將亞鐵氰化物電化學氧化成鐵氰化物的方法
2023-05-01 08:39:51 1
專利名稱：將亞鐵氰化物電化學氧化成鐵氰化物的方法
背景技術：
合成加蘭他敏(galantamine)(I) 的主要步驟是用鐵氰化物(IV)作為氧化劑，在有機溶劑相和鹼性水相的兩相體系中將為分子式(II) 的中間產物氧化環化成為分子式(III) 的中間產物(WO-96/12692；WO-96/31458)。優選的有機溶劑為芳烴例如甲苯。優選水相為鹼金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽。優選氧化劑為鐵氰化鉀或K3Fe(CN)6(IV)。
加蘭他敏(I)在市場上可買得到如Reminyl_(氫溴酸加蘭他敏)，經驗證其用於治療輕度到中度的阿爾茨海默氏病，且正被研究用於其它適應症例如血管性痴呆、帶有腦血管疾病的阿爾茨海默氏病、輕度認知能力缺陷、精神分裂症、震顫性麻痺以及其它認知能力受損的疾病。
在全規模生產中，必須被焚燒的亞鐵氰化物或K4Fe(CN)6(V)水相廢液嚴重影響終產物加蘭他敏(I)的成本。直到現在，仍沒有用於亞鐵氰化物(V)廢液的回收技術。此外，必須注意的是鐵氰化物(IV)是一種相對比較昂貴的試劑，只有很少的供應商供應，這使得回收具有經濟價值。
通過再氧化，將含有亞鐵氰化物(V)的水相再循環為含有鐵氰化物(IV)的水相在理論上是可行的。但再氧化的化學方法幾乎不可能實現，因為水相中副產物的積聚可對含有鐵氰化物(IV)的水相的再使用，例如用於將為分子式(II)的中間產物氧化成為分子式(III)的中間產物，產生消極影響。此外，所述副產物的積聚可限制再使用循環的數量。
因此，將要解決的問題涉及尋找一種切實可行的方法來將含有亞鐵氰化物(V)的水相再氧化為含有鐵氰化物(IV)的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應(oxidative phenolic coupling reaction)回收，(a)同時避免將在水相中引入副產物的化學過程，以及(b)允許在其它氧化酚偶合反應中，特別是在全合成加蘭他敏時，在中間產物(II)到中間產物(III)的反應中，重複再循環含有鐵氰化物(IV)的水相。
使用如流程
圖1所述的加蘭他敏的全合成詳細實施例，可圖解說明所述問題。
流程圖1 本發明發明人在此提供一種切實可行的方法，用於將含有亞鐵氰化物(V)的水相氧化為含有鐵氰化物(IV)的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收，所述方法不使用將在水相中引入副產物的化學方法，允許在其它氧化酚偶合反應中重複再循環含有鐵氰化物(IV)的水相，以及易於適應工業規模。
發明內容
本發明提供一種用於在隔離式電化學槽中，將含有亞鐵氰化物(ferrocyanide)(V)的水相電化學氧化成為含有鐵氰化物(ferricyanide)(IV)的水相方法，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收，所述方法包括製備陽極電解液，其包括通過潷析、萃取或者過濾來預處理含有亞鐵氰化物(V)的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收；使陽極電解液與隔離式電化學槽中的陽極接觸；使陰極電解液與隔離式電化學槽中的陰極接觸；向隔離式電化學槽施加電能，其中所述電能具有一安培數(amperage)或電壓值，且施加周期足以將亞鐵氰化物(V)氧化成鐵氰化物(IV)。由於亞鐵氰化物(V)到鐵氰化物(IV)的氧化是一種可逆過程，只有通過使用隔離槽才能獲得高轉化速度，所述隔離槽是一種通過膜將陽極電解液和陰極電解液隔開的槽。所述隔開電化學槽的膜是一種陽離子選擇性膜，優選其具有高耐化學性和機械性。將可透過陽離子，但基本上不透過反應物和產物的材料用作隔開電化學槽的膜。膜充當隔離件，電化學槽中的固體電解質需要所述膜將陽離子選擇性輸送穿過這種槽連接件。
這樣一種膜的實例為一種全氟化聚合物膜例如全氟化聚乙烯磺酸(Nafion_，Dupont)。其它膜材料包括聚四氟乙烯(PFTE，例如Teflon_)，聚丙烯(例如Celgard_)膜。亞鐵氰化物(V)和鐵氰化物(IV)都不會通過膜遷移到陰極，但陽離子例如K+被允許通過所述膜，產生K+從陽極電解液到陰極電解液的遷移。
電化學氧化在陽極發生，因此含有亞鐵氰化物(V)的水相為陽極電解液，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。在陰極，質子的電還原產生氫。因此，半電池反應方程式為陽極陰極(或者)研究這種方法的主要困難包括-優化亞鐵氰化物(V)到鐵氰化物(IV)的轉化；-抑制副反應；以及-獲得一種含有鐵氰化物(IV)的水相，所述鐵氰化物(IV)可有效再用於將中間產物(II)氧化成中間產物(III)。
許多使用含有亞鐵氰化物(V)的水相的試驗教導本發明發明人新鮮相或者未處理過相的電解氧化產生不穩定的結果，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。
未處理過的水相包含大約2％-大約4％的有機物質以及以氫氧化鐵形式存在的懸浮游離鐵。雖然目前還不明白有機物質對電解氧化過程的影響，但懸浮游離鐵似乎通過在隔離槽的膜和電極上沉積阻滯了所述電解氧化過程。
一種在概念上容易-但實踐起來困難(雖然不是不可實現)的方法，涉及通過在60℃或者更高溫度下將所述含有亞鐵氰化物(V)的水相貯存一段足以使懸浮顆粒沉降的時間，並輕輕倒出上層水相以使之同沉積顆粒分離來預處理所述含有亞鐵氰化物(V)的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。經顯示，60℃或者更高的溫度能阻止亞鐵氰化物(V)從水相沉積。這種可實現的方法是一種在全規模生產中不能真正接受的方法，這是因為必須在60℃或者更高溫度下、在一段足以使懸浮顆粒沉降的時間內，佔用巨大的貯罐來容納含有亞鐵氰化物(V)的水相。
前述為尋找更可行的解決方案所進行的嘗試教導本發明發明人通過用一種有機溶劑、優選一種芳烴例如甲苯來預處理含有亞鐵氰化物(V)的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收，所述甲苯是一種用在我們很感興趣的氧化酚偶合反應中的溶劑。這樣一種預處理過的水相不會出現使用未處理過的水相遭遇到的問題。這一點由於兩個原因顯得很突出。
首先，我們觀察到用有機溶劑例如甲苯萃取過的水相仍然含有懸浮顆粒，但這看起來似乎不再阻礙電解氧化反應的進行。
其次，從科學的觀點，人們可有這樣的概念萃取工序將去除有機物質，但幾乎不能去除游離鐵。對所述方法的現行理解為認為懸浮有機物質的去除不會對電解氧化方法產生影響，然而游離鐵的去除將會對之產生影響。我們的試驗看起來似乎教導了相反的結論，且目前未能對所觀察到的現象找到理論依據。
在先前段落中概述過的另一種解決所述問題的實用方法包括通過過濾對所述含有亞鐵氰化物(V)的水相進行預處理，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。在實驗室規模中，所述過濾為一種使用例如布氏漏鬥的過濾，所述漏鬥填充有常溫(cold)過濾助劑例如一種過濾機預塗層。在工業生產規模中，所述過濾步驟包括將過濾助劑添加到水層並在一預熱的單層或多層過濾器上過濾。
所述陰極電解液應該能使電流傳輸，且應該是導電的。其不應該顯著促使副反應的發生。在優選實施方案中，通過在水中溶解鹼金屬氫氧化物(例如KOH)或者鹼金屬鹽(例如K2CO3、KHCO3、KCl、KCN)形成0.0001M-1M的溶液來製備陰極電解液。所述陰極電解液還可包括可混合的有機溶劑例如烷醇，如甲醇或乙醇。
在上述方法中，當質子從陰極電解液中遷移出時，所述陰極電解液的pH將增加，但總的來說這不會對所述方法產生影響。
選擇N.V電解槽(瑞典)的MP型隔膜槽進行所述方法。
為了以切實可行的方式進行上述電解氧化方法，我們進行了許多試驗來尋找工藝條件、特別是最佳工藝條件。
我們對一系列陽極電極進行了測試，總結所述試驗的結果為最經濟的選擇為使用石墨電極，儘管認為很昂貴的電極例如尺寸穩定型陽極也能同樣工作。
我們還對一系列陰極電極進行了測試，總結所述試驗的結果為儘管多種其它類型的電極能夠工作，例如選自銅、鎳、不鏽鋼和石墨電極的陰極電極，但有一些電極不能工作，例如鉛電極。使用銅陰極電極或者石墨陰極電極可獲得最好的結果。
所述試驗涉及尋找工藝條件、特別是最佳工藝條件，所述試驗還涉及確定將被施加到所述隔離式電化學槽上、用於實現期望目標的電能參數。一方面，觀察到當所施加的電壓低於2V時，亞鐵氰化物(V)到鐵氰化物(IV)的轉化速度實際上太慢，另一方面，發現高於2.8V的電壓導致在陽極上產生氧氣，從安全的觀點，這無疑是一種難以接受的現象。在大約2.2V-2.6V的電壓，特別是在2.6+/-0.1V時，可得到最大轉化速度和最小氧氣產生量的最佳平衡。電流密度可在大約20mA/cm2-大約80mA/cm2，優選為大約40mA/cm2。依賴陽極電解液的組成來調節電能。
還觀察到優選在60℃或者更高溫度下進行所述方法來避免亞鐵氰化物(V)的沉澱。然而，進一步的試驗已顯示在低於50℃的溫度下也能同樣很好地進行所述方法。
研究更高的溫度例如70℃，但發現對所述方法的結果沒有任何顯著的影響。因此，根據本發明，在這一時刻，陽極電解液和陰極電解液的溫度大約為50℃看起來似乎是進行所述方法的最佳溫度。
前述方法偶爾易於失敗。為了避免所述方法失敗，在方法控制系統中添加一步或多步監控步驟。
首先，在電解氧化過程中，通過在膜或者電極上沉積外來物質可阻止亞鐵氰化物(V)到鐵氰化物(IV)的轉化。可通過記錄通過槽的電流來監控這種事故，當電流下降時中止所述方法。
其次，人們可以在所述工藝過程中注意到陽極電解液中亞鐵氰化物(V)的濃度沒有下降或者鐵氰化物(IV)的濃度沒有增加。因此，在所述方法中，可方便地記錄陽極電解液中亞鐵氰化物(V)和鐵氰化物(IV)的濃度。
第三，在所述方法中，人們應該避免開始形成游離氰化物(CN-)，顯然，當這種危險將要發生時，必須立即中止所述方法。
為了及時處理上述可能發生的事情，本發明的方法將有利地包括監控步驟，在所述監控步驟中，記錄下來所有的所述現象，且監控步驟啟動適當的動作例如停止運作。
使用電腦控制的數據巡迴檢測器(Grant Co.，UK)可記錄電能條件，所述巡迴檢測器以預定的時間間隔來記錄槽電壓、電流、溫度和pH直至所述工藝停止。
為了在所述電解氧化反應過程中監控亞鐵氰化物(V)到鐵氰化物(IV)的轉化，可使用傅立葉變換紅外(FTIR)光譜。所述技術不僅能使人們監控所述轉化和電解氧化的終點，而且還能使人們監控到不需要的游離氰化物(CN-)的產生。鐵氰化物(IV)吸光度的峰值在2115cm-，亞鐵氰化物(V)吸光度的峰值在2035cm-，游離氰化物(CN-)吸光度的峰值在2080cm-；峰值之間分開充分，足以清楚辨識。
通過結合使用所述紅外光譜和ATR(衰減全反射，Attenuated totalreflection)探頭可實現在線測量，所述ATR探頭可避免陽極電解液的採樣，且還可提高分析速度。作為備用，可用cerometric滴定作為預備措施，所述滴定涉及一種氧化還原滴定其中，鄰菲咯啉亞鐵離子指示劑由橙紅色變為綠色。
在另一種實施方案中，本發明涉及含有鐵氰化物(IV)的水相，所述鐵氰化物(IV)通過上述方法獲得。更進一步，本發明涉及含有鐵氰化物(IV)的水相的再使用，所述鐵氰化物(IV)通過上述方法獲得，用於在對氧化酚偶合反應敏感的基質上進行所述氧化酚偶合反應。所述再使用特別與將為分子式(II)的基質環化成為分子式(III)的中間產物有關，可將所述中間產物(III)進一步轉化成加蘭他敏(I)。
試驗部分實施例11.1方案和工序圖1給出了電化學槽和輔助設備的示意圖。MP槽(電解槽)具有兩個面積各為100cm2的電極。用Nafion_膜隔離陽極室和陰極室，且電極和膜之間的間距為5mm。為了流動均勻，在槽上提供兩個進口和出口。使用控制流速的隔膜泵Pa、Pc(Teflon_泵壓頭，Cole-Parmer，美國)來循環所述陽極電解液和陰極電解液。將離開所述室的流體引導到玻璃貯存容器Sa、Sc中，所述容器配備有用於取樣和插入傳感器(例如pH電極)的開口。液體從所述貯存容器進入到熱交換管中，所述熱交換管被放置在相同的加熱-冷卻恆溫箱(Cole-Parmer，美國)中。將液體從所述熱交換管引入到所述泵中，僅僅使用Teflon_管子。
電源為電容量為40A的恆電位儀P.S.，以控制槽電壓的模式運行。電腦控制的數據巡迴檢測器D.L.(Grant Co.，UK)用於收集數據。其以預定的時間間隔讀取槽電壓、電流、溫度以及pH直至讀取停止。
1.2電解之前的工序將恆溫箱加熱到需要的溫度，然後用500ml 0.5M的NaCl溶液充滿陰極貯存容器。放置溫度計、測溫探頭以及pH電極，並開始循環陰極電解液從而達到需要的溫度。將250ml被加熱到大約70℃的工藝用水放置到陽極貯存容器Sa中，並開始循環。
設定恆電位儀和數據巡迴檢測器的程序，當液體溫度達到平衡時，初始化所述數據巡迴檢測器的讀數，並接通具有所需要的槽電壓的電流。
250ml工藝用水的電解通常進行40分鐘。在10、20、30、50、70分鐘，採1ml陽極電解液和陰極電解液試樣進行亞鐵氰化物和K+分析。40分鐘後，停止電解，取出並清洗pH電極。
1.3槽的清洗在電解之後，按照下述工序清洗MP槽首先，用泵去除陽極電解液，去掉從槽的陽極室到貯存容器Sa的管子，並通過這個出口排放陽極電解液。通過將250ml水引入到所述貯存容器中並將之泵送通過所述槽來清洗所述陽極室。繼續進行清洗直至液體變成無色為止。以相似的方式清洗所述陰極室直至液體pH達到7為止。清洗陽極室的勞動量更大一些。同清洗陰極室相比，清洗陽極室需要多大約3-4倍的水。
在所述研究中，我們從工藝用水著手，所述工藝用水曾被靜置並被潷析。這種水被稱之為「舊」水。還提供兩種其它類型的工藝用水。一種是「新鮮」水或者未處理過的水，另一種是「甲苯萃取過的」水。這兩種水的pH均大約為9.3。
在使用「新鮮」的或者未處理過的工藝用水的試驗過程中，在Sa貯存容器的壁上形成一層棕褐層，根據每一次電解，在相同的槽電壓下觀察到較小的電流。使用5％的HCl溶液很容易將所述層從容器上溶解掉。
分析所得溶液顯示形成氫氧化鐵/氧化鐵。對陽極室進行相似的酸性處理導致產生藍色液體，這表明在所述室內壁上的層含有六氰基高鐵酸鹽離子。在酸性處理中，氫氧化鐵/氧化鐵溶解，形成均為藍色的KFe[Fe(CN)6]或者Fe4(Fe(CN)6)3沉澱。這些沉積物是可溶性的，可被洗掉。餘下發粘的部分可通過用鹼性溶液處理來溶解。依序重複所述酸性--鹼性工序3-4次，從所述陽極室去除掉所述沉積層，恢復工藝條件。
在槽中還形成一層氧化層，且在形成一些氧化層之後，再生工作停止。
只有我們以165ml/min的流速，通過依次泵送100ml 5％的HCl、250ml水、100ml 5％的NaOH和250ml水達三次來清洗所述槽才能恢復再生能力。
除了前述層的形成，使用「新鮮」工藝用水還會產生另一個難題。據觀察，在開始電解之後，在陰極電解液中出現一種棕褐色沉積物，經證明所述沉積物為Fe(OH)2/Fe(OH)3。其由穿過陽離子導電酸性Nafion_膜的游離鐵離子形成。當所述游離鐵離子進入鹼性陰極電解液中時，開始沉澱。據觀察僅在電解初始的數分鐘內形成所述沉積物。用新鮮的溶液替換陰極電解液，未再出現汙染物。甲苯萃取過的工藝用水更合人意，這是因為未出現Fe離子通過所述膜遷移到陰極電解液中，且未乾擾陽極室中層的形成。在「舊」水中，在靜置過程中，棕褐色粉末如沉積物積聚，所述棕褐色粉經證明為鐵的氧化物。通過從390ml水中過濾出所述沉積物，用鹼性溶液清洗並進行乾燥，測定數據為0.251g/dm3，即0.00157mole/L鐵的氧化物。
在剛開始滴定時，出現顯示形成普魯士蘭沉積物的藍色，所述沉積物僅僅當有游離鐵離子存在時才能形成。含量的定量測定不成功。
「新鮮」水和「甲苯萃取過的」水的pH幾乎相同(「新鮮」水pH＝9.37，「甲苯萃取過的」水pH＝9.43)。
1.4分析取1ml體積的陽極電解液為試樣，通過用0.05M酸性Ce(SO4)2溶液滴定和亞鐵鄰菲咯啉指示劑來確定Fe(CN)4-6離子的濃度。Ce(IV)離子將Fe(CN)4-6離子氧化成Fe(CN)3-6離子。
在K+離子通過所述膜遷移之後，取1ml陰極電解液為試樣，通過離子敏感電極(RADELKISZ，Hungary)分析K+的含量。在每一次分析之前，通過在0.1、0.01以及0.001M的KCl溶液中測量電極相對於飽和甘汞電極(sce)的電勢來校準電極。這些數據形成了一條校準曲線。
1.5替換槽中電極電解槽配備有Cu陰極和石墨陽極，這是因為根據我們的初步工作，它們是最合適的組合。除了這些電極，經測試不鏽鋼陰極和石墨氈覆蓋的石墨陽極和Ni陽極也很好。可無任何困難地替換所述電極。
1.6基本操作特點通過使用Cu陰極和石墨陽極確定所述氧化的基本特點。在先前的研究中，這些材料是最有前景的。儘管需要相當大的過電位，但在熱力學上，石墨具有相當穩定的抗氧化性。認為即使在有機反應中發生了氧化，石墨氧化產物的幹擾也比金屬陽極的離子要小，在所述有機反應中，預計被再循環的鐵氰化物(IV)將被再使用。
操作參數範圍槽電壓2.00-2.80V。低於2.00V，轉化速度太慢以至於不可行，高於2.80V，在陽極逸出大量氣體。實際上，在2.80V槽電壓下，大約在電解20分鐘後出現氣體逸出。槽電壓的操作範圍為2.20V-2.60V。
溫度60-70℃。在更低溫度，Fe(CN)3-6/Fe(CN)4-6絡合物的溶解度很低。由電解槽材料的熱穩定性決定上限值。大部分試驗在60℃下進行。
泵速100-500ml/min。使用更小的速度，通過流體傳遞給槽的熱量不足以維持所述溫度，使用更快的速度，在系統中形成高壓和振動(管道內徑不足以承受更快的泵速)。短期更快的速度不會影響電流。通常速度為405ml/min。
實施例22.1用多種電極的觀測結果2.1.1Cu陰極和石墨陽極。
2.1.1.1「舊」工藝用水用「舊」工藝用水完成利用MP槽的初始工作。將所述水貯存大約1年。所述電解氧化方法的再生能力非常好。在起始階段，電流隨著槽電壓增加，因為具有足夠量的Fe(CN)4-6來維持增加的反應速度。當電流下降時，電流變得與槽電壓無關，因為這時通過遷移控制電流，但是，在最後階段，電流又隨著槽電壓增加。這種變化是由於槽電壓是恆量，隨著Fe(CN)4-6氧化速度的下降，新的反應開始了，且其作用隨著電解時間變得越來越大。這些發應可為(i)在水中，有機汙染物的氧化，(ii)石墨陽極的氧化或者(iii)氧氣逸出。據觀察，在所有試驗中，在2.80V槽電壓下，氣體在電解大約20分鐘時開始逸出，從槽中進入到貯存容器中的陽極電解液變得泡沫越來越多。在電解60-70分鐘時，由滴定數據計算出來的Fe(CN)4-6轉化率大於80％。
2.1.1.2「新鮮」水由於電流很低，在2.00V的試驗被停止的較早。在所述工作過程中，結果是膜和陽極上的沉積物可使電流下降，且僅當應用如1.3所述的清洗工序時，再生工作才有可能。
2.1.2甲苯萃取過的水2.1.2.1Cu陰極和石墨陽極儘管在每一個貯存所述水的容器底部，我們都發現了細分散的沉澱物，但使用這種水我們沒有遇到上述關於「新鮮」水的難題。
電流隨時間的變化遵循與先前情況相似的模式。流速為405ml/min。槽電壓的增加導致短期內起始電流的增加。在2.40V時，在90分鐘內達到大約80％的轉化率，而在2.60V時，在70分鐘內達到。
儘管在起始階段具有槽電壓因變量，但轉化率與通過的電荷成比例。當由氧化絡合物滴定計算出來的所通過的電荷與由電流計算出來的所通過的電荷的比例被繪製成曲線時，最適宜的條件似乎是在2.40V。
2.1.2.2不鏽鋼(SS)陰極和石墨陽極當在2.20V用SS陰極進行第一次電解時，電流出人意料的低。看起來似乎是第一次的電解激活了所述陰極，因為在2.40V進行下一次電解時形成了預計範圍內的電流。在2.60V的電解如預計般進行，儘管電流幾乎保持恆定直至電解停止，但在2.80V，電流開始下降的很快。大量氣體逸出證明在此電壓下正在進行其它過程。在這次電解之後，我們返回到2.20V，所觀察到的電流為我們期望的電流。
轉化率未達到使用Cu-石墨電極(圖17)達70分鐘時所看到的水平。所述轉化率大約為70-80％。
2.1.2.3不鏽鋼(SS)陰極和石墨氈陽極嘗試石墨氈陽極的目的在於增加電流密度。將石墨氈粘在具有很高表面積的固體石墨的表面。同固體石墨陽極相比，在2.20V進行的電解以更大的電流進行，且所述電流幾乎在整個電解時間內保持恆定，僅在接近結束時，急劇下降。這種特點很有前景。不幸的是，由於有機成分的吸附，電極的清洗勞動量很大。應用常規的酸性清洗工序導致未停留的清洗水呈現粉-褐紅色，這可能是由於粘合劑的分解造成的。這種現象導致這種複合材料對用於我們的目的沒有價值，不能再用之進行進一步的試驗。
2.1.2.4不鏽鋼(SS)陰極和Ni陽極由於Ni抗氧化的熱力學穩定性與石墨相似，因此儘管槽電壓的範圍很窄，但設想嘗試用這種金屬作為陽極將會是有價值的。
電流下降很快，且不幸發生Ni的溶解。由於這些原因，我們不考慮將Ni作為陽極材料。
2.2結論這些試驗證明了初步的研究認為Cu或者不鏽鋼陰極和石墨陽極為最適宜的電極。
儘管未預見到改變陰極材料將會影響轉化率，但在使用不鏽鋼陰極的情況下，轉化率低於使用Cu陰極的情況。這種影響可通過不同的過電位分配間接地產生。
在Cu陰極上，觀察到細微的表面粗糙化。在不鏽鋼陰極上未觀察到變化，石墨陽極也很穩定。
實施例33.1流速的影響將陽極電解液和陰極電解液流體的流動控制為具有相同的速度。不同的流速(陰極電解液流動的更慢或更快)不會對電流產生影響。陽極電解液的體積為250ml，但流度為500ml/min。我們必須使用500ml的體積來阻止由於快速抽氣導致的空氣的進入。在起始階段，流速的增加不會影響電流，但在接近反應的終點，由於大量的遷移，流速的增加會影響電流。因此，陽極電解液流動的更快是有利的。在我們的設置中，流速不能再被增加。在試驗工作中，我們應用的流速為405ml/min。
3.2有機成分對電流的影響比較在相同的槽電壓例如2.20V在各種設置中觀察到的氧化速度，可以得出的結論為在t＝0時的初始速度幾乎相同。除了使用表面積大得多的石墨氈外，電流在4.0-4.5A範圍內。在與電流有關的時間內，可以看到由於水的組成的不同帶來的不同。
考慮到有機成分的影響，自將之用作引導樣本之後，不考慮使用「舊」水，「新鮮」水和「甲苯萃取過的」水則很有價值。「新鮮」水形成沉積層的強烈趨勢說明了在槽中，在將水相廢液循環之前，對其進行處理的重要性。
用甲苯萃取提供了一種適宜用作陽極電解液的水相。其顯然改善了游離鐵離子的含量，且在陰極電解液中沒有沉積物產生。所述萃取還改善了有機成分，儘管使用這種水也形成某些層，但它沒有阻塞所述陽極和膜。
作為選擇，我們儘量通過在活性炭上吸附來從「新鮮」水中去除有機物質，但這並不是很成功。
我們的結論是用甲苯萃取是一種對減小阻塞很有用的工序。
3.3氫氣的逸出當陰極電解液僅含有NaCl時，陰極反應必定為
通過法拉第規則，由電流可計算出H2的量。因此，在1s時間內，1A電流(Q＝1A*1s＝1As)產生1/(2*96600)＝5.18*10-6摩爾，即1.24*10-4L H2。在我們的試驗中，250ml工藝用水的亞鐵氰化物(V)含量需要大約20000As，在1.86g(大約1.86ml)水的反應消耗中形成2.48L H2。所述量太小以至於不能在體積為500ml的陰極電解液中看到變化，特別是如果我們認為隨著K+離子遷移通過所述膜，還發生水的遷移時，甚至於會過度補償了這部分消耗。
3.4槽電壓對離子和水通過膜的遷移的影響在每一個試驗中，在K+遷移之後，通過應用離子敏感電極來確定陰極電解液試樣中K+的濃度，同時對陽極電解液試樣進行亞鐵氰化物滴定。
3.5溫度的影響在2.20V電壓，用405ml/min的流速測量溫度的影響。所述影響很小，且僅在起始階段能看到正面影響，由於在起始階段幾乎沒有絡合物遷移，所以當在最後階段，溫度越低電流越大。可以認為操作溫度可高達70℃。在我們的試驗中，我們使用60℃的溫度。
由於電流密度很低(最大為40mA/cm2)，且液體在5mm厚的室中流動提供充分的熱交換來穩定溫度，所以由於電解電流產生的熱可被忽略。
3.6陰極電解液pH的改變在每一個試驗中，監控和記錄陰極電解液的pH。所述pH快速增加到大約pH＝10.5，然後慢慢增加到大約pH＝11。這種模式對所有試驗來說是很典型的。由於槽電壓的幹擾，用相同的檢測器同時測量陽極電解液和陰極電解液是不可能的，所以我們僅記錄陰極電解液的pH。在試驗之後，測量陽極電解液的pH。陽極電解液的起始pH＝8.9，且幾乎不隨著電解改變。
3.7結論建議下述參數-電極Cu陰極，石墨(固體)陽極(不鏽鋼和石墨陰極也合適)-槽電壓範圍2.20V-2.60V-操作溫度範圍60℃-70℃-流速陽極電解液和陰極電解液均為400ml/min-700ml/min(上限值在SYN槽中測量)-水預處理條件用甲苯萃取-槽清洗首先清洗陽極室-排空所述室-用去離子水清洗直至褪色-用5％HCl溶液漂白-用去離子水漂白-用5％NaOH溶液漂白-用去離子水漂白其次清洗陰極室-排空所述室-用去離子水清洗直至流出物的酸度為pH＝74.再使用實施例使用來自電解氧化的再循環陽極電解液製備中間產物(III)的工序將4.5g K3Fe(CN)6和5.9g K2CO3添加到125ml陽極電解液中，所述陽極電解液為電解氧化的產物，具有下述分析數據174.6mg/mlK3Fe(CN)6、21.2mg/ml K4Fe(CN)6、鉀濃度為c(K+)＝2.38M。將所述溶液添加到一個500ml四頸圓底燒瓶中，所述燒瓶配備有機械攪拌裝置、回流冷凝器以及氮氣進口，所述燒瓶中含有228ml甲苯和7.6g中間產物(II)。攪拌所述混合物，並加熱到55℃達9h，不攪拌冷卻到室溫並過濾。用44ml甲苯清洗過濾得到的固體，分離統一的液體。用50ml甲苯清洗水層，在NaSO4上乾燥統一的甲苯相，並蒸發獲得2.6g固體，所述固體含有(定量LC)83.3％的中間產物(III)。
作為選擇，代替在上述實施例中添加K2CO3，通過添加適量由電解氧化獲得的陰極電解液，可將由電解氧化獲得的陽極電解液變為鹼性。
5.以亞鐵氰化物溶液的電解氧化開始的多次再使用實施例在下述實施例中，由廉價的亞鐵氰化物獲得鐵氰化物，我們進行5次電解氧化和氧化酚偶合反應循環。
在50℃，將一種水(359ml)中含有亞鐵氰化物(1.22g；0.057mol/100g)、KHCO3(33g)的溶液在2.6V電解氧化成為鐵氰化物(90％的轉化率；0.051mol/100g)(ELOX1)。將氫氧化鉀和其它成分添加到其中來補償K+的損失和降低pH(表A)。
在中間產物(II)(25g)到中間產物(III)(反應1)的氧化酚偶合中使用所述溶液。反應完成時，將這種熱反應混合物潷析，並將液相轉移到分離漏鬥來將水層同有機層分離。乾燥並通過共沸蒸餾濃縮所述有機層，如前述分離中間產物(III)。測定產量和雜質量(表B)。
通過decalite過濾暖水層，分析雜質(表C)並用被消耗的試劑(表D)復原，然後如前所述(50℃，2.6V)(ELOX2)進行電解氧化。
在電解氧化之後，測量鐵氰化物和亞鐵氰化物的量、K+和H+的濃度以及存在的有機雜質，以足夠的量添加試劑來將溶液復原為如在ELOX1(參見表A)之後獲得的溶液。
這樣獲得的溶液在氧化酚偶合反應(反應2)中被再使用，在從ELOX5到反應5的整個過程中重複上述工序。
下面的表A-D詳細說明了本實施例中的每一個電解氧化和氧化酚偶合反應。
表A在電解氧化之後，轉入到有機反應之前添加的成分的量(g)。
表B有機層的產率和雜質概況。
表C水層的雜質概況。
表D在轉入到電解氧化之前，添加到水層的成分的量，所述水層由有機反應獲得。
權利要求
1.一種在隔離式電化學槽中，將含有亞鐵氰化物(V)的水相氧化成一種含有鐵氰化物(IV)的水相的方法，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收，該方法包括-製備一種陽極電解液，其包括通過潷析、萃取或者過濾來預處理所述含有亞鐵氰化物(V)的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收；-使該陽極電解液與隔離式電化學槽中的陽極接觸；-使該陰極電解液與隔離式電化學槽中的陰極接觸；-向隔離式電化學槽施加電能，其中所述電能具有一安培數或電壓值，且施加周期足以將亞鐵氰化物(V)氧化成鐵氰化物(IV)。
2.權利要求1的方法，其中所述隔離式電化學槽由陽離子選擇性膜隔離。
3.權利要求2的方法，其中所述陽離子選擇性膜為Nafion_全氟化聚乙烯磺酸膜。
4.權利要求1的方法，其中所述含有亞鐵氰化物(V)的水相的預處理包括在60℃或者更高溫度下將所述水相儲存一段足以使懸浮顆粒沉降的時間，並潷析出上層水相以使之同沉澱顆粒分離，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。
5.權利要求1的方法，其中所述含有亞鐵氰化物(V)的水相的預處理包括用一種有機溶劑萃取所述水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。
6.權利要求1的方法，其中所述含有亞鐵氰化物(V)的水相的預處理包括過濾所述水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收。
7.權利要求1的方法，其中所述陰極電解液含有鹼金屬氫氧化物或鹼金屬鹽(例如KOH、K2CO3、KHCO3、KCl、KCN)溶液，所述溶液的濃度範圍為0.0001-1M。
8.權利要求1的方法，其中陽極電極為石墨；以及陰極電極選自銅、鎳、不鏽鋼和石墨。
9.權利要求1的方法，其中施加到隔離式電化學槽的電能具有2V-2.6V之間的電壓。
10.權利要求9的方法，其中所述電壓為2.6V+/-0.1V。
11.權利要求1的方法，其中將陽極電解液和陰極電解液的溫度保持在50℃或者更高。
12.權利要求1的方法，其還包括選自-記錄通過隔離式電化學槽的電流；-記錄亞鐵氰化物(V)濃度的下降；-記錄鐵氰化物(IV)濃度的增加；-記錄游離氰化物(CN-)的初現；以及-記錄陰極電解液的電導率之一或全部的監控步驟。
13.一種通過如權利要求1所述的方法獲得的含有鐵氰化物(IV)的水相。
14.一種在對氧化酚偶合反應敏感的基質上，將如權利要求13所述的含有鐵氰化物(IV)的水相用於進行所述氧化酚偶合反應的應用。
15.權利要求14的應用，其中所述氧化酚偶合反應在分子式(II)的基質上進行 產生一種分子式(III)的化合物
全文摘要
本發明涉及一種在隔離式電化學槽中，將含有亞鐵氰化物(V)的水相氧化成含有鐵氰化物(IV)的水相的方法，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收，所述方法包括製備陽極電解液，其包括通過潷析、萃取或者過濾來預處理含有亞鐵氰化物的水相，所述亞鐵氰化物(V)由氧化酚偶合反應回收；使陽極電解液與隔離式電化學槽中的陽極接觸；使陰極電解液與隔離式電化學槽中的陰極接觸；向隔離式電化學槽施加電能，其中所述電能具有一安培數或電壓值，且施加周期足以將亞鐵氰化物(V)氧化成鐵氰化物(IV)。
文檔編號C07D491/10GK1694979SQ03824850
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月19日 優先權日2002年11月4日
發明者A·霍爾瓦思, J·A·費爾布雷肯, M·諾瓦克, A·G·M·德克奈普 申請人:詹森藥業有限公司