Efficient Synthesis of Organosulfur Compounds via Electrochemical Biomass Conversion

有机硫化合物 生物量(生态学) 电化学 化学 生化工程 纳米技术 有机化学 材料科学 硫黄 工程类 生态学 生物 电极 物理化学
作者
Xiao Zhang,Qing Xia,Xin Gao,Jie Wu,Xinzhong Wang,Yanjie Zhai,Shanhe Gong,Weisong Li
出处
期刊:Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-4674250/v1
摘要

Abstract Artificial C-S bond formation plays a pivotal role in the preparation of drugs and their intermediates. Utilizing an electrochemical method powered by renewable energy offers a sustainable pathway to produce organosulfur compounds, but challenged by the low faradic efficiency (<6.8%) and production rate (< 10 µmol cm-2 hr-1). In this study, we developed an efficient electrochemical approach to build C-S bonds and prepare a broad range of C-S species in high yield by coupling biomass oxidation with an S-containing nucleophile using commercial catalysts. Taking methanol as a representative, we successfully synthesized hydroxymethanesulfonate (HMS), sulfoacetate (SA), and methanesulfonate (MS). This system achieved a remarkable faradaic efficiency of over 95% within a low current density below 10 mA cm-2. At commercial current densities ranging from 100-1000 mA cm-2, the faradaic efficiency remained consistently over 60% in a practical flow reactor and high production rates, with stable operation over 50 hours without significant voltage increases or yield decreases at 100 mA cm-2. Four reaction pathways, with *CH2O, *CH3, and *CH2CH2O as key intermediates have been identified to facilitate the C-S bond formation. Impressively, this process can be effortlessly extended to synthesize a wide range of organosulfur and organonitrogen compounds from diverse feedstocks, achieving impressive production rates. Our approach promises to revolutionize the production of pharmaceuticals, textile chemicals, and agrochemicals.
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