JPS5952712B2 - N−置換ピリジニウム塩の電解二量化法 - Google Patents

N−置換ピリジニウム塩の電解二量化法

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JPS5952712B2
JPS5952712B2 JP53008959A JP895978A JPS5952712B2 JP S5952712 B2 JPS5952712 B2 JP S5952712B2 JP 53008959 A JP53008959 A JP 53008959A JP 895978 A JP895978 A JP 895978A JP S5952712 B2 JPS5952712 B2 JP S5952712B2
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JP
Japan
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chamber
exchange resin
anode
substituted pyridinium
cathode
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照之 三角
進 古橋
正明 志賀
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、N−置換ピリジニウム塩を電解により量化し
、N−N’−ジ置換テトラヒドロ4・4’−ビピリジル
類を製造するための電解方法に関するものである。
N−N’−ジ置換テトラヒドロ4・4’−ビピリジルを
酸化して得られるN−N’−ジ置換4・4’−ビピリジ
ニウム塩は極めて有用な除草剤として知られている。
本発明者らは、先に少くとも1枚の隔膜を有する電解槽
、および電解槽の外部に設置され、水性陰極電解液が循
環できるように循環通路によつて連結された抽出器とよ
りなる装置を用い、電解槽の陰極表面に生成した生成物
を水性陰極電解液の流れによつて陰門し、循環通路を通
して抽出装置に移し、水に非混和性の有機溶剤と接触さ
せ、水性陰極電解液に含まれる生成物を有機溶剤に抽出
し、分離された水性陰極電解液を循環通路を通して再び
電解槽へ送入し、これらの操作を連続的に反復すること
により、N−置換ピリジニウム塩を効果的にN−N’−
ジ置換テトラヒドロ4・4’−ビピリジルに転化させる
方法を提案した。本発明の主目的は、上記方法において
好適に用いることのできる電解槽の構造を提供すること
にある。
上記電解法を実施するに際して使用することのできる電
解槽の構造は種々のものが考えられるが、本発明者らの
検討結果によると、種々の問題点により、実際に使用可
能な電解槽の構造は極めて限られたものであることが明
らかとなつた。例えば隔膜としてアスベスト板、ガラス
フイルタープラマチツク多孔膜等の非選択性膜を使用し
た場合、陽極で生成した水素イオンが隔膜を通つて陰極
室に入り、陰極で生成した生成物を分解するので好まし
くない。これを防止するため、陽極液を水酸化ナトリウ
ム等のアルカリで中和すると、ナトリウムイオンが隔膜
を通して陰極室に移動し、陰極液中に蓄積するので、こ
れを陰極液中から除去しなければならず、そのための分
離装置を必要とし、電解装置が複雑となる欠点がある。
また、隔膜として陽イオン交換樹脂膜を用いた場合も、
上記した欠点と全<同様な問題点がある他に、N−置換
ピリジニウム塩の対アニオンが塩素イオンの場合、陽極
で発生する塩素分子によりN−置換ピリジニウムカチオ
ンが化学的な劣化を受けることがわかつた。次に、隔膜
として陰イオン交換樹脂膜を用いた場合、陽極において
酸が生成するが、陰イオン交換樹脂膜の水素イオン輸率
が高いため、生成した水素イオンが一部膜を通過して陰
極室に移動し、陰極で生成するN−N″−ジ置換テトラ
ヒドロ4.4″−ビピリジルを分解させる。
また、陽極で酸素が発生し、陰イオン交換樹脂膜を劣化
させ、長期間の連続運転が不可能である。以上の如く、
一枚の隔膜を用いた場合、どのような種類の隔膜を用い
ても、それぞれ個有の欠点があり、N一置換ピリジニウ
ム塩を長期間効率よく電解を実施することが困難である
ことがわかつた。
したがつて、本発明の別の目的は、電解槽の構成部材の
電気化学的腐食ないしは劣化を防止すると・もに、連続
的に原料を供給し、生成物を分解することなく容易に系
外に取り出しうる長期間安定して運転することのできる
N一置換ピリジニウム塩の電解方法を提供することにあ
る。本発明になるN一置換ピリジニウムの電解二量5化
法は、一対の対向する電極板(または網)の陰極側に陰
イオン交換樹脂膜、陽極側に陽イオン交換樹脂膜を電極
板(または網)に平行に、かつ上記膜が互いに接触しな
いように配置し、各々の電極板(または網)および各イ
オン交換樹脂膜によつて囲まれた陰極室、中間室、陽極
室を設け、陰極室にN一置換ピリジニウム塩を、陽極室
にアルカリを供給し、中間室から塩を除去しながら電解
を行なうことに特徴を有する。
本発明を適用しうるN一置換ピリジニウム塩と,しては
、特に、N−メチルピリジニウム塩、N一エチルピリジ
ニウム塩、N−プロピルピリジニウム塩、N−イソプロ
ピルピリジニウム塩などの低級アルキル置換ピリジニウ
ム塩がよく、極めて好収率でN−N″−ジ置換テトラヒ
ドロ4・4″−ビピリジルを生成することができる。
N一置換ピリジニウム塩の対アニオンとしては、例えば
塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、硫酸根、硝酸
根、リン酸根、シアンイオン、ホウ弗化水素酸根、トリ
フルオロメタンスルホン″酸、ベンゼンスルホン酸根、
安息香酸、クエン酸根、硅弗化水素酸根、マレイン酸根
、メチル硫酸根等、水溶性の塩を与えるものであるもの
が好ましい。
上記したアニオン種のうち、製造上または価格上の理由
により、塩素イオン、硫酸根が最も好ましい。上記した
種々のアニオンを有するN−置換ピリジニウム塩は、例
えばピリジンと塩化メチルを反応させ、N−メチルピリ
ジニウムクロライドとなした後、陽イオン交換樹脂に吸
着せしめ、上記の任意の酸を用いて回収することにより
、それぞれ対応する対アニオンを有するN−メチルピリ
ジニウム塩が得られる。本発明を実施するに際して、陽
極に供給するアルカリとしては、例えば、水酸化リチウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモ
ニウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等である。
本発明を実施するに際して使用することのできる電解槽
の一例を図面に基いて説明する。
第1図は箱型電解槽を示したものであり、1は陰極板、
2は陽極板、3は陰イオン交換樹脂膜、4は陽イオン交
換樹脂膜、5は陰極室、6は中間室、7は陽極室、8は
陰極液入口、9は中間室液入口、10は陽極液入口、1
1は陰極液出口、12は中間室液出口、13は陽極液出
口、14は陰極端子、15は陽極端子である。電解槽の
形状は設計上および取り扱い上箱型であるのがよいが、
筒型や円環型等の形状とすることも可能である。
本発明において用いることのできる電極材は、陽極とし
ては、例えば、白金、銅、鉄、ステンレス、カーボン等
、導電性を有し、かつ陽極液、陽極生成物に耐性のある
金属、無機材が選ばれ、また、陰極としては水素過電圧
の大きな鉛、水銀錫、銅およびこれらの成分を主体とす
る合金等が選ばれる。
電極は板状であるのが好都合であるが、電極面積を増す
ために、網状もしくは布状のものを使用することもでき
る。また、本発明において用いることのできるイオン交
換樹脂としては、既存のあらゆる製品を適用することが
可能で、陽イオン交換樹脂膜としては、例えば旭化成工
業(株)製、アンフレックスK−101.デユポン社製
、ナフイヨン#415、徳山曹達工業(株)製、ネオセ
ブタCL−25T、旭硝子工業(株)製、セレミオンC
MVなど、また陰イオン交換樹脂膜としては、旭化成工
業(株)製、アンフレックスA−101.徳山曹達工業
(株)製、AV−4T、旭硝子工業(株)製、セレミオ
ンAMVなどがある。
本発明になるN一置換ピリジニウムの電解法は、本発明
者らが先に提案した電解システムの中に組み込んで適用
することにより、その有効性を十二分に発輝するもので
ある。第2図は本発明の電解方法の具体的実施例を示.
したものである。
図において16は電解槽、17は抽出器、18は分離槽
、19は陰極液溜、20は中間室液溜、21は陽極液溜
、22はアルカリ注入口、23は中間室液ぬき口、24
は水補給口、25は抽出溶剤補給口、26は生成物取出
口1である。陽極室27、中間室28は、それぞれ個々
に循環通路、液溜21,20、および循環ポンプと直列
に連結されており、電解時間中それぞれの電解液は循環
される。また、陰極室29を出た陰極液は、抽出器17
1で生成物を抽出された後、分離槽18において抽出溶
剤と陰極液に分離され、抽出溶剤の一部は抽出器17に
循環され、一部は生成物取出口26より連続的に抜き出
される。
また、陰極液は陰極液溜19を経由して陰極室29へ再
循環される。陰2極液溜1″(原料供給口30よりN一
置換ピリジニウム的に供給し、中間室液溜20から塩水
溶液的に抜き出すことにより、物質収支を合わとができ
る。陽極室27、中間室28、陰9を流れる各電解液の
流れは均一ノであることが好ましく、各室の液入口、液
出口の個数、大きさ、形状、配置等を変え、各室におけ
る流れを制御するのがよい。本電解システムを用いて電
解を行なつた場合、例えばN−メチルピリジニウムクロ
ライド水溶液.を陰極液とすれば、水溶液中のN−メチ
ルピリジニウムカチオンは陰極表面において電子を与え
られ、二量化され、N−N″−ジメチルテトラヒドロ4
・4″−ビピリジルとなる。
該ビピリジルは水に殆んど溶けず、電極表面に付着する
が、陰極室の循環水流によつて電極から除去され、陰極
液と・もに抽出器に運ばれ、該所において抽出溶剤に移
る。消費されたN−メチルピリジニウムカチオン相当量
のものを連続的に供給することにより、陰極液中のN−
メチルピリジニウムの濃度は一定に保たれる。N−メチ
ルピリジニウムの対アニオンであるクロルイオンは、陰
イオン交換樹脂膜を通り中間室へ移り、陽極室から移つ
てきたアルカリ金属カチオンと反応して塩を生成する。
電解を継続するにつれて中間室の塩濃度が次第に増加す
るので、中間室液を水と置換しつ・濃度を一定に保つこ
とが望ましい。上述のことから明らかな如く、クロルア
ニオンは陽極に到達しないので、塩素分子が生成される
ことがなく、また、陽極側は塩素分子に耐性のある陽イ
オン交換樹脂膜が配置されているので、膜の劣化が起る
ことがない。
さらに陽極室に供給したアルカリは、アルカリ金属カチ
オンが陽イオン交換樹脂膜を通つて中間室へ移り、水酸
イオンは陽極で酸化され酸素を発生するが、陽極側には
発生期の酸素に対して耐性のある陽イオン交換樹脂膜が
配置されているので、同様に膜が劣化することがない。
また、本発明においてN一置換ピリジニウム塩を直接陰
極液に供給することにより、陰極液のN置換ピリジニウ
ム塩濃度を任意に、例えば1モル/l以上の高濃度に設
定することができ、陰極室の電気抵抗を低下させ得ると
・もに、陰イオン交換樹脂膜に比較して限界電流密度の
小さい陽イオン交換樹脂膜の限界電流密度が律速となら
ず、高電流密度の電解が可能となる。
さらに、N一置換ピリジニウム塩を直接陰極に供給する
ことの利点は、電気抵抗の大きなN一置換ピリジニウム
カチオンが陽イオン交換樹脂膜を通過する過程がないた
め、膜電圧を低く抑えることができ、電解コストを低減
させることができると・もに、N−N″−ジ置換テトラ
ヒドロ4・4″−ビピリジル生成の電流効率を向上させ
得ることである。
本発明になる電解方法によりN一置換ピリジニウム塩の
電解を行なつた場合、陽極室、中間室、陰極室のいずれ
においてもイオン種の混合が起らず、すなわち、例えば
N一置換ピリジニウムカチオンと他の電解質カチオン、
例えばナトリウムイオンなどの混合が起らず、各種電解
生成物の分離ないし取り出しが極めて容易である。
以上の如く、本発明の電解方法によつてN一置換ピリジ
ニウム塩を電解する場合、高収率でN・N″−ジ置換テ
トラヒドロ4・4″−ビピリジルを生成することができ
、また、電極やイオン交換樹脂膜などが劣化することな
く長期間、安定に連続運動することができる。
次に、本発明を実施例によつてさらに詳細に説明する。
実施例 1 白金網を陽極とし、有効電極面積2cm×20cmの鉛
を主体としてテルルを0.5重量%添加してなる合金板
を陰極とする電解槽において、陰極側を旭化成工業(株
)製、アンフレックスA−101(陰イオン交換樹脂膜
)、陽極側をデユポン社製、ナフイヨン#415膜(陽
イオン交換樹脂膜)で仕切り、セル厚がそれぞれ1mm
、15n1m、4m[nの陰極室29、中間室28、陽
極室27を構成し、これらの室と抽出器17または液溜
21,20,19を第2図に示す如く、循環ポンプを介
して循環通路によつて連結した。
中間室液溜20に濃度1モル/lの塩化ナトリウム水溶
液300m1.陽極液溜21に1規定の水酸化ナトリウ
ム水溶液300m1.陰極液溜19に1モル/l(7)
N−メチルピリジニウムクロライド600m1を仕込み
、これらの水溶液を循環ポンプによつて、陽極室27、
中間室28は0.1m/Sec、陰極室29は0.8m
/Secの速度となるように循環させた。
図面に示す如く、静置槽18の上昇にトルエン1500
m1を仕込み、抽出溶剤循環ポンプによつて抽出器17
との間を100m1/Minの速度で循環させた。
各電解液を循環させつ\電極間に10A/Dm2で電流
を流し始めた。陰極液中のN−メチルピリジニウムクロ
ライドは、時間と・もにN−N″一ジメチルテトラヒド
ロ4・4″−ビピリジルに転化し、抽出溶媒中に移つて
行くので、陰極液中のN−メチルピリジニウムクロライ
ドの濃度を1モル/lに保つように、濃度3.1モル/
lの液を陰極液溜に連続的に供給した。また、陽極液の
PHが約13を保つように、5規定の水酸化ナトリウム
水溶液を少しずつ連続的に供給して行つた。さらに中間
室液に塩化ナトリウムが蓄積してくるので、中間室液を
少しずつ純水と交換し濃度を1モル/1に保つた。15
0時間の電解により、全通電量の8.9%が水素の発生
に消費され、90.2%がN−N″−ジメチルテトラヒ
ドロ4・4″−ビピリジルの生成に消費されていること
を認めた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に使用する箱型電解槽の説明図、
第2図は本発明の工程説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一対の対向する電極板(または網)の陰極側に陰イ
    オン交換樹脂膜、陽極側に陽イオン交換樹脂膜を電極板
    (または網)に平行に、かつ上記膜が互いに接触しない
    ように配置し、各々電極板(または網)および各イオン
    交換樹脂膜によつて囲まれた陰極室、中間室、陽極室を
    設け、陰極室にN−置換ピリジニウム塩を、陽極室にア
    ルカリを供給し、中間室から塩を除去しつゝ電解を行な
    うことを特徴とするN−置換ピリジニウム塩の電解二量
    化法。
JP53008959A 1977-03-23 1978-01-31 N−置換ピリジニウム塩の電解二量化法 Expired JPS5952712B2 (ja)

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JP53008959A JPS5952712B2 (ja) 1978-01-31 1978-01-31 N−置換ピリジニウム塩の電解二量化法
IN269/CAL/78A IN147984B (ja) 1977-03-23 1978-03-14
US05/887,131 US4176020A (en) 1977-03-23 1978-03-16 Process for electrolytic dimerization of N-substituted pyridinium salt
CA299,128A CA1098860A (en) 1977-03-23 1978-03-17 Process for electrolytic dimerization of n- substituted pyridinium salt
BR787801821A BR7801821A (pt) 1977-03-23 1978-03-22 Processo para preparacao de uma tetra-hidro-4,4'-bipiridila n,n'-dissubstituida
FR7808340A FR2384862A1 (fr) 1977-03-23 1978-03-22 Procede de dimerisation electrolytique d'un sel de pyridinium n-substitue
DE2812508A DE2812508C3 (de) 1977-03-23 1978-03-22 Verfahren zur Herstellung von N1N'dialkylsubstituierten Tetrahydro-4,4'bipyridylen
GB11656/78A GB1551803A (en) 1977-03-23 1978-03-23 Process for electrolytic dimerization of n-substituted pyridinium salt

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JPS54103875A JPS54103875A (en) 1979-08-15
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