[发明专利]一种电化学制备五元杂环二烷氧基化合物的方法

说明书

本发明公开了一种电化学制备五元杂环二烷氧基化合物的方法，包括如下步骤：在电解池中加入五元杂环化合物、醇类化合物、二酯类化合物及电解质，所述五元杂环化合物与醇类化合物在阳极发生烷氧基化反应，得到五元杂环二烷氧基化合物；所述二酯类化合物在阴极发生还原反应，生成二醇；阳极包括基材以及基材表面的镀层，所述镀层的材料包括钌以及一种或多种的稀土金属。本发明解决了现有生产技术使用卤素造成的生产成本高、三废排放量大、不便于大规模生产等问题。利用阳极的氧化反应，实现了卤离子的循环使用，减少了卤离子的排放量，降低了生产成本，工艺流程简单，对设备要求不高，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及有机电化学合成领域，具体涉及一种电化学制备五元杂环二烷氧基化合物的方法。

背景技术

二烷氧基杂环化合物用途十分广泛。如2,5-二甲氧基二氢呋喃是合成抗胆碱药物阿托品硫酸盐及山莨菪碱的中间体；还可以直接水解生成2-羟基-1,4-丁二醛；用雷尼镍催化还原可制得2,5-二甲氧基四氢呋喃，加氢后水解可制备丁二醛。

化学法制备2,5-二甲氧基二氢呋喃是利用呋喃环上的卤代反应实现的，合成反应中需采用卤素(液溴或氯气)作为反应物，因而卤素的消耗量大，每吨产品大约需要1.6吨液溴，同时反应过程中副产大量的无机酸(HCl或HBr)需要用碱中和，一吨产品会产生3吨以上的固废。因此，该工艺生产成本高，三废问题突出，环境污染严重。

电化学合成技术使用电子作为氧化还原试剂，电解过程中可以将卤离子氧化为卤单质，实现卤素的循环利用，从而减少了卤素的消耗及对环境的污染。专利DE2710420报道了一种电化学制备2,5-二甲氧基二氢呋喃的方法，该方法采用石墨做阳极，NaBr作为电解质和氧化还原介质，实现了目标产物的电化学合成，但是溶液电导率小，电流密度低，导致生产效率低，难以实现工业化。专利US4441970报导以2,5-二氢呋喃为底物，电化学制备2,5-二烷氧基-2,5-二氢呋喃，但是2,5-二氢呋喃需要通过呋喃还原制得，同时该反应收率偏低，会生成单烷氧基取代和双烷氧基取代两种产物，使分离难度增加，增加了生产成本，没有实际意义。

文献《化学反应工程与工艺，2001年6月，第17卷第2期，页码185-188》报道了一种固定床电化学反应器制备2,5-二甲氧基二氢呋喃的方法，但是电化学固定床反应器在放大生产过程中容易出现电场、流场分布不均的情况，同时三维电极也会使极板腐蚀加速，影响正常生产，难以实现大规模生产。另外，阴极发生析氢反应，由于氢气是可燃、易爆的气体，增加了安全风险。

因此，现有的合成工艺还存在污染物排放多、设备腐蚀大、难以实现大规模生产等问题，需要一种清洁高效、易于实现工业化的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电化学制备五元杂环二烷氧基化合物的方法，解决了现有生产技术使用卤素造成的生产成本高、三废排放量大、不便于大规模生产等问题。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种电化学制备五元杂环二烷氧基化合物的方法，包括如下步骤：

在电解池中加入五元杂环化合物、醇类化合物、二酯类化合物及电解质，所述五元杂环化合物与醇类化合物在阳极发生烷氧基化反应，得到五元杂环二烷氧基化合物；所述二酯类化合物在阴极发生还原反应，生成二醇；阳极包括基材以及基材表面的镀层，所述镀层的材料包括钌和一种或多种的稀土金属。

所述五元杂环化合物具有如下结构式：

其中，R¹、R²各自独立的选自甲基、乙基、正丙基、氢及羟甲基中的一种；X选自N-R³、S-R³中的一种，R³选自甲基、乙基及卞基中的一种；

所述二酯类化合物具有如下结构式：