本发明涉及一种有机电解合成装置以及有机电解合成方法。
本申请依据2016年4月1日向日本提出的日本专利申请特愿2016-074407号主张优先权，并在此处引用其内容。
背景技术：
以往，在有机合成反应中，有时对含有卤化物和有机化合物的溶液进行电解，用于有机合成的反应开始。这样的有机合成反应用于如下情况：将官能团导入到有机化合物的情况；由简单的有机化合物制造分子量大的有机化合物以及衍生物的情况；制造有机卤化物以及衍生物的情况；制造有机金属化合物以及衍生物的情况等。
另外，作为进行上述的有机合成反应的反应槽，以往有如下的有机电化学反应槽：在反应槽内具备阴极和阳极，使含有被反应物质的电解液流通，使有机物进行电化学氧化而制造目标的有机化合物(例如，参照专利文献1)。该有机电化学反应槽具备由多孔质板或网状构造板形成的电极。在这些电极的两侧形成有以适合电解液的流通以及电解作用的间隔由电极进行分隔的电解室，电解液以充满电解室并朝正交方向在液渗透性的反应电极的内部通电的方式流通。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特公平2-44910号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
但是，在上述专利文献1所公开的反应槽中，在使有机物氧化时，除了制造出成为制造目标的目标有机化合物以外，还制造出过氧化物等。通过制造出该过氧化物等，目标有机化合物的产率有可能降低。
本发明提供一种能够抑制目标有机化合物产率的降低的有机电解合成装置以及有机电解合成方法。
技术方案
根据本发明的第一方案，有机电解合成装置具备：多个电解电池，分别具备彼此相对配置的第一电极以及第二电极；电源装置，在多个所述电解电池中的所述第一电极以及所述第二电极之间施加电压；以及流通装置，使含有卤化物离子和有机化合物的电解液以层流状态在所述第一电极与所述第二电极之间流通。所述电源装置以沿所述电解液的流通方向配置的上游侧电解电池以及下游侧电解电池中的所述上游侧电解电池中的第一电极与配置于所述上游侧电解电池中的所述第一电极的下游侧的所述下游侧电解电池中的第二电极的极性相反的方式施加电压。
根据这样的构成，含有卤化物离子和有机化合物的电解液以层流状态在第一电极与第二电极之间流通。由此，在第一电极产生氧化反应而制造目标有机化合物。另外，在第一电极中，除了目标有机化合物以外，还生成过氧化物等副产物。在电解液中，当目标有机化合物与副产物长时间滞留时，目标有机化合物与副产物反应，有可能会导致目标有机化合物的产率降低。
就该点而言，在上述的有机电解合成装置中，在使多个电解电池之中的上游侧电解电池中的电解液氧化分解的第一电极的电解液的流通方向下游侧设有多个电解电池之中的下游侧电解电池的第二电极。另外，含有卤化物离子和有机化合物的电解液以层流状态在第一电极与第二电极之间流通。由此，在上游侧电解电池的第一电极生成的副产物通过层流状态的电解液的流通而被引导向下游侧电解电池的第二电极。引导至第二电极的副产物在第二电极被还原而消失。由此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，沿与所述电解液的流通方向交叉的方向设有多个所述电解电池。
根据这样的构成，由于在电解液的流通方向以外的方向也配置有电解电池，因此能够使大量的电解液在短时间内流通。另外，被外侧的电极夹持地配置的内侧的电极能起到整流板的功能，因此能够稳定地维持层流。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，在沿所述电解液的流通方向排列配置的所述上游侧电解电池的所述第一电极与所述下游侧电解电池的所述第二电极之间、以及所述上游侧电解电池的所述第二电极与所述下游侧电解电池的所述第一电极之间中的至少一方配置有绝缘体的隔板。
根据这样的构成，由于在上游侧电解电池的第一电极与下游侧电解电池的第二电极之间配置有隔板，因此能够堵塞并列设置在电解液的流通方向的上游侧电解电池的电极与下游侧第二电解电池的电极之间的间隙。由此，能够抑制由间隙导致的紊流的发生，因此能够稳定地维持层流。另外，由于隔板为绝缘性，因此能够将上游侧电解电池的电极与下游侧电解电池的电极电绝缘。
需要说明的是，在上游侧电解电池的第二电极中的电解液的流通方向下游侧设有下游侧电解电池的第一电极的情况下，可以在上游侧电解电池的第二电极与下游侧电解电池的第一电极之间配置有隔板。该情况也能有助于维持稳定的层流，并且能抑制上游侧电解电池的电极与下游侧电解电池的电极的短路。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，包含将所述电解液的流通方向一侧的部分设为所述第一电极并且将另一侧的部分设为所述第二电极的多个二极电极，将这些二极电极隔开间隔地设在所述电解液的流通方向的电极组以相互平行的方式配置有多组，相互平行地相邻的所述电极组彼此的所述二极电极以使所述第一电极与所述第二电极对置的方式配置。
根据这样的构成，通过集约化地配置具有第一电极以及第二电极的二极电极，能够谋求装置本身的紧凑化。
进而，由于相互平行地相邻的电极组彼此的第一电极以及第二电极对置，因此通过在这些第一电极以及第二电极之间进行通电，能够对在电极间流通的电解液高效地实施电解。另外，二极电极也能起到整流板的功能。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，所述第一电极以及所述第二电极呈板状，并沿铅垂方向设置，所述电解液的流通方向为铅垂朝上的方向。
根据这样的构成，由于电解液在铅垂朝上的方向流通，因此能延长第一电极与电解液的接触时间。因此，能增加目标有机化合物的制造量。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，所述第一电极以及所述第二电极呈板状，沿铅垂方向设置，所述电解液的流通方向为与铅垂方向交叉的方向。
根据这样的构成，能使电解液在短时间内大量流通。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，多个所述电解电池容纳于壳体。
根据这样的构成，由于能通过壳体对电解液的流通方向进行限制，因此能够稳定地维持层流。另外，能够抑制在电解液的流通方向设置的上游侧电解电池的电极与下游侧电解电池的电极之间的间隙的电解液的流通。因此，能够抑制由间隙导致的紊流的发生，因此能够稳定地维持层流。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，在所述壳体的上部形成有将所述壳体内的气体排出的排气构造。
根据这样的构成，能促进壳体内的气体的排出。由此，能够抑制气体附着于第二电极的表面。因此，能抑制第二电极中的副产物的还原不良。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，在连接于所述壳体并从所述壳体排出电解液的配管设有将所述壳体内的气体排出的排出机构。
根据这样的构成，能够广泛地应对根据各种方法实施的壳体内的气体的排出。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，还具备控制所述电解液的速度的速度控制装置。
根据这样的构成，由于能够控制电解液的流通速度，因此能稳定地维持层流。
在上述的有机电解合成装置中，可以为，还具备控制所述电解液的温度的温度控制装置。
根据这样的构成，由于能够控制电解液的粘度，因此能稳定地维持层流。
根据本发明的第二方案，就有机电解合成方法而言，在上述的有机电解合成装置中的所述第一电极与所述第二电极之间使所述电解液流通，来制造目标有机化合物。
根据这样的构成，含有卤化物离子和有机化合物的电解液以层流状态在第一电极与第二电极之间流通。由此，在上游侧电解电池的第一电极生成的副产物通过层流状态的电解液而被引导至下游侧电解电池的第二电极。诱导至第二电极的副产物在第二电极被还原而消失。由此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
发明效果
根据上述的有机电解合成装置以及有机电解合成方法，能够抑制目标有机化合物的产率降低。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的有机电解合成装置的图。
图2a是表示在与电解液的流通方向交叉的方向配置有阳极和阴极的电解电池中的副产物的流动的图。
图2b是表示沿电解液的流通方向配置有阳极和阴极的电解电池中的副产物的流动的图。
图3是示意性地表示本发明的第二实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。
图4是示意性地表示本发明的第三实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。
图5是示意性地表示本发明的第四实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。
图6是示意性地表示本发明的第五实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。
图7是本发明的第六实施方式的有机电解合成系统的构成图。
图8是本发明的第六实施方式的第一变形例的有机电解合成系统的构成图。
图9是本发明的第六实施方式的第二变形例的有机电解合成系统的构成图。
图10是用于说明层流的形成条件的电解电池的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下说明中使用的附图是用于说明本发明实施方式的构成的图，图中所示各部分的大小、厚度、尺寸等有时会与实际的有机电解合成装置的尺寸关系不同。另外，在各实施方式中，针对共同的构件，有时会附上共同的符号，并省略其说明。
(第一实施方式)
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的有机电解合成装置的图。
如图1所示，第一实施方式的有机电解合成装置1具备电解槽2、流入配管3a、流出配管3b、泵4、热交换器5、电源装置7、控制装置8。电解槽2具备电解电池10、壳体25。在壳体25中设有作为上游侧电解电池的下侧电解电池10d以及作为下游侧电解电池的上侧电解电池10u作为多个电解电池10。上侧电解电池10u并列设置于下侧电解电池10d的上侧。另外，下侧电解电池10d以及上侧电解电池10u容纳于箱形的壳体25。
下侧电解电池10d具备作为第一电极的下侧阳极11d以及作为第二电极的下侧阴极12d。上侧电解电池10u具备作为第一电极的上侧阳极11u以及作为第二电极的上侧阴极12u。下侧阳极11d、下侧阴极12d、上侧阳极11u、上侧阴极12u均形成为板状。下侧阳极11d、下侧阴极12d、上侧阳极11u、上侧阴极12u配置为沿铅垂方向设置。下侧阳极11d、下侧阴极12d、上侧阳极11u、上侧阴极12u均接近壳体25的侧壁，沿壳体25的侧壁配设。下侧阳极11d与下侧阴极12d的远离距离以及上侧阳极11u与上侧阴极12u的远离距离均例如为1～30mm。
在壳体25形成有流入口26以及流出口27。流入口26形成于壳体25的下侧。流出口27形成于壳体25的上侧。在流入口26与流出口27之间配置有下侧电解电池10d以及上侧电解电池10u。
流入口26连接有流入配管3a的一端。流入配管3a的另一端连接于作为流通装置以及流速控制装置的泵4。流出口27连接有流出配管3b的一端。流出配管3b的另一端连接于未图示的贮存池。
泵4经由流入配管3a将电解液导入到壳体25内。电解液包含含有卤化物离子的卤化物以及有机化合物以作为用于制造目标有机化合物的化合物。另外，电解液含有卤化物和有机化合物直至高浓度(接近饱和的高浓度)。
泵4在下侧电解电池10d的下侧阳极11d与下侧阴极12d之间以及在上侧电解电池10u的上侧阳极11u与上侧阴极12u之间抑制电解液的紊流状态，使电解液以层流状态流通。在下侧电解电池10d的下侧阳极11d的电解液的流通方向下游侧配置有上侧电解电池10u的上侧阴极12u。另外，在下侧电解电池10d的下侧阴极12d的电解液的流通方向下游侧配置有上侧电解电池10u的上侧阳极11u。另外，将电解液的流通方向设为铅垂朝上的方向，下侧阳极11d与上侧阴极12u、下侧阴极12d与上侧阳极11u分别并列设置于电解液的流通方向。需要说明的是，“层流状态”是指抑制了紊流的状态，例如是指将紊流最小化的状态。另外，就紊流以及层流而言，将由液体(电解液)的流速、粘度、流路尺寸(由电解电池中的彼此相对配置的电极间距离、电极宽度求出的相当长度)规定的雷诺数作为边界值而发生变化，但是此处的“层流状态”是指通常流体力学所定义的雷诺数2000以下的状态。
在流入配管3a设有作为温度控制装置的热交换器5。热交换器5对在流入配管3a内流通的电解液的温度进行控制。壳体25内的电解液的粘度伴随从流入配管3a导入的电解液的温度而变动。
有机电解合成装置1具备电源装置7以及控制装置8。电源装置7具备电源71和电流控制电路72。电源71将定压电流供给于电流控制电路72。
电流控制电路72分别电连接于下侧阳极11d、下侧阴极12d、上侧阳极11u、上侧阴极12u。电流控制电路72将电流供给于下侧阳极11d以及上侧阳极11u，接收从下侧阴极12d以及上侧阴极12u流出的电流。如此一来，电源装置7在下侧阳极11d与下侧阴极12d之间以及上侧阳极11u与上侧阴极12u之间施加极性相反的电压。
电流控制电路72将由电源71供给的定压电流的电压调节为将电流供给于下侧阳极11d以及上侧阳极11u时的适当的电压。
控制装置8具备流速控制部81以及温度控制部82。流速控制部81电连接于泵4。控制装置8对泵4的输出进行控制。温度控制部82连接于热交换器5。温度控制部82对热交换器5的输出进行控制。通过控制泵4的输出，对壳体25内的电解液的速度进行控制。通过控制热交换器5的输出，以供给于壳体25的电解液、进而壳体25内的电解液的粘度设为规定的范围的方式对其温度进行控制。
接着，对通过使用了第一实施方式的有机电解合成装置1的有机电解合成方法来制造作为目标有机化合物的偶氮二甲酰胺的例子进行说明。在制造偶氮二甲酰胺时，电解液含有卤化物和有机化合物。
作为构成卤化物的卤化物离子，可示例出f-、cl-、br-、i-等。另外，作为有机化合物，可示例出尿素等。
通过泵4使含有卤化物和有机化合物的电解液在壳体25内流通。控制装置8通过流速控制部81对泵4的输出进行控制，通过温度控制部82对热交换器5的输出进行控制。如此一来，控制了壳体25内的电解液的速度以及温度，维持了层流。泵4为本实施方式的速度控制装置的一例。
此时，电源装置7将电流从电流控制电路72供给于下侧阳极11d以及上侧阳极11u。下侧电解电池10d的下侧阳极11d通过阳极氧化对含有卤化物和有机化合物的电解液进行电解，有机合成的反应开始。通过该有机合成来制造偶氮二甲酰胺。
进而，上侧电解电池10u的上侧阳极11u通过阳极氧化对含有卤化物和有机化合物的电解液进行电解，制造偶氮二甲酰胺。如此制造的含有偶氮二甲酰胺的原料溶液从壳体25的流出口27流出，贮存于贮存池。
这样的第一实施方式的有机电解合成装置1中，在偶氮二甲酰胺的制造过程中，在由下侧阳极11d对含有卤化物以及有机化合物的电解液进行阳极氧化的情况下，下侧阳极11d的表面的卤化物离子被氧化为卤素单体(f2、cl2、br2、i2)或过氧化物(fo-、clo-、bro-、io-)而成为副产物。副产物从下侧阳极11d的表面扩散到电解液中。
当电解液中残留有扩散的副产物时，电解液中的未反应的有机化合物、所制造的偶氮二甲酰胺被副产物氧化分解，可能会成为偶氮二甲酰胺产率恶化的原因。此处，当电解液中的副产物消失时，产率的恶化得以抑制。为了使电解液中的副产物消失，存在向电解液投入中和卤素单体、过氧化物的药剂的方法。
不过，在这样的投入药剂而使副产物消失的方法中，有时会引起电解液的性状的变质、使用药剂的增加等不良状况。另外，作为使副产物消失的方法，存在将副产物在阴极进行还原的方法。就卤化物而言，例如卤素为氯的情况下，由下述(1)式还原为氯化物离子，就过氧化离子而言，通过下述(2)式还原为氯化物离子。
cl2+2e-→2cl-···(1)
clo-+h2o+2e-→cl-+2oh-···(2)
此处，例如图2a所示，可想到作为电解电池10x具备阳极11x和阴极12x的有机电解合成装置。在该有机电解合成装置中，在阳极11x与阴极12x之间几乎没有对流，假设副产物18到达阴极表面为止的物质移动依赖自然扩散。在该情况下，副产物18与有机化合物的接触时间变长，难以充分地得到目标有机化合物(偶氮二甲酰胺)的氧化分解的抑制效果。
另外，由于电解液含有卤化物离子、有机化合物直至接近饱和状态的高浓度，因此几乎无法期待自然的物质扩散。对此，若使电解液对流而使副产物18移动/扩散至阴极表面，则能够缩短副产物18与有机化合物的接触时间。
不过，电解液在正交于阳极11x与阴极12x的远离方向的方向流通。由此，当使电解液以层流状态进行流通时，副产物18难以朝阴极12x的方向扩散。
另外，当使电解液以紊流进行流通时，在使副产物18从阳极11x向阴极12x移动时的阴极12x与副产物18的接触效率得以提高，副产物18的消失效果得以提高。但是，当使电解液以紊流进行流通时，阳极11x的反应场被扰乱，副产物18的脱离被促进，对于减少残留于电解液中的副产物18的贡献变小。
就该点而言，在第一实施方式的有机电解合成装置1中，由于使电解液以层流状态进行流通，因此能使副产物18难以从电解液中脱离。进而，在第一实施方式的有机电解合成装置1中，在下侧电解电池10d的下侧阳极11d中的电解液的流通方向下游侧并列设置有上侧电解电池10u的上侧阳极11u。由此，如图2b所示，能够使在下侧阳极11d生成的副产物18与目标有机化合物一起以层流状态输送至上侧电解电池10u的上侧阴极12u。因此，在下侧阳极11d生成的副产物18大多在上侧阴极12u被还原而消失。因此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物18的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
另外，在第一实施方式的有机电解合成装置1中，作为多个电解电池，具备相互上下并列设置的下侧电解电池10d和上侧电解电池10u，电解液的流通方向设为铅垂朝上的方向。由此，能够延长下侧阳极11d以及上侧阳极11u与电解液的接触时间。因此，能增加目标有机化合物的制造量。
另外，下侧电解电池10d以及上侧电解电池10u容纳于壳体25。由此，能通过壳体25对电解液的流通方向进行限制，因此能够稳定地维持层流。另外，能够对并列设置于电解液的流通方向的下侧阳极11d与上侧阴极12u之间以及下侧阴极12d与上侧阳极11u之间的间隙的电解液的流通进行控制。因此，能够对由下侧阳极11d与上侧阴极12u之间以及下侧阴极12d与上侧阳极11u之间的间隙导致的紊流的发生进行抑制，因此能够稳定地维持层流。
进而，下侧阳极11d、下侧阴极12d、上侧阳极11u、上侧阴极12u均接近壳体25的侧壁，沿壳体25的侧壁配设。由此，能够进一步抑制由下侧阳极11d与上侧阴极12u之间以及下侧阳极11d与上侧阴极12u之间的间隙导致的紊流的发生，因此能够进一步稳定地维持层流。
另外，就电解液成为层流的条件而言，受到电解液的速度、粘度、下侧阳极11d与下侧阴极12d的远离距离、上侧阳极11u与上侧阴极12u的远离距离等的影响。由于规定了下侧阳极11d与下侧阴极12d的远离距离、上侧阳极11u与上侧阴极12u的远离距离，因此可通过对电解液的速度或粘度进行调整，使电解液处于稳定的层流状态。
有机电解合成装置1具备使电解液流通于壳体25的泵4，可通过泵4的输出对壳体25内的电解液的速度进行控制。由此，有机电解合成装置1能够维持稳定的层流。
另外，有机电解合成装置1具备热交换器5，对供给于壳体25的电解液的温度进行控制。当电解液的温度高时，电解液的粘度变低，当电解液的温度低时，电解液的粘度变高。如此，可通过电解液的温度对电解液的粘度进行控制。因此，有机电解合成装置1能通过热交换器5对电解液的温度进行控制，能通过温度的控制对电解液的粘度进行控制。因此，有机电解合成装置1能维持稳定的层流。
将有机化合物和卤化物离子电解而引起的反应在可循环利用卤化物离子方面是有用的。当含有有机化合物和卤化物离子的电解液进行电解时，从阳极产生卤化物。其中含有目标有机化合物，就其他卤化物而言，为了取出卤化物离子而一边循环一边反应。
例如，在电解合成偶氮化合物时，含有碳酰胺化合物和卤化物离子(例如氯离子)的电解液进行电解，制造出卤素化合物的中间体。
所制造的卤素化合物的一部分作为目标有机化合物(偶氮化合物)而被取出，其他卤素化合物一边循环一边反应。此处的偶氮化合物含有偶氮二甲酰胺、偶氮二羧酸酯。这些偶氮化合物的用途例如为发泡剂、聚合引发材料。
另外，在电解合成环氧化合物的情况下，含有烯烃和卤化物离子(氯离子)的电解液进行电解，制造出卤素化合物的中间体。卤素化合物的中间体含有氯离子，所制造的卤素化合物的一部分成为目标有机化合物(环氧化合物)而取出。就其他卤素化合物而言，为了取出氯离子而一边循环一边反应。此处的环氧化合物的用途例如为环氧树脂原料。
另外，在电解合成甲氧化合物的情况下，例如含有氟代烷基硫化物和甲醇的电解液进行电解，制造出卤素化合物的中间体。卤素化合物的中间体含有氟离子，所制造的卤素化合物的一部分成为目标有机化合物(甲氧化的氟代烷基硫化物)而取出。就其他卤素化合物而言，为了取出氟离子而一边循环一边反应。甲氧化的氟代烷基硫化物的用途例如为农药。
需要说明的是，在第一实施方式中，目标有机化合物为偶氮二甲酰胺，但也可为其他有机化合物。作为其他目标有机化合物，既可为偶氮二羧酸酯，也可示例出β-内酰胺衍生物。
另外，在第一实施方式中，设置了下侧电解电池10d以及上侧电解电池10u这两个电解电池以及四个电极，但也可设置更多的电解电池、电极。例如，可以沿电解液的流通方向呈串行状交替地并列设置阳极和阴极，并呈串行状交替地并列设置与这些多个阳极和阴极彼此相对的阴极和阳极。
在该情况下，由彼此相对的阴极和阳极构成电解电池，多个电解电池处于沿电解液的流通方向呈串行状并列设置的状态。另外，在以后的实施方式中也同样地，可以沿电解液的流通方向呈串行状交替地并列设置阳极和阴极，并呈串行状交替地并列设置与这些多个阳极和阴极彼此相对的阴极和阳极。另外，虽然上侧电解电池10u和下侧电解电池10d容纳于壳体25，但也可不容纳于壳体25。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。图3是示意性地表示第二实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。第二实施方式的有机电解合成装置与第一实施方式的有机电解合成装置相比，主要在电解槽的构成方面不同。而且，在图3中，作为有机电解合成装置的主要部分以电解槽为中心进行表示，而对第二实施方式进行说明。
如图3所示，第二实施方式的有机电解合成装置1b具备电解槽2b。电解槽2b具备壳体25b。在壳体25b设有下侧左阳极21dl、上侧中阳极21uc、下侧右阳极21dr、上侧左阴极22ul、下侧中阴极22dc、上侧右阴极22ur。由下侧左阳极21dl和下侧中阴极22dc构成下侧左电解电池20dl，由下侧中阴极22dc和下侧右阳极21dr构成下侧右电解电池20dr。另外，由上侧左阴极22ul和上侧中阳极21uc构成上侧左电解电池20ul，由上侧中阳极21uc和上侧右阴极22ur构成上侧右电解电池20ur。
下侧左阳极21dl、上侧中阳极21uc、下侧右阳极21dr、上侧左阴极22ul、下侧中阴极22dc、上侧右阴极22ur均具有板状的形状。下侧左阳极21dl、上侧中阳极21uc、下侧右阳极21dr、上侧左阴极22ul、下侧中阴极22dc、上侧右阴极22ur均电连接于电源装置7(参照图1)的电流控制电路72。
电流从电流控制电路72供给于下侧左阳极21dl、上侧中阳极21uc、下侧右阳极21dr。电流从上侧左阴极22ul、下侧中阴极22dc、上侧右阴极22ur流出到电流控制电路72。
含有卤化物以及有机化合物的电解液以层流状态供给于下侧左阳极21dl与下侧中阴极22dc之间。同样地，含有卤化物以及有机化合物的电解液以层流状态供给于下侧中阴极22dc与下侧右阳极21dr之间。这些电解液的流通方向均为铅垂朝上的方向。在有机电解合成装置1b中，下侧左电解电池20dl和下侧右电解电池20dr作为多个电解电池沿与电解液的流通方向交叉的方向、例如正交的方向设置。
在第二实施方式的有机电解合成装置1b中，在电解槽2b的壳体25b中，在电解液被下侧左阳极21dl、下侧右阳极21dr阳极氧化的情况下，卤素单体、过氧化物被氧化而成为副产物。副产物通过层流状态的电解液输送到配置于下侧左阳极21dl、下侧右阳极21dr的下游侧的上侧左阴极22ul、上侧右阴极22ur。因此，在下侧左阳极21dl、下侧右阳极21dr生成的副产物大多在上侧左阴极22ul、上侧右阴极22ur被还原而消失。因此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
另外，在第二实施方式的有机电解合成装置1b中，下侧左电解电池20dl和下侧右电解电池20dr作为多个电解电池沿与电解液的流通方向正交的方向设置。由此，由于在电解液的流通方向以外的方向也配置有电解电池，因此能够使大量的电解液在短时间内流通。另外，在有机电解合成装置大型化的情况下也可对应。另外，由下侧左阳极21dl以及下侧右阳极21dr夹持配置有下侧中阴极22dc，由上侧左阴极22ul以及上侧右阴极22ur夹持配置有上侧中阳极21uc。由此，由于下侧中阴极22dc以及上侧中阳极21uc能起到整流板的功能，因此能够稳定地维持层流。需要说明的是，除了下侧中阴极22dc以及上侧中阳极21uc以外，例如也可以设置导电性的隔膜进行整流。
(第三实施方式)
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。图4是示意性地表示第三实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。第三实施方式的有机电解合成装置与第一实施方式的有机电解合成装置相比，主要在电解槽的构成方面不同。在图4中，作为有机电解合成装置的主要部分以电解槽为中心进行表示，而对第三实施方式进行说明。
如图4所示，第三实施方式的有机电解合成装置1c具备电解槽2c。电解槽2c具备壳体25c，在壳体25c设有下侧电解电池30d以及上侧电解电池30u。下侧电解电池30d具备下侧阳极31d以及下侧阴极32d。上侧电解电池30u具备上侧阴极32u以及上侧阳极31u。另外，下侧阳极31d和上侧阴极32u、下侧阴极32d和上侧阳极31u均具有板状的形状。下侧阳极31d和上侧阴极32u、下侧阴极32d和上侧阳极31u沿电解液的流通方向并列设置。
在下侧阳极31d与上侧阴极32u之间配设有左隔板33l。在下侧阴极32d与上侧阳极31u之间配设有右隔板33r。左隔板33l以及右隔板33r均由绝缘体形成。在下侧阳极31d、上侧阴极32u、左隔板33l的壳体25(参照图1)的内侧的面可具有能维持层流状态的程度的台阶。下侧阳极31d、上侧阴极32u、左隔板33l之间没有间隙，该内侧的面可具有能维持层流状态的程度的台阶。同样地，下侧阴极32d、上侧阳极31u、右隔板33r的壳体25的内侧的面可具有能维持层流状态的程度的台阶。下侧阴极32d、上侧阳极31u、右隔板33r之间没有间隙，该内侧的面可具有能维持层流状态的程度的台阶。
在第三实施方式的有机电解合成装置1c中，在电解槽2c的壳体25c中，在下侧阳极31d生成的副产物大多在上侧阴极32u被还原而消失。因此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
另外，在第三实施方式的有机电解合成装置1c中，在电解槽2c中，在下侧阳极31d与上侧阴极32u之间配设有左隔板33l，在下侧阴极32d与上侧阳极31u之间配设有右隔板33r。由此，可分别将下侧阳极31d与上侧阴极32u以及下侧阴极32d与上侧阳极31u机械性地形成一体，对于电气性而言绝缘而形成分体。因此，能够堵塞并列设置于电解液的流通方向的下侧阳极31d与上侧阴极32u之间以及下侧阴极32d与上侧阳极31u之间的间隙。因此，能够抑制间隙导致的紊流的发生，因此能够稳定地维持层流。
另外，左隔板33l以及右隔板33r均为绝缘体。由此，能将下侧阳极31d与上侧阴极32u的短路以及下侧阴极32d与上侧阳极31u的短路通过进行电绝缘来进行抑制。
(第四实施方式)
接着，对本发明的第四实施方式进行说明。图5是示意性地表示第四实施方式的有机电解合成装置的主要部分的图。第四实施方式的有机电解合成装置与第一实施方式的有机电解合成装置相比，主要在电解槽以及电源装置与电极的连接关系方面不同。在图5中，作为有机电解合成装置的主要部分以电解槽以及电源与电极的连接关系为中心进行表示，而对第四实施方式进行说明。
如图5所示，第四实施方式的有机电解合成装置1d具备电解槽2d。电解槽2d具备壳体25d。在壳体25d设有连接阳极41、连接阴极42、多个二极电极43。在连接阳极41以及连接阴极42连接有电源装置7。二极电极43为一个板状电极，将电解液的流通方向一侧的部分设为阳极，并且将另一侧的部分设为阴极。
有机电解合成装置1d具备在电解液的流通方向隔开间隔地设置多个二极电极43而成的中电极组44c。另外，具备在电解液的流通方向隔开间隔地设置连接阳极41、连接阴极42、多个二极电极43而成的左电极组44l、右电极组44r。
左电极组44l中的二极电极43和中电极组44c中的二极电极43在电解液的流通方向以错开二极电极43的约2分之1间距量的状态进行配置。如此一来，左电极组44l中的二极电极43和中电极组44c中的二极电极43配置为交错。由此，相互平行地相邻的二极电极43中的电解液的流通方向下游侧成为阳极部43a，上游侧成为阴极部43b。另外，在左电极组44l中的二极电极43和中电极组44c中的二极电极43中，相互平行地相邻的二极电极43的阳极部43a与阴极部43b处于对置状态。另外，在左电极组44l中，在电解液的流通方向的最上游侧配置有连接阴极42，在电解液的流通方向的最下游侧配置有连接阳极41。
同样地，中电极组44c中的二极电极43和右电极组44r中的二极电极43在电解液的流通方向以错开二极电极43的约2分之1间距量的状态进行配置。另外，在右电极组44r中，在电解液的流通方向的最上游侧配置有连接阴极42，在电解液的流通方向的最下游侧配置有连接阳极41。在有机电解合成装置1d中，如此配置有阳极部43a和阴极部43b，电源装置7连接于连接阳极41以及连接阴极42。
在第四实施方式的有机电解合成装置1d中，在电解槽2d的壳体25d中，在配置于电解液的流通方向上游侧的二极电极43的阳极部43a生成的副产物大多在配置于电解液的流通方向下游侧的二极电极43的阴极部43b被还原而消失。因此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
另外，在第四实施方式的有机电解合成装置1d中，多个二极电极43由左电极组44l、中电极组44c、右电极组44r集约化地配置。由此，可谋求有机电解合成装置1d的紧凑化。另外，由于相互平行地相邻的电极组彼此的阳极部43a以及阴极部43b对置，因此通过将连接阳极41以及连接阴极42连接于电源装置7，在阳极部43a以及阴极部43b之间进行通电，能够对在电极间流通的电解液高效地实施电解。
另外，在相邻的电极组中，二极电极43在电解液的流通方向以错开二极电极43的约2分之1间距量的状态进行配置，电源装置7连接于连接阳极41以及连接阴极42。由此，在相邻的电极组间的二极电极43的阳极部43a与阴极部43b之间通过极化而电流进行通电。因此，不用分别对多个二极电极43连接电源装置7，而能在二极电极43的阳极部43a与阴极部43b之间施加电压，因此能容易进行配线的引绕。
另外，二极电极43也能起到整流板的功能。
(第五实施方式)
接着，对本发明的第五实施方式进行说明。图6是示意性地表示第五实施方式的有机电解合成装置的主要部分的立体图。第五实施方式的有机电解合成装置与第一实施方式的有机电解合成装置相比，主要在电解槽方面不同。另外，在第五实施方式中，电解液的流通方向与第一实施方式不同。
如图6所示，第五实施方式的有机电解合成装置1e具备电解槽2e。电解槽2e具备壳体25e，在壳体25e设有在水平方向并列设置的左后阳极51lb、中后阴极52cb、右后阳极51rb。另外，在壳体25e作为多个电极设有在水平方向并列设置的左中阴极52lc、中中阳极51cc、右中阴极52rc。另外，在壳体25e设有在水平方向并列设置的左前阳极51lf、中前阴极52cf、右前阳极51rf。这些电极配置为呈板状，并沿铅垂方向设置。
在有机电解合成装置1e中，并列配置有左后阳极51lb和左中阴极52lc，构成电解电池。同样地，并列配置有中后阴极52cb和中中阳极51cc、右后阳极51rb和右中阴极52rc而分别构成电解电池。另外，并列配置有左中阴极52lc和左前阳极51lf、中中阳极51cc和中前阴极52cf、右中阴极52rc和右前阳极51rf而分别构成电解电池。
电解液在左后阳极51lb与左中阴极52lc、中后阴极52cb与中中阳极51cc、右后阳极51rb与右中阴极52rc之间流通。另外，电解液在左中阴极52lc与左前阳极51lf、中中阳极51cc与中前阴极52cf、右中阴极52rc与右前阳极51rf之间流通。电解液的流通方向为与铅垂方向交叉的方向，具体而言为水平方向。多个电解电池并列设置于与电解液的流通方向正交的方向。另外，电解液以层流状态流通。
在第五实施方式的有机电解合成装置1e中，在电解槽2e的壳体25e中，在电解液被左后阳极51lb、左前阳极51lf、中中阳极51cc阳极氧化的情况下，卤素单体、过氧化物被氧化而成为副产物。副产物通过层流状态的电解液输送到配置于左后阳极51lb、左前阳极51lf、中中阳极51cc的电解液的流通方向的下游侧的中后阴极52cb、中前阴极52cf、右中阴极52rc。因此，在左后阳极51lb、左前阳极51lf、中中阳极51cc生成的副产物大多在中后阴极52cb、中前阴极52cf、右中阴极52rc被还原而消失。因此，由于能够抑制目标有机化合物与副产物的反应，因此能够抑制目标有机化合物的产率降低。
另外，在第五实施方式的有机电解合成装置1e中，在壳体25e中，多个阳极以及阴极并列设置于水平方向。由此，不用将多个电极在高度方向进行排列，就能设置许多电极。因此，能使电解液在短时间内大量流通。另外，不用使电解液的流路在高度方向很高即可，因此能抑制有机电解合成装置1e的高层化。进而，不用将电解液的配管在铅垂方向进行引绕，而例如能以嵌入式设置在水平的配管的中途。
(第六实施方式)
接着，对本发明的第六实施方式进行说明。在第六实施方式中，对具备由第一实施方式所示的有机电解合成装置1的有机电解合成系统进行说明。图7是第六实施方式的有机电解合成系统的构成图。
如图7所示，第六实施方式的有机电解合成系统100具备与有机电解合成装置1的电解槽2同样的第一电解槽2x、第二电解槽2y。
在第一电解槽2x的流入口101x连接有流入配管103的一端。在第一电解槽2x的流出口102x连接有中间配管104的一端。流入配管103的另一端连接于泵105，可将电解液导入到第一电解槽2x的第一壳体25x。
中间配管104的另一端连接于第二电解槽2y的流入口101y。在第二电解槽2y的流出口102y连接有流出配管106的一端。流出配管106的另一端连接于未图示的贮存池。
在配置于第一电解槽2x的下游侧的中间配管104设有作为排气构造的第一排气阀107。在配置于第二电解槽2y的下游侧的流出配管106设有作为排气构造的第二排气阀108。第一排气阀107将第一壳体25x内的气体排出。第二排气阀108将第二电解槽2y的第二壳体25y内的气体排出。另外，在流入配管103设有热交换器109。
在第六实施方式的有机电解合成系统100中，将第一壳体25x内的气体以及第二壳体25y内的气体排出。此处，对图1所示的有机电解合成装置1的壳体25内的气体的流动等进行说明。
在壳体25内，伴随电解液的电解，从下侧阴极12d以及上侧阴极12u生成氢(h2)气。由此，有时会在壳体25内滞留气体。特别是，在进行循环利用电解的情况、进行以塞流(plugflow)式将电解槽2连接的电解的情况等电解时间达到长时间的情况下，h2气泡率显著增大。当气泡率增大时，因气泡的积累而生成大气泡，成为流速、压力变化的原因。
由此，电解液的液流朝气泡率高的部位发生，因此当局部地产生高气泡率的区域时，有时电解液会朝不预期的方向流动、或电解液的流速变快。在这样的情况下，有时会难以维持流通于下侧电解电池10d以及上侧电解电池10u的电解液的层流。同样的现象除了上述的第一实施方式的有机电解合成装置1也能产生在第二实施方式～第四实施方式的有机电解合成装置1b～1d中。
为了消除这样的不良状况，在有机电解合成系统100中，可通过第一排气阀107排出第一壳体25x内的气体，可通过第二排气阀108排出第二壳体25y内的气体。
在关闭第一排气阀107时，中间配管104维持气密状态。当打开第一排气阀107时，中间配管104从气密状态开放，中间配管104以及第一壳体25x内的气体经由第一排气阀107排出到中间配管104以及第一壳体25x的外部。如此一来，能够抑制第一壳体25x内的气体滞留，因此能够维持电解液的层流状态。
另外，在关闭第二排气阀108时，流出配管106维持气密状态。当打开第二排气阀108时，流出配管106从气密状态开放，流出配管106以及第二壳体25y内的气体经由第二排气阀108排出到流出配管106以及第二壳体25y的外部。如此一来，能够抑制第二壳体25y内的气体滞留，因此能够维持电解液的层流。
需要说明的是，在第六实施方式的有机电解合成系统100中，具备两个电解槽，但也可以为具备一个电解槽的有机电解合成系统。在该情况下，可以由配管将电解槽的流入口与流出口连接，而使从电解槽排出的电解液返回至相同的电解槽来一边循环一边反应。
(第一变形例)
接着，对第六实施方式的第一变形例进行说明。图8是第一变形例的有机电解合成系统的构成图。
如图8所示，第一变形例的有机电解合成系统200具备与第六实施方式的有机电解合成系统100同样的第一电解槽2x、第二电解槽2y。
在第一电解槽2x的流入口101x连接有流入配管201的一端。在第一电解槽2x的流出口102x连接有第一中间配管202的一端。流入配管201的另一端连接于泵105，可将电解液导入到第一电解槽2x的第一壳体25x。
第一中间配管202的另一端连接于排气贮存池203的流入口203a。在排气贮存池203贮存有通过第一中间配管202而输送的电解液。在贮存池203的流出口203b连接有第二中间配管204的一端。
第二中间配管204的另一端连接于第二电解槽2y的流入口101y。在第二电解槽2y的流出口102y连接有流出配管205的一端。流出配管205的另一端连接于未图示的贮存池。
在排气贮存池203的上端部设有减压机构206。在排气贮存池203内，在所贮存的电解液的上方滞留有气体(gas)。减压机构206能对贮存于排气贮存池203内的上方的气体的压力(气压)进行调整。
通过减压机构206将排气贮存池203内的气压设为大于大气压，由此，贮存于排气贮存池203的气体被排出到排气贮存池203的外部。
在上述的第一变形例的有机电解合成系统200中，通过减压机构206将排气贮存池203内的气压提高，由此可使排气贮存池203内的气体排出。通过由减压机构206将排气贮存池203内的气压设为大气压以上，能强制地将排气贮存池203内的气体排出到外部。排气贮存池203内的气体被排出到外部，第一壳体25x内的气体变得容易被导入到排气贮存池203。如此一来，能够抑制第一壳体25x内的气体滞留，因此能够有助于维持电解液的层流。
需要说明的是，在第一变形例的有机电解合成系统200中，具备第一电解槽2x以及第二电解槽2y，但也可以为具备一个第一电解槽2x的有机电解合成系统。在该情况下，可以通过配管将第一电解槽2x的流入口101x和排气贮存池203的流出口203b连接，通过配管将第一电解槽2x的流出口102x和排气贮存池203的流入口203a连接，而使从第一电解槽2x排出的电解液返回到第一电解槽2x来一边循环一边反应。
(第二变形例)
接着，对第六实施方式的第二变形例进行说明。图9是第二变形例的有机电解合成系统的构成图。
如图9所示，第二变形例的有机电解合成系统300具备与第五实施方式的电解槽2e同样的电解槽301。电解槽301具备壳体302，在壳体302设有多个阳极以及阴极。
多个阳极以及阴极相对于壳体302的底板沿铅垂方向设置。
壳体302具备流入口303和流出口304。流出口304配置于比流入口303更高的位置。壳体302具备底板305和顶板306，底板305和顶板306大致平行地设置，底板305相对于水平面倾斜设置。由此，在壳体302内，电解液朝斜上方流通。由此，电解液的流通方向为与铅垂方向交叉的方向的斜上方向。
多个阳极以及阴极沿电解液的流通方向并列设置，阳极与阴极交替地配置。另外，在与沿电解液的流通方向并列设置的阳极以及阴极彼此相对的位置分别设有阴极以及阳极。
在壳体302的顶板306设有第一储气部307a～第三储气部307c以及第一排气阀308a～第三排气阀308c。第一储气部307a配置于第二储气部307b的电解液的流通方向上游侧，第二储气部307b配置于第三储气部307c的电解液的流通方向上游侧。第一排气阀308a设于第一储气部307a。另外，第二排气阀308b设于第二储气部307b，第三排气阀308c设于第三储气部307c。
例如，当使电解液在水平方向流通时，伴随电解时间的增大，气泡率上升，电极之间容易产生气体滞留。当电极之间产生气体滞留时，在电极间的上部产生液面波动而容易使流动变得不稳定，其结果是难以维持层流。该问题同样产生于电解液在与铅垂方向交叉的方向、例如第二变形例那样在斜上方向流通的情况。
针对该问题，通过消除电极间的气体滞留，能够抑制这样的液面波动。在第二变形例的有机电解合成系统中，由于在壳体302的上表面设有第一储气部307a～第三储气部307c以及第一排气阀308a～第三排气阀308c，因此能够使电极之间产生的气体滞留于第一储气部307a～第三储气部307c。因此，能够消除电极间的气体滞留，抑制液面波动，稳定地维持层流。
另外，可通过开放第一排气阀308a～第三排气阀308c，将滞留于第一储气部307a～第三储气部307c的气体排出到壳体302的外部。因此，即使滞留于第一储气部307a～第三储气部307c的气体的量增加，也可通过开放第一排气阀308a～第三排气阀308c，使滞留于第一储气部307a～第三储气部307c的气体的量减少。因此，能够适当地消除电极间的气体滞留，进一步抑制液面波动，稳定地维持层流。
另外，壳体302的顶板306与底板305大致平行，并相对于水平面倾斜设置。由此，上浮到壳体302的上表面的气体例如沿壳体302的上表面朝电解液的通流方向下游侧移动。而且，最终能通过滞留于配置在电解液的通流方向下游侧的第三储气部307c并开放第三排气阀308c，而排出到壳体302的外部。由此，能够适当地控制壳体302内的气体的残留。
(层流状态的形成条件)
接着，对形成层流状态的条件进行说明。此处的层流状态是指雷诺数re为2000以下的状态。当设为相当长度l、液流速v、液密度ρ、液粘度μ时，雷诺数re由
re＝lvp/μ
表示。相当长度l由电解电池10中的阳极11与阴极12的电极间距离α、阳极11(阴极12)的电极宽度β以及液流速v求出。
层流状态下的雷诺数re的适当值因反应而不同。当对通过使用了上述的第一实施方式的有机电解合成装置1的有机电解合成方法来制造作为目标有机化合物的偶氮二甲酰胺的例子所示的反应例进行表示时，维持高电流效率的适当雷诺数为1～100。
以上，参照附图详述了本发明的实施方式，但具体的构成并不限于该实施方式，也包括不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。
需要说明的是，上述的各实施方式可以相互组合。例如，可将第三实施方式所示那样的隔板配置于第一实施方式所示的下侧阳极11d与上侧阴极12u之间、第五实施方式所示的左后阳极51lb与中后阴极52cb之间、中后阴极52cb与右后阳极51rb之间。或者，可将第六实施方式的第一变形例所示那样的设有减压机构的排气贮存池设于第二变形例所示那样的有机电解合成装置。
工业上的可利用性
根据上述的有机电解合成装置以及有机电解合成方法，能够抑制目标有机化合物的产率降低。
符号说明
1、1b～1e有机电解合成装置
2、2b～2e电解槽
4泵(流通装置、速度控制装置)
5热交换器(温度控制装置)
7电源装置
8控制装置
10d下侧电解电池(上游侧电解电池)
10u上侧电解电池(下游侧电解电池)
11d下侧阳极(第一电极)
11u上侧阳极(第一电极)
12d下侧阴极(第二电极)
12u上侧阴极(第二电极)
18副产物
26流入口
22流出口
25、25b～25e壳体
33l左隔板(隔板)
33r右隔板(隔板)
41连接阳极
42连接阴极
43二极电极(电极组)
43a阳极部(第一电极)
43b阴极部(第二电极)
81流速控制部
82温度控制部
100、200、300有机电解合成系统
107、108、308a～308c阀(排气构造)