АНОДНІ ПРОЦЕСИ В ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДУ
Ключові слова:
диметилсульфоксид, диметилсульфон, метансульфонова кислота, анодні процеси, електрохімічний синтез, мембранний електролізАнотація
Метансульфокислоту отримують хімічним і електрохімічним методами. Хімічний метод добре вивчений і найбільш освоєний промисловістю. Електрохімічний метод не доведений до практичної реалізації, хоча і дозволяє отримувати цілий спектр органічних сполук сірки високої чистоти. Застосування електрохімічного методу окислення диметилсульфоксиду дозволяє керувати процесом. Параметрами керування є: потенціал аноду, каталітична активність матеріалу аноду, температура електроліту, промотуючі добавки в електроліті. Встановлено, що електрохімічне окислення диметилсульфоксиду до метансульфонової кислоти перебігає через стадію утворення диметилсульфону. Електродні процеси досліджували методом вольтамперометрії. Отримані вольтамперні залежності дозволили обґрунтувати параметри проведення електрохімічного синтезу. Гранична густина струму в області напівхвилі на циклічних вольтамперних залежностях залежить від концентрації диметилсульфоксиду. Ця напівхвиля виявлена в області потенціалів 1,5...1,7 В та відповідає окисленню S4+ → S6+. На першій ступені диметилсульфоксид окислюється до диметилсульфону, на другій диметилсульфон до метансульфонової кислоти. Окислення диметилсульфоксиду в диметилсульфон відбувається за участю кисень–радикальної частки. Утворення метансульфонової кислоти пов’язане з електрохімічним синтезом пероксиду водню. В утворенні метансульфонової кислоти беруть участь пероксо частки радикального характеру, генеровані на поверхні платинового аноду. Встановлено, що збільшення концентрації диметилсульфоксиду більше за 4…5 моль∙дм–3 не призводить до збільшення робочої густини струму. Електрохімічний синтез диметилсульфону і метансульфонової кислоти проводили в діафрагменному електролізері при використанні платинового аноду. Анодна та катодна камери були розділені діафрагмою на основі полівінілхлориду. Концентрація диметилсульфоксиду при електрохімічному синтезі становила 4 моль∙дм–3 в фоні з концентрацією 0,2 моль∙дм–3. Область потенціалів та відповідні їй густини струму були обрані аналізом вольтамперних залежностей та становили 350 та 800 А∙м–2. Продукти електроокислення аналізували методом ІЧ–спектроскопії.
Посилання
Kulkarni P. Methane Sulphonic Acid is Green Catalyst in Organic Synthesis. / P. Kulkarni. Oriental journal of chemistry. 2015, vol. 31, pp. 447–451.
Walsh F. C., Ponce de León C. Versatile electrochemical coatings and surface layers from aqueous methanesulfonic acid. / F. C. Walsh, C. Ponce de León. Surface and Coatings Technology. 2014, vol. 259, pp. 676–697.
Gernon M. D. Environmental benefits of methanesulfonic acid. Comparative properties and advantages. / M. D. Gernon, M. Wu, T. Buszta, P. Janney. Green Chem. 1999, vol. 1, pp. 127–140.
Akhmedov M. A. Electrochemical synthesis of methanesulfonic ac-id from aqueous solutions of dimethyl sulfone. / M. A. Akhmedov, Sh. Sh. Khidirov, M. Yu. Koparova, Kh. S. Khibiev. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016, vol. 59, no 12, P. 100–106.
Matrunchyk O. L. Razrabotka tekhnologicheskih pokazatelej ehlektrohimicheskogo sinteza metansul’fonovoj kisloty [Development of technological indices of electrochemical synthesis of methanesulphonic asid]. / O. L. Matrunchyk, G. G. Tulsky, S. A. Leshchenko, A. G. Tulskaya, K. S. Rutkovskaya. Proceedings of the Modern Electrochemical Technologies and Equipment. Minsk: BGTU, pp. 321–325.
Bilous T. A. Obgruntuvannya skladu elektrolitu dlya elektrokhimichnoho syntezu peroksyotstovoyi kysloty. [Justification of the electrolyte composition for the electrochemical synthesis of peroxyacetic acid] / T. A. Bilous, G. G. Tulsky, O. L. Matrunchyk. Vestnik Nats. tekhn. un-ta "KhPI" [Bulletin of the National Technical University "KhPI"]. Kharkov, NTU "KhPI" Publ., 2017, no 49 (1270), pp. 10–14.
Bilous T. A. The choice of anode material for the electrochemical synthesis of peroxyacetic acid. / T. A. Bilous, A. G. Tulskaya, O. L. Matrunchyk. Promising Materials and Processes in Applied Electrochemistry: Monograph. Kyiv.: KNUTD, 2017, pp. 230–234.
Bilous T. A. Obgruntuvannya vyboru robochykh kontsentratsii ots-tovoi kysloty dlia elektrokhimichnoho syntezu peroksyotstovoi kysloty [Justification of the choice of working concentrations of acetic acid for the electrochemical synthesis of peroxyacetic acid]. / T. A. Bilous, G. G. Tulsky, A. M. Korohodska, M. O. Podustov. Visnyk NTU “KhPI” [Bulletin of the National Technical University “KhPI”]. Kharkov, NTU “KhPI” Publ., 2017, no 48 (1269), pp. 24−28.
Tarasevich B. N. IK spektry osnovnykh klassov organicheskikh soedinenij. Spravochnye materialy [IR spectra of the main classes of organic compounds. Reference materials]. / B. N. Tarasevich. Moscow: MHU, 2012.
Damaskin B. B. Elektrodnye processy v rastvorah organicheskih soedinenij [Electrode processes in solutions of organic compounds]. / B. B. Damaskin, L. N. Nekrasov, O. A. Petrij, B. I. Podlovchenko, E. V. Stenina, N. V. Fedorovich. Moscow, 1985, pp. 312.
Sharon D. Oxidation of Dimethyl Sulfoxide Solutions by Electrochemical Reduction of Oxygen. / D. Sharon, M. Afri, M. Noked, A. Garsuch, A. A. Frimer, D. Aurbach. J. Phys. Chem. Lett. 2013, vol. 4, pp. 3115–3119.
Wasmus S. Electro–oxidation and reduction of dimethylsulfoxide and sulfolane in aqueous acid solution an on–line MS study. / S. Wasmus, W. Vielstich. Electrochimica Acta. 1993, vol. 38, pp. 175–183.
