Electrochemical Strategy for Hydrazine Synthesis: Development and Overpotential Analysis of Methods for Oxidative N–N Coupling of an Ammonia Surrogate

化学 叠氮 二苯甲酮 亚胺 电化学 联氨(抗抑郁剂) 氧化还原 无机化学 光化学 组合化学 有机化学 催化作用 物理化学 电极 色谱法
作者
Fei Wang,James B. Gerken,Desiree M. Bates,Yeon Jung Kim,Shannon S. Stahl
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (28): 12349-12356 被引量:67
标识
DOI:10.1021/jacs.0c04626
摘要

Hydrazine is an important industrial chemical and fuel that has attracted considerable attention for use in liquid fuel cells. Ideally, hydrazine could be prepared via direct oxidative coupling of ammonia, but thermodynamic and kinetic factors limit the viability of this approach. The present study evaluates three different electrochemical strategies for the oxidative homocoupling of benzophenone imine, a readily accessible ammonia surrogate. Hydrolysis of the resulting benzophenone azine affords hydrazine and benzophenone, with the latter amenable to recycling. The three different electrochemical N–N coupling methods are (1) a proton-coupled electron-transfer process promoted by a phosphate base, (2) an iodine-mediated reaction involving intermediate N–I bond formation, and (3) a copper-catalyzed N–N coupling process. Analysis of the thermodynamic efficiencies for these electrochemical imine-to-azine oxidation reactions reveals low overpotentials (η) for the copper- and iodine-mediated processes (390 and 470 mV, respectively), but a much higher value for the proton-coupled pathway (η ≈ 1.6 V). A similar approach is used to assess molecular electrocatalytic methods for electrochemical oxidation of ammonia to dinitrogen.
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