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《有机物的电解合成》PPT课件

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《电解合成》课件

《电解合成》课件
通过电解硫酸铜溶液，在阴极上沉积出金属铜。
铝的电解合成
利用电解氧化铝的方法，在阴极上获得金属铝。
3
镁的电解合成
通过电解熔融氯化镁，在阴极上获得金属镁。
有机化合物的电解合成
乙炔的电解合成
在加压条件下，电解食盐和 氢氧化钙的混合溶液，生成 乙炔和氢气。
甲醇的电解合成
通过电解甲醇水溶液，获得 甲醇和氢气。
电解合成的应用领域
电解合成在有色金属、稀有金属 、贵金属等领域有广泛应用，如 铜、镍、钴、金、银等金属的制
备。
电解合成还可应用于有机化学领 域，如电解还原反应、电化学氧 化反应等，可用于合成有机化合
物和药物等。
此外，电解合成还可应用于环保 领域，如废水处理、重金属回收
等。
02
电解合成的基本原理
电化学基础
操作条件
控制电解槽的操作温度、 压力、电流密度等参数， 确保电解反应的顺利进行 。
电解液的选择与优化
电解液成分
根据电解反应的要求，选 择合适的电解质和添加剂 ，如硫酸、氢氧化钠、甘 油等。
电解液浓度
优化电解液的浓度，以提 高电解反应的效率和产物 的纯度。
电解液稳定性
选择稳定性好的电解液， 以降低电解过程中的副反 应和腐蚀问题。
电解合成是一种高效、环保的化学合成方法，具有操作简便、能耗低、产物纯度 高、副产物少等优点。
电解合成的历史与发展
01
电解合成起源于19世纪初，随着 工业革命的发展，电解合成逐渐 成为一种重要的化学合成方法。
02
近年来，随着环保意识的提高和 新能源技术的不断发展，电解合 成技术也在不断创新和完善，应 用领域不断扩大。
02
对电解过程中产生的废弃物进行妥善处理，并探索资源化利用

电解有机合成技术介绍课件

电解有机合成技术介绍课件

应来合成有机化合物的技术。
02
反应过程中，有机化合物在电极表面发
生电化学反应，生成新的有机化合物。
03
反应过程中，电子的转移和离子的迁
移是反应的关键步骤。
04
电解有机合成技术可以应用于多种有机
化合物的合成，如药物、农药、香料等。
电解有机合成技术的影响因素
01
电解质浓度：影响电解 反应速率和产物选择性
其原理是通过电解有机化合物，使其发生化学反应， 生成新的有机化合物。
电解有机合成技术具有高效、环保、节能等优点， 广泛应用于有机合成、药物合成、材料合成等领域。
电解有机合成技术已成为有机合成领域的重要研究 方向之一。
电解有机合成技术的应用领域
药物合成：用于制备 药物中间体和活性成 分
材料科学：用于制备 新型材料，如高分子 材料、纳米材料等
环境科学：用于废水处 理和污染物降解
04
05
06
能源科学：用于制备新 型能源材料和储能设备
食品科学：用于食品添 加剂和营养成分的制备
生物技术：用于生物大 分子的合成和修饰
电解有机合成技术的未来研究方向
绿色化学： 研究更加环 保、节能、 高效的电解 有机合成方 法
生物催化： 利用生物酶 催化有机合 成反应，提 高反应效率 和选择性
能源领域：用于制备 新能源材料，如燃料 电池、太阳能电池等
精细化工：用于制备 精细化学品，如染料、 香料、农药等
环境保护：用于废水 处理、废气治理等环 境治理领域
生物技术：用于制备 生物活性物质，如酶、 蛋白质等
电解有机合成技术的优势
1
高效性：电解有机 合成技术可以大大 提高化学反应的效 率，缩短反应时间。

应用电化学课件第6章教学教材

应用电化学课件第6章教学教材

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2020/6/19
§6.2 有机电合成的若干发展方向
1. 发展电解中特有的反应 例如己二腈的电解还原合成等，反应选择性高，有竞
争能力并已工业化。 2. 发展能缩短工艺过程的有机电合成 例如，对氨基苯甲醚的合成： 采用化学合成，需三步工艺如下：
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2020/6/19
§6.2 有机电合成的若干发展方向
9. 两极同时利用的成对电解合成 用适当隔膜隔开阴、阳极，在两室中同时进行一对氧
（8）若作用物没有导电性，则要用支持电解质。如季 胺盐、六氟磷酸盐、六氟硼酸盐、高氯酸盐和甲苯磺酸盐
3. 有机电合成产品要工业化必须达到以下指标：
（1）高的产物得率；（2）电流效率η＞50%；（3）能 耗（电解）＜8kW·h·kg–1最终产物；（4）在电解液中 最终产物的浓度应＞10%；（5）电极寿命＞1000h；（6 ）膜寿命＞2000h；（7）最终产物能简单分离；（8）电 解液经简单处理即可参与循环反应。
–
2CH3COO
→C2H6
+
2CO2
+
2e
很多化学品为精细化学品，如医药品、香料、农药等 是高附加值的产品。传统合成方法采用有机合成和发酵法 ，后来采用电化学方法进行电合成极为有效。近30年来有
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2020/6/19
§6.1 概述
机电合成得到迅速发展，成为新世纪化学工业发展的一个 方向。
应用电化学课件第6章
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第六章 有机物的电解合成
§6.1 概述 §6.2 有机电合成的若干发展方向 §6.3 己二腈的电解合成 §6.4 四烷基铅（自学） §6.5 糖精 §6.6 苯二酚 §6.7 有机电合成的电化学氟化（自学） §6.8 均匀设计法在有机电化学合成工艺中的应用（自学） §6.9 国外有机电解合成研究方向

有机物的电解合成

有机物的电解合成

有机电合成的若干发展方向
• 随着电解槽、电极、隔膜等新材料的开发，利用电解合成化学品的 开发研究更加活跃。近十年来国内外主要研究动向有： • 1. 发展电解中特有的反应 • 例如己二睛的电解还原合成等，反应选择性高，有竞争力并已工业 化。 • 2. 发展能缩短工艺过程的有机电合成 • 例如，对氨基苯甲醚的合成： • 采用化学合成，需三步工艺如下：
有机电合成的主要类型
• 按电极反应在整个有机合成过程中的作用及地位，可将有机电合成分 为两大类； • • (1) 直接有机电合成 有机合成反应直接在电极表面完成。 (2) 间接有机电合成 有机物的氧化(或还原)反应，仍采用氧化剂(或 还原剂)，用传统的化学方法进行。但氧化剂(或还原剂)在反应后以电 化学方法(电解氧化成电解还原 )再生后反复使用。间接有机电合成只 限于有机物的氧化成还原。
实现了工业化，研究品种日益增多，与世界先进水平的差距逐步缩小。
“原子经济性”
• 面对环境、 能源、 资源与可持续发展等问题日益峻的形势，绿色化学 已经提到了议事日程。绿色化学要求合成反应应当符合 “ 原子经济 性” ，应最大限度地利用原料分子的每个原子，使之结合到目标分子 中，达到零排放。 • 有机电合成就完全符合 “原子经济性”要求，它是把电子作为试剂(世 界上最清洁的试剂 )，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技 以“ 原子经济性 ”为目的额定绿色合成将成为这一前沿学科的重要分 支之一。 • 从本质来说 ,有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的 根源。
电解 2＋ Zn Zn 氧化 O 2 N - Ph - COOH 6H NH2 - Ph - COOH 2H2O
• 其电流效率约为80％，比直接法高得多。 • (2) 间接电氧化：例如，甲苯的氧化可停留在苯甲醛的阶段：

人教版选修4 4.3电解原理(共24张PPT)

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2、用石墨电极电解NaOH溶液，一段时间后停止，若 想将溶液复原，应加适量的 H2O 。
3、用石墨电极电解H2SO4、NaOH、Na2SO4、 NaNO3 等溶液，阴阳两极生成气体体积比 2：1。
H2 O2 4、用石墨电极电解H2SO4溶液，当阳极生成标况下
22.4L气体时，电路中通过电子 4 mol。
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课堂训练与检测
分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池?
①③⑤
⑥⑦
人教版选修4 4.3电解原理(共24张PPT)
人教版选修4 4.3电解原理(共24张PPT)
电极材料总结: (1) 阳极又分为活性电极和惰性电极 ①当阳极是石墨或铂(Pt)、金(Au)时，惰性电极 本身不参与电极反应。
①原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 ②原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应; ③原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应; ④原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应; A. ①② B. ①④ C. ③④ D. ②③
人教版选修4 4.3电解原理(共24张PPT)
人教版选修4 4.3电解原理(共24张PPT)
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问题解决：
人教版选修4 (共24张PPT)
电解池的反应原理:以电解氯化铜为例
还原反应
←e— 负极 ↓e—
阴极 石墨
←e— 正极
↑e—
石墨 阳极
氧化反应
电解质溶液
阳离子
阴离子
Cu2＋＋ 2e－＝Cu
4、用石墨电极电解1L NaCl溶液（浓度够大），当阴 极收集到1.12L（标况）的 H2气体时，阳极收集到 1.12 L （标况）的 Cl2 气体，溶液pH=13（。体积不变）

06有机物的电解制备

06有机物的电解制备

乙烯氧化制乙醛的燃料电池
如图,乙烯和水蒸气通入阳极，在钯黑阳极 上发生氧化反应生成乙醛。氧气通入阴极， 在钯黑阴极上接受电子并与H+结合生成水。 阴、阳两极用石棉片或玻璃纤维片隔开， 两极之间充满85％的磷酸溶液作为电解液。 该装置可以产生电流，对外电阻提供电能， 同时生产乙醛。
乙烯氧化制乙醛的燃料电池示意图
有机电合成也可以采用三维的填料式或流 化床电极来解决这个问题，使得有机电合 成工艺可以有机催化合成相竞争。
7．利用修饰电极的有机电合成
用无机物、有机物或高分子化合物来修饰 电极表面，通过改变电极/溶液界面的特性 来改变电极的性能，降低电合成反应的超 电势，提高反应的速率和效率； 同时修饰电极在有机合成中还可提高电合 成的选择性，合成出手性化合物等新的化 合物。
6.3 己二腈的电解合成
己二腈是制备Nylon66的原料。首先由己二 腈生产己二酸和己二胺，反应如下：
再由己二酸和己二胺经缩聚反应制得 Nylon66。反应式为：
所以要研究己二腈的制备。
1．传统的己二腈化学合成路线
(1) 从环己烷出发的合成路线：
（2）从丁烯出发的合成路线 这两个路线的缺点是污染和损耗大。
随着新电极材料、新型电解掖、混合相电解、 离子交换膜等方面所取得的显著进步，使得 用电合成方法生产许多有机化合物已有了可 能。
有机电合成技术的工业化，一般要解决传质、 隔膜寿命和电极活性等问题，还要能设计出 多功能的定型电解槽。
最普通的两种电化学过程是恒电流过程和恒 电势过程。
恒电流过程更容易实行，更易于工业放大， 且不要特殊的恒电位设备。
有机电合成生产的要求： (1)高的产物得率； (2)电流效率＞50％； (3)能耗(电解)＜8kW.h/Kg最终产物； (4)电解液中最终产物的浓度＞10％； (5)电极寿命＞1000h； (6)膜寿命＞2000 h； (7)最终产物能简单分离； (8)电解液经简单处理即可再循环使用。

有机物的电解合成64页PPT

6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起的电解合成
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

有机电合成ppt课件

2e
+
N O 2e
N H O H
N H
N H 2 + 2H
O H
Page 17
O H
O
O H
电化学催化
电化学催化：
不直接参加电极反应的电极，对电化学反应速度及反应 机理有重要影响。既可以由电极本身产生，也可以化剂的要求：
①高的电催化活性 ②稳定、耐腐蚀，具有一定的机强度和使用寿命。 ③良好的选择性。 ④良好的导电性。 ⑤易加工制备，成本低。
电极
电 极 表 面 区溶 液 本 体 脱附 化学反 传 应 质 吸附
O Os s -电 子 传 递 n e R s
传质
O b n e
O'
O s
O b
-电 子 传 递
O' ads R' ads
传质
R b
脱附 传 质 化学反 应 吸 附R' R R
s
b
简单反应
复杂反应
Page 16
（1）CE机理：
能量 增加吸附反而不利，因为活化能由 Eb提高到Eb'，使反应速度降低。 H2 M H H
+
Eb Eb' H2
Page 20
Ea Ea'
M
H
H
+
反应历程
影响电化学催化活性的因素：
①能量因素：电极对电极反应活化能的影响；
②空间因素：反应粒子与电极表面具有一定的空间对应关系；
③表面因素：电极的比表面和表面状态，如表面缺陷的性质、浓度。
指先发生化学反应，后发生电子传递反应。如： CH2(OH)2 = CH2O + H2O
CH2O＋e－＋H＋CH3OH

电解合成知识介绍PPT

7
第七页
3.2 电解合成原理
3.2.1 电解合成的理论基础 1 电解质溶液的基本性质
电解液按其组 成及结构分类
溶剂不同
电解质溶液 熔融电解质
电解质水 溶液
非电解质水 溶液
8
第八页
（1） 电解质溶液的电导
电解质溶液的导电是由于电场中离子定向移动的结果，阴 离子移向阳极，阳离子移向阴极，它们的导电能力大小用电导 表示。 a. 电导(G)及电导率(K) 金属的导电能力通常用电阻R来衡量，而电解质溶液导电能力 的大小通常用电导G来表示。 电导是电阻的倒数，根据欧姆定律：
113
第十三页
它与电导率的关系为
即
式中，Λm为摩尔电导，Ω-1·m2·mol-1； κ是电导率，Ω-1·m-1； Vm为含有1mol电解质的溶液体积，m3·mol-1；
c为电解质溶液浓度，mol·m-3。
114
第十四页
电导率、摩尔电导与浓度之间的关系见图3.2和图3.3。由图可见， 强酸的电导率比较大，强碱次之，盐类较低，至于弱电解质乙 酸的电导率就很低了。
随着电化学理论的进一步发展，1887年阿伦尼乌斯（Arrhenius）
提出了电离学说。
1889年能斯特（Nernst）建立了电极电位的理论，提出了表示
电极电位与电极反应各组分浓度间关系的能斯特公式；
4
第四页
1905年塔菲尔（Tafel）测定了在各种金属上析氢的电化学反应速
率，确定了电流密度与氢过电位关系，提出了电化学动力学的第 一个定律--塔菲尔公式。
110
第十页
不同种类的电解质，由于其正负离子的电量及其运动速度 不同，而使其导电能力不同，即导电率不同。
表3.1第一类导体、超导体、绝缘体电导率（25℃）

06章 有机物的电解合成


阳极区获得的苯醌进入阴极区， 在阴极上还原为苯二醌
■ 氧化阶段在20%硫酸溶液中进行。苯 在硫酸溶液中的溶解度不大，强烈 搅拌下进行，以达到苯的乳化。 ■ 含1%银的铅合金作阳极。
■ 阳极液在电极间区域的流动速度应 不低于0.08 m· -1， S ■ 电极间空隙约为2mm，电极高度为1 mm，与阳极液的接触时间为1.2 s。 ■ 电流密度为4.0 kA· -2，苯醌在阳极 m 氧化物中含量约为3%。
I. 从环己烷出发：
II. 从丁烯出发
2、电解合成法原理
存在的副反应
反应机理
电解方法
• (1)、电解液
• (2)、电解槽:电解槽为压滤式，结构比较复杂， 工作原理如下图示。阳极采用PbO2/AgO，阳极 液是5% H2SO4，在其上进行放氧反应。阴极电 势-1.75V，为了尽量减少氢气的析出，选用高 超电势的Pb作负极。隔膜为阳离子渗透膜。槽 电压为11.9V
■ 氟的高活泼性和毒性，一般化学方 法很难实现全氟化，电化学氟化可 以比较容易实现
3M公司主要产品
■ FC75
■ FC43 全氟化三丁基铵
FC75和FC45的主要物理性质
电氟化过程的基本特征
■ 反应在较低的温度-10℃～25℃下进行，可以 保留某些官能团，如-COF，-SO2F等 ■ 最好的阳极材料是镍，要求纯度>99.9% ■ 电解过程无游离态F2放出 ■ 与大多数电解过程相比，本过程进行的速度是 慢的，最大可用电流密度很小，一般在200～ 300mA· -2。 m ■ 当使用新电极时，会出现诱导期，此期间即使 在低电势下也有游离F2放出。
合成四乙基铅的电解槽
6.5 糖精
1. 传统的化学氧化法
氧化法缺点
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• (7) 有些用通常化学反应难以制得的产品（如难以氧化或还原的）只有 通过电化学方法合成。
精选PPT
8
有机电合成的不足
• (1) 电解反应仅限于氧化和还原反应（？？？），反应必须有特殊的装 置和设备。例如，每一反应需要特殊种类的电解槽，而电解槽的设计 大多是非标准的，加工和购置较为困难。
• (2) 反应过程的影响因素较多，反应装置的复杂性，由于存在“两极” 的差别且两极分别有氧化产物和还原产物，再加上要保证反应物和目 的产物的扩散分离，因此往往需要对电极材料。电解槽结构和隔膜材 质提出很高的要求，再加上槽外设备，更增加了电解装置的复杂性。
• 目前，达到工业化生产的有机电合成产品已逾百种，孟山都公司电解 还原丙稀腈合成己二腈已经发展到年产10万吨，而实验室用电合成法 制备成功有待产业化的产品更是多达八千余种。
• 近10年来，我国有机电化学合成领域也得到较大发展，有10多个产品 实现了工业化，研究品种日益增多，与世界先进水平的差距逐步缩小。 我国也于20世纪80年代初建立了第一套工业化生产装置――L半胱氨酸 盐酸盐水合物的合成。
• 从本质来说 ,有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的 根源。
精选PPT
6
有机电合成的优点
• (1) 有机电化学合成反应无需有毒或危险的氧化剂或还原剂，电子就 是清洁的反应试剂。在反应体系中除原料和生成物外，通常不含其它 反应试剂。合成产物易于分离和精制，产品纯度高，副产物少，环境 污染可大幅度降低，有的甚至完全无公害，是今后“绿色化学合成工 业”的重要组成部分。
• (2) 在电合成过程中，可通过改变电极电位合成不同的有机产品；同 时可通过控制电极电位，使反应按预定的目标进行，收率和选择性较 高。通过对电解条件（如电压、电流、电解液组成等）的调节，可以 较容易、较准确地实现对生产的控制。
精选PPT
7
有机电合成的优点
• (3）在电化学反应体系中，电子转移和化学反应这两个过程可以同时进 行。与普通化学法相比，能缩短合成工艺，减少设备投资，缓解经济性”
• 面对环境、 能源、 资源与可持续发展等问题日益峻的形势，绿色化学 已经提到了议事日程。绿色化学要求合成反应应当符合“原子经济 性”，应最大限度地利用原料分子的每个原子，使之结合到目标分子 中，达到零排放。
• 有机电合成就完全符合“原子经济性”要求，它是把电子作为试剂(世 界上最清洁的试剂)，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技 术,而传统的合成催化剂和合成“媒介”(试剂)是很难达到这种要求的。 以“原子经济性”为目的额定绿色合成将成为这一前沿学科的重要分 支之一。
即有机电合成方法可以在温和的条件下制取许多高附加值的有机产品， 而且用电子这一下净的“试剂”占代替会造成环境污染的氧化剂和还 原剂，是一种环境友好的洁净合成，代表了新世纪化学工业发展的一 个方向。近30年来有机电合成在许多国家得到了迅速发展。
电化学合成法规模效益小，但对小规模生产还是比较有利的：而且通 过调节电压、电流，反应易控制。虽然电的价格较高，对于生产少量、 多品种的精细化工产品来说，采用电化学方法还是很合适的。
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2
“古老的科学，崭新的技术”
• 有机电化学合成与其它学科一样，也是在生产力不断发展的基础上 成长起来的。
• 早在19世纪初期，Rheinold发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂， 已经用稀醇溶液进行电解反应的研究。
• 1834年法国化学家法拉第（Faraday）在实验室进行了首次有机电 合成——电解乙酸钠溶液制取乙烷。
• 19世纪初Petrov进行醇和油脂的电解试验。 • 1804年，Grotgus电解氧化无色靛蓝得到蓝色靛蓝。 • 1849年Kolbe电解羧酸盐水溶液制取烷烃。
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3
“古老的科学，崭新的技术”
• 20世纪30年代，有机电合成反应在化学工业得到了应用，如硝基苯电 还原制苯胺、葡萄糖电还原制山梨醇与甘露醇等。
第五章 有机物的电合成
有机物的电合成是用电化学方法进行有机化合物合成的科学，它是一 门涉及电化学、有机合成及化学工程等内容的边缘科学。 在注重环境保护的今天，电解合成法在对有机物特别是高附加值精细 化学品的生产，具有广泛的价值，其地位愈显重要，其发展相当迅速。
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1
有机电合成方法与精细化工
医药品、香料、农药等称为精细化学品，是高附加值的产品，这类产 品一直用有机合成和发酵法生产，后来才认识到对这些精细化学品采 用电解合成的过程是极为有效的。
• (4) 可以在常温常压下进行，无需特殊的加热和加热设备，节省能源和 设备，操作简便，使用安全。
• (5) 有机电合成的装置具有通用性，在同一电解槽中可以进行多种合成 反应，改变电极材料或反应溶液便能合成某种新的有机产品。
• (6) 可以任意改变反应速率，或随时中止或及时启动反应，而化学法无 此能力。
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9
有机电合成的不足
• (3) 合成理论及工艺技术的不成熟性,尤其是电合成反应动力学原理中 存在的许多问题及均匀分布、分离技术难题的存在。
• (4) 电解需要消耗大量的电能。以上不足也正是广大有机电化学工作 者今后研究的方向和奋斗目标。
• 这两个标志性过程可认为是有机电合成工业化的最重要的突破，它预 示着有机电解工业的新发展，对更多的有机物采用自动、连续、污染 少的电化学工艺的日子正在到来。
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4
“古老的科学，崭新的技术”
• 近30多年来，有机电合成被受重视，尤其是美、英、日、德等工业发 达国家。在该领域的开发和应用相当活跃，专利数大幅增加，医药、 香料、感光材料、农药等高附加值的精细化工产品的电合成成为其主 攻方向。
• 到了20世纪60年代，以电合成己二腈与电合成四乙基铅的工业化为标 志的现代有机电合成工业开始了蓬勃的发展。
• 1965年美国孟山都(Monsanto)公司电解还原丙稀腈合成己二腈，使有 机电解氧化还原不单是精细化学品的合成方法，而且成为石油化学加 工的手段。几乎同时，美国的纳尔科(Nalco)公司实现了电合成四烷基 铅的工业生产。