Karboksyylihappojen sähkökemiallinen jatkojalostus

Abstract

Elektro-orgaanisilla synteeseillä tarkoitetaan orgaanisten molekyylien rakenteen muokkaamista elektrolyyttisesti. Huolimatta näiden synteesien monista eduista, on niiden tutkimus ja kehitys jäänyt melko vähäiseksi. Viime vuosina niihin on kuitenkin alettu kiinnittämään enemmän huomiota. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää, miten karboksyylihappoja voidaan jalostaa sähkökemiallisesti. Aiemman tieteellisen tutkimuksen ja kirjallisuuden perusteella selvitettiin mahdollisuudet karboksyylihappojen sähkökemialliseen prosessoimiseen. Työssä selvitettiin, miten eri prosessimuuttujat ja karboksyylihapon rakenne vaikuttavat sen jalostamiseen ja minkälaisia tuotteita voidaan saada aikaiseksi. Lisäksi tarkasteltiin karboksyylihappojen jalostamisen sovelluskohteita ja teollisen mittakaavan toteutusta. Pääasiallinen ja merkittävin menetelmä karboksyylihappojen jalostamiseen on Kolben elektrolyysi. Tällä menetelmällä karboksyylihapoista voidaan jalostaa radikaalien dimerisaatiossa Kolbe-tuotteina alkaaneja ja radikaalin hapettumisen kautta ei-Kolbe-tuotteina alkeeneja, estereitä ja eettereitä. Eri prosessimuuttujat vaikuttavat tuotejakaumaan ja Kolbe-tuotteiden muodostumista edistävät suuri virrantiheys ja lähtöainekonsentraatio. Elektrodimateriaalilla on hyvin merkittävä vaikutus ja platina ensisijainen valinta onnistuneeseen synteesiin. Suoraketjuiset substituoitumattomat karboksyylihapot muodostavat Kolbe-tuotteita hyvin, mutta α-aseman elektroneita luovuttavat ryhmät (esim. halogeeni ja hydroksidi) estävät yleensä dimerisaation, johtaen ei-Kolbe-tuotteisiin. Kolben elektrolyysin tärkeimmät käyttökohteet liittyvät uusiutuvien raaka-aineiden hyödyntämiseen ja biopolttoaineiden tuotantoon. Teollisen toteutuksen hidasteena ovat vielä arvokkaat elektrodimateriaalit ja energiankulutus. Synteesin merkittävä etu on, että se voidaan usein toteuttaa NTP-olosuhteissa.