子的电催化氧化是催化领域的一个重要研究内容.通过醇的选择性氧化合成相应醛或酮类化合物在精细化学品和有机化学中间体的合成领域均具有十分重要的意义.有机电催化合成用电子代替强氧化还原剂,可以使反应在比较温和的条件下进行.但在直接电氧化合成反应中,电极表面容易生成有机聚合物膜,使电极钝化,电流效率急剧下降.而在电子转移媒质作用下的有机电催化反应不仅可以避免电极表面钝化,还可以控制目标产物的过度氧化.三芳胺类化合物是一类新型的电氧化还原媒质,由于其具有较宽的电化学氧化还原电位已引起研究者的广泛关注.咔唑类化合物相比于三芳胺类具有更好的平面性,使得取代基效应更为显著.咔唑类化合物被广泛作为荧光材料,但用于电化学方面的研究很少.本文通过在咔唑类化合物中引入具有强吸电子性的硝基以提高该类化合物的氧化电位,并将其作为有机电催化媒质,采用间接电化学氧化的方式,在室温下研究醇的电化学催化氧化反应,合成相应醛类化合物.我们合成了三种含硝基咔唑类有机电催化剂,通过~1H NMR对其结构进行了鉴定.采用循环伏安法测试了该类有机电催化剂的电化学氧化还原性能.发现取代基的电子效应对有机电催化剂的氧化还原电位及电化学氧化还原可逆性有很大的影响,供电子基(–OCH~3)的引入使氧化电位负移(0.717 V),吸电子基(–Br)的引入使氧化电位明显正移(1.282 V).同时,取代基的引入有效改善了有机电催化剂的电化学可逆性,从而可以作为有效的电氧化还原媒质应用于电化学氧化反应中.而当把化合物中的NO~2还原为NH~2后,咔唑类化合物的电化学氧化还原可逆性完全消失,表明硝基的引入对咔唑类有机电催化剂的电化学性能有很大的影响.循环伏安结果发现,在咔唑类硝基化合物的作用下,对甲氧基苯甲醇(p-MBzOH)的电化学氧化峰电位从1.350 V降至1.286 V,表明可以在较低电位下进行电解,有效降低了电氧化反应的能耗,同时氧化峰电流明显增加,说明该类有机电催化剂对p-MBzOH具有良好的电催化性能.随着p-MBzOH浓度的增加,氧化峰电流也明显增大,说明在咔唑类有机电催化剂的作用下,p-MBzOH可以在比较高的浓度下进行电化学氧化电解.通过对不同对位取代基的苯甲醇类化合物进行循环伏安研究,发现含硝基咔唑类化合物对具有较高氧化电位的反应底物均表现出良好的电催化氧化性能.在含硝基咔唑类有机电催化剂的氧化电位(1.28 V)和室温下,对不同浓度的p-MBzOH进行恒电位电解6 h,发现当催化剂的用量为底物的2.5 mol%时,p-MBzOH可以完全转化为相应的醛类目标产物.而且恒电位电解后分离回收的含硝基咔唑类有机电催化剂仍具有良好的电化学氧化还原可逆性.     

用氧化偶联聚合法合成新型电活性聚酰胺及其结构表征

使用氧化偶联聚合的方法, 合成了一种新的电活性聚酰胺, 使其同时具有聚酰胺和聚苯胺性质. 该反应操作简便易行, 室温下即可进行. 通过红外光谱和核磁共振谱对其结构进行了表征, 用紫外-可见光谱和循环伏安法研究了氧化还原性质和电活性, 并测试了导电率.     

电合成间苯氧基苯甲酸

以Nafion417作隔膜,Pb-PbO2作阳极,Pb作阴极,电解氧化Cr(Ⅲ)为Cr(Ⅵ),然后以Cr(Ⅵ)为氧化媒质,氧化间甲基二苯醚为间苯氧基苯甲酸.研究了在Nafion417隔膜槽中影响Cr(Ⅲ)电氧化的因素,并进一步探究优化电合成间苯氧基苯甲酸的工艺条件.     

石墨烯纳米片担载Pt-Pd双金属纳米球作为甲醇氧化的电催化剂(英文)

利用简便的无表面活性剂的方法合成了石墨烯担载的Pt-Pd双金属纳米球.首先由Na2PdCl4与氧化石墨烯发生氧化还原反应生成Pd晶种,然后诱导Pt纳米粒子的生长,得到Pt-Pd双金属纳米球.采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线粉末衍射仪表征了合成的Pt-Pd/GR催化剂的结构,并测定了其作为甲醇氧化电催化剂的性能.结果表明,Pt-Pd/GR催化剂对甲醇氧化反应表现出高催化活性和稳定性,甲醇氧化电流密度为51.8mA·cm-2.     

有机物的阴极间接电氧化(Ⅱ)——烯酸的阴极间接环氧化

建立一种新的阴极间接电氧化体系 ,以VO(acac) 2 OOH/VO(acac) 2 为氧化还原媒质 ,通过催化阴极由O2 电还原产生的H2 O2 对某些烯酸如顺丁烯二酸、反丁烯二酸和丁烯酸等进行间接环氧化 .研究了 pH值、温度、电流密度等因素对反应的影响 .本文是继前文[1]之后所建立的又一新的氧化还原媒质 .此研究对有机电合成的发展具有重要的理论意义和实际意义 .     

以Pb-(BrO_3~-/Br~-)为媒介间接电氧化合成双醛淀粉

应用间接氧化法,以Pb为阳极,BrO3-/Br-为氧化媒介,电氧化淀粉制备双醛淀粉.研究了温度、硫酸与淀粉浓度对电合成过程的影响.在35℃,阳极液WNaBr=2%,CH2SO4=0.05 mol/L,W淀粉=10%,电流密度15 mA/cm2的实验条件下,电流效率为50%.     

高利用率多壁碳纳米管负载金铂合金纳米粒子催化剂在碱性溶液中的甲醇电催化氧化性能研究

使用乙二醇还原法合成了一系列高利用率多壁碳纳米管负载的金铂双金属纳米粒子电催化剂,在碱性溶液中由循环伏安和计时电流法测试该AuPt催化剂对于甲醇氧化反应的电催化活性.透射电子显微镜、X射线衍射与X射线能谱观测催化剂形貌,表征催化剂结构.结果表明,金铂双金属纳米粒子均匀分散在碳纳米管上,催化剂具有良好甲醇电氧化性能.实验表明Au/Pt/MWCNTs比为10∶8∶32(bymass)时,该催化剂具有最高甲醇电氧化峰电流密度与最负起始氧化电位.     

NanoTiO2-CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原

通过在乙醇中电化学溶解Ti金属阳极合成前驱体Ti(OEt)4和溶胶-凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2-碳纳米管(nanoTiO2-CNT)复合膜, 采用循环伏安和电解合成法研究了nanoTiO2-CNT复合膜电极在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)中的氧化还原行为以及对糠醛(furfural)还原的电催化活性. 结果发现, nanoTiO2-CNT电极在阴极扫描时有两对氧化还原峰, 可逆半波电位E r1/2 分别为－1.27 V和－2.44 V(vs SCE, 扫描速度100 mV•s-1), 分别对应于TiO2/Ti2O3氧化还原电对的可逆电极过程和TiO2/Ti(OH)3电对的准可逆电极过程；在DMF电解液中nanoTiO2-CNT复合膜中的Ti(IV)/Ti(III)氧化还原电对作为媒质间接电还原糠醛为糠醇, 反应机理为电化学偶联随后化学催化反应(EC′)机理.     

铂电极上异黄樟油和胡椒醛电氧化的SERS研究

采用循环伏安(CV)法和原位表面增强拉曼光谱(SERS)技术, 研究了非水体系中反应物异黄樟油和目标产物胡椒醛在粗糙铂电极上的电氧化行为, 发现胡椒醛在电位≥1.50 V时将进一步氧化, 而且从分子水平证实, 在胡椒醛的氧化电位(≥1.50 V) 下, 波长为632.8 nm的激光对胡椒醛的氧化有助催化作用. 由异黄樟油直接电氧化合成胡椒醛的电位(E)应控制在1.20 V相似文献   

超声间接电氧化合成三种甲基苯甲醛

以Mn(II)/Mn(III)为氧化还原媒质，间接电氧化合成了邻、间、对位甲基苯甲 醛。在电解和合成的过程中，分别施加了超声进行反应。实验结果表明，电解的电 流效率和邻甲基苯甲醛、间甲基苯甲醛的合成产率在超声的参与下有10%左右的提 高。优化了超声电解的条件，并探讨了超声与未超声时将二甲苯的三个异构体氧化 为相应醛的难易程度。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的新体系: 纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂

采用电合成前驱体Ti(OEt)4直接水解法和电化学扫描电沉积法制备纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂.透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明,纳米PtNi合金粒子(平均粒径8 nm)均匀地分散在纳米TiO2-CNT复合膜的三维网络结构中.通过暂态电化学方法研究表明,复合纳米催化剂的电化学活性比表面积为90 m2/g,对甲醇氧化具有很高的电催化活性和稳定性,常温常压下甲醇氧化峰电位为0.67和0.44 V,当温度为60℃时,氧化峰电位负移至0.64和0.30V,氧化峰电流密度高达1.38Mcm2.复合纳米催化剂对甲醇电氧化的高催化活性和稳定性可归因于多元复合纳米组分的协同催化作用,这种作用导致CO在复合纳米催化剂上的弱吸附,从而避免了催化剂的中毒.     

反应pH值对微波法合成的Mo修饰的Pt/C催化剂结构和乙醇电氧化催化性能的影响

通过调节微波反应溶液的pH值合成了一系列Mo修饰的Pt/C催化剂并用于乙醇的电氧化催化反应.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的晶型结构、微观形貌、粒径尺寸和表面电子结构进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和电化学阻抗谱(EIS)对催化剂的乙醇电氧化催化性能进行了测试.结果表明,碱性环境有利于催化剂组分在碳载体上的均匀分布,pH值为14时制得的催化剂组分颗粒尺寸最小,且分布最均匀.该催化剂不仅表现出了最大的有效电化学比表面积和最高的乙醇电氧化催化活性,而且具有最稳定的乙醇氧化催化性能.     

电化学氧化法合成茴香醛（Ⅰ）

介绍了茴香醛的合成和利用。报道了以对甲苯酚为原料，用池外式间接电化学氧化法合成茴香醛的最佳条件。电氧化再生媒质的电流效率达９４．０～９５．０％。     

纳米TiO_2膜修饰电极异相电催化还原马来酸

通过电化学合成前驱体和溶胶 -凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2 膜 ,SEM ,XRD测试表明晶型为锐钛矿型 ,晶粒平均尺寸为 2 5nm .采用循环伏安法、循环方波伏安法和电解合成法研究了纳米TiO2 膜电极在硫酸介质中的氧化还原行为以及对马来酸 (maleicacid)还原的电催化活性 .结果表明 ,纳米TiO2 膜电极在阴极扫描时有两对可逆氧化还原峰 ,可逆半波电位Er1/ 2 分别为 -0 .5 3V和 -0 .92V (vs .SCE ,扫描速度 0 .0 5V·s-1) ,对应于TiO2 /Ti2 O3 和TiO2 /Ti(OH) 3 两个氧化还原电对的可逆电极过程 .其中TiO2 /Ti2 O3 电对对马来酸具有异相电催化还原活性 ,纳米TiO2 膜中的TiⅣ/TiⅢ 氧化还原电对作为媒质间接电还原马来酸为丁二酸 (butanediacid) ,反应机理为电化学偶联随后化学催化反应 (EC′)机理 .     

在石墨电极上直接电氧化合成D—阿拉伯糖

报导了用伏安法和恒电位电解法在光谱石墨电极上直接电氧化 D-葡萄糖酸钠合成 D-阿拉伯糖的研究结果。研究了 D-葡萄糖酸钠浓度、施加电压、温度、支持电解质对合成 D-阿拉伯糖的产率、电流效率的影响.最后用流动液体电解池作实验室规模的电合成获得成功,并用正交实验法优选出了最佳电合成的工艺条件。电解后电解液产物的分析结果表明,生成 D-阿拉伯糖的选择性为100×10~(-2),电流效率大于80×10~(-2)。     

丁二酸在Ti/TiO2膜电极上的电化学合成

在包含原料马来酸的硫酸溶液中, 通过原位阳极氧化法制备了Ti/TiO2膜电极, 然后采用极性转换技术在原溶液中电化学合成丁二酸. 采用XPS, XRD和SEM分析了膜电极上的元素组成、价态分布和氧化膜的晶相结构及表面形貌. 结果表明, 阳极氧化膜层内只含有Ti和O两种元素, 且Ti均为Ti4+; TiO2氧化膜是金红石相, 表观呈现带孔的条纹形貌. 通过循环伏安、恒电位阶跃和恒电流电解技术研究了Ti/TiO2原位氧化膜电极的电化学性质, 结果表明, 该膜电极对马来酸电还原合成丁二酸具有较好的电催化活性. 以钛基氧化钌电极(DSA)为阳极, Ti/TiO2原位氧化膜电极为阴极进行恒电流电解了实验. 结果表明, 丁二酸的还原产率为95.94%, 电流效率为95.57%, 产物纯度为99.28%, 熔点为185~187 ℃.     

电催化氧化制备苯甲醛的研究

在超声波槽中电生成纳米金属氧化物,继而以MnO2/Mn2 或金属氧化物氧化还原电对作为媒介,电催化氧化合成苯甲醛.实验表明,电流效率和苯甲醛的产率在超声的参与下有明显的提高,优化了超声电解的条件.在较高温度下反应时,有利于提高生成苯甲醛的电流效率.反应选择性较高,苯甲醛产率可达88.9%.