környezeti tényező
Roger A. Sheldon,
A jól-lét a modern társadalom nem képzelhető el anélkül, hogy a több milliárd vegyi anyagok. Drugs, szintetikus szálak, festékek és több ma gyártott vegyi üzemek. A fordított oldala az éremnek - ez keletkezett hulladék a termelés. Ezért van szükség a hatékonyabb és környezetbarát technológiák. Létrehozása ilyen a fő feladat a modern kémia.
Development of Organic Synthesis
A „szerves kémia” vezette be a svéd kémikus Y.Bertselius 1807. Ő használta, hogy leírja a kémia az anyagok, hogy ő kapott élő anyag. A híres kémikus, volt rendíthetetlen híve életfilozófia, az elmélet, hogy minden anyagoknak organiches Kie titokzatos „életerő”, így nem lehet őket elő szervetlen anyagok. A sors iróniája, hogy az ő hallgatói F.Ve ler rázzuk ezt az elméletet, szintetizáló karbamid-ammónium-cianidot, ahogy írta a tanár: „Azt kell mondanom, hogy tudom, hogy a karbamid nélkül a vesék, és még nem egy állat, legyen az egy személy vagy egy kutya” . De meggyőzni vitalists nem volt olyan egyszerű, és teljesen cáfolta azt a feltételezést, életerő csak néhány évtizeddel később. A végső szög a koporsóban Ennek az elméletnek szerzett A.Kolbe, amikor 1845-ben szintetizált ecetsav alkotóelemeire.
Célkitűzések elérte Kolbe - a hiba az életfilozófia beigazolódott. Azonban, annak előállítására szolgáló eljárás az ecetsav ma egy példa, hogy mi legyen egy szerves szintézis: ez többlépéses eljárás megköveteli a sok nyersanyag, szervetlen hulladék termel hegyek és magában foglalja a kellemetlen szagú és mérgező köztitermékek, amelyeket nehéz megkülönböztetni.
A következő szakaszban a fejlesztés a szerves szintézis már nevéhez U.Perkina: 1856-ban megkapta az első szintetikus színezék mauveine (anilin lila). Mivel gyakran előfordul, ez történt egészen véletlenül: Perkin akarta szintetizálni kinin maláriaellenes szerek (akkoriban ismert, csak a molekuláris képlete C20 H24 N2 O2), valamint a forrás kiderült, hogy szennyezett anilin toluidin. Ennek eredményeként a szintézis, a kapott termék lila, és a Perkin azonnal nyilvánvaló, hogy fontos a megállapítások. Új szintetikus színezékek helyettesítette, ami többet ér, mint az arany, mert törölték a héját csigák a Földközi-tenger. A mauveine kezdődött ipari szerves szintézis színezékek, amely szolgált nyersanyagként kőszénkátrány. A felfedezés követte mauveine sikeres szintézisnek alizarin (1869) és az indigó (1878). Mivel a termelés színezékek lett az alapja a kialakuló vegyipar, eleinte főleg a német.
Az első felében a század, előrehaladását szerves kémia lehetővé tette, hogy végre komplex és elegáns szintézisek a természetes termékek: terpineol (Perkin, Jr., 1904), tropinon (R.Robinson, 1917), a kinin (R.Vudvord és U.Dering 1944 g). A 50-es és 60-as években a klasszikus szerves szintézis válik szinte art. A teljes szintézis B12-vitamin lehet tekinteni szellemi csúcsát azokat az időket.
Az elmúlt 20 évben, szintetikus próbálják megoldani bonyolultabb problémákat. Például, hogy megkapja a rákellenes hatóanyag, a taxol.
környezeti tényező
A hulladékok érteni mindent, kivéve a kívánt terméket. Az ömlesztett - a szervetlen sók (például nátrium-klorid, nátrium-szulfát, ammónium-szulfát), amelyek úgy keletkeznek a sav-bázis semlegesítésével. A gyógyszeriparban is elég sok a hulladék, mivel a technológiát használják és a reagensek feleslegét többlépéses szintézissel. De az idők változnak, és itt az ideje a vegyipar ülni sómentes diéta.
A legfontosabb, hogy minimálisra csökkenti a hulladékot - a szelektivitás, szabványos értékelje, hogy mennyire hatékonyan lefolytatott szintézis (kifejezve százalékos arányát a termék hozamát, hogy az összeget a konvertált kiindulási reagens). Ha a szintézis készült enyhén (nem „mechanikai veszteség”), míg a szelektivitás kicsi, ez annak tulajdonítható, hogy a „nem elegáns kémia.” A szerves vegyészek többféle szelektivitás: heh moselektivnost, diasztereoszelektivitását, enantioszelektivitással, régiószelektivitása sztereoszelektivitása. De egyikük, hajlamosak figyelmen kívül hagyni - ez az, amit én „szelektív atomi” vagy „nukleáris újrahasznosítás”. Figyelmetlenség, hogy ez a fontos paraméter a kiváltó oka a probléma a hulladék finom vegyipari termelés.
atom
Nukleáris szelektivitás - a paraméter, amelyet elosztva kapunk molekulatömege a kívánt termék mennyiségének molekulatömege valamennyi anyag a sztöchiometriai egyenletekkel (figyelembe véve a sztöchiometriai együtthatók).
Vegyünk például egy illusztráció a termelési etilén-oxid. Klasszikus klórhidrin módszer
CH2 = CH2 + Cl2 + H2 O CLCN2 CH2 OH + HCI
CLCN2 CH2 OH + Ca (OH) 2 + CaCl2 + 2H2 O
Modern petrolkémiai eljárás
Nukleáris ártalmatlanítás = 100%
Ez egy 25% atom hasznosítása, és meglehetősen hasonlít a kalcium-klorid, ahol az etilén-oxid - mellékterméke. Még ha a kémiai hozam 100%, egy 3 kg hulladékot per 1 kg etilén-oxid a folyamatban. A modern petrolkémiai folyamat, etilén-oxid felhasználásával állítjuk elő a katalizátorok egy lépésben, és a 100% atomi szelektivitás.
Ha ezt az értéket lehet gyorsan! Ro értékelni a különböző előállítási eljárások tekintetében ártalmasságukra a környezetet.
A szerepe a katalízis
Egy példa az etilén-oxid mutatja, hogyan kell cserélni elavult szintézisek, amelyekben sztöchiometrikus mennyiségű reaktánst alkalmazunk, a katalizátor számára tisztább folyamatok. Ilyen só-mentes technológiák a nagy rendszámú ártalmatlanítása katalitikus oxidáció lehet oxigén- vagy hidrogén-peroxid és a katalitikus karbonilezési. Két példa az ilyen folyamatok, amelynek atomi 100% -os szelektivitással.
RSN = CH2 + H 2O 2 + H 2O
Első példa - előállítására ecetsav egy lépésben a kezelést egy ródium-katalizátor és jodid-ion, mint egy promoter (Monsanto folyamat):
CH 3 OH CO + CH3COOH
Az összes ecetsavat termelt a világ (amely 5 Mill. Tonna per év) a több mint 50% kapunk ily módon. Ő nyilvánvalóan sokkal elegánsabb szintézis Kolbe.
A második példa - a termelés a metil-metakrilát, amely szükséges több mint egy millió tonna évente. Hagyományosan, ez a termék acetonból (melléktermék előállítására fenol) és a hidrogén-cianidot (melléktermék akrilnitril termelés). És látszólag jól: melléktermékek előállításához használt másik vegyület, csak egy kilogramm metil-metakrilát képződött 2,5 kg ammónium-hidrogén-szulfit (E-faktor 2,5). De egy másik folyamat, az újonnan kifejlesztett „Shell” vállalat alkalmazottai, a kívánt terméket kapunk egyetlen lépésben
palládium katalizátor jelenlétében. A reakciót enyhe körülmények között, és a nyersanyagok - egy mellékterméke a pirolízis olaj frakciók. Ezek a példák azt mutatják, hogy a katalízis jelentős szerepet játszanak a fejlesztés a tiszta, alacsony sótartalmú folyamatokat.
De ha a megoldás olyan egyszerű és szép, miért katalitikus eljárások olyan széles körben használják a termelés? Ennek egyik oka, hogy mivel a Berzelius (az úton, ő alkotta meg a „katalízis”) a szerves szintézis, és katalízis fejlődtek egymástól elválasztva. Katalízis mindig is része volt a fizikai kémia. Mivel azonban a 30-as években, hogy széles körben használják a kőolaj-finomítók, de a tudós vesz részt ezek a fejlesztések nem voltak szerves kémikusok. De szerves kémikusok voltak általában „sztöchiometrikus” módon. Így történt, hogy a bírság vegyipar, ezen felségterületén szerves vegyész volt kiterjedésű sztöchiometrikus folyamatokat. Elmondhatjuk, hogy az E-tényező, hiszen az első szintézis mauveine sok minden változott.
Eközben a klasszikus reakciók: oxidáció-dikromát és a permanganát, a helyreállítási cinkpor és fém-hidridek, különböző típusú aromás szubsztitúció (halogénezés, szulfonálás, nitrálás, diazotálási és Friedel - Crafts-acilezés) már régóta elő, hogy így a katalizátor. Nagyon gyakran a funkciós csoportok (halogén, -SO3H, NO2) kerülnek bevezetésre csak annak érdekében, majd azok helyébe egy másik csoport. Természetesen közvetlen katalitikus acilezés, alkilezés, oxidáció, hidroxilezés és aminálási karbonilezési összehasonlíthatatlanul előnyösebb, gyorsabb és környezetkímélőbb.
(Ha jobban érdekli, folytatni kell)