Technologia lekkiej syntezy organicznej


Technologia lekkiej syntezy organicznej

Zagadnienia:

1. Reakcje otrzymywania estrów. Mechanizm estryfikacji Fishera.
2. Na czym polega kataliza przeniesienia międzyfazowego.
3. Ciecze jonowe: budowa, przykłady, zalety.
4. Typy związków powierzchniowo czynnych (surfaktantów) - krótka charakterystyka.
5. Wymień i krótko opisz zasady technologiczne.
6. Wymień i krótko opisz zasady technologiczne wg Bretsznajdera.
7. Porównanie procesu ciągłego i okresowego (wady i zalety)
8. Utlenianie kumenu do WNTK - reakcje (wolnorodnikowy łańcuchowy proces utleniania + produkty uboczne)
9. Skale. Powiększanie skali.
10. Metody uszlachetniania surowców - chemiczne i wykorzystujące właściwości fizykochemiczne.
11. Minimalizacja odpadów szkodliwych dla środowiska.
12. Dobór rozpuszczalników we współczesnej produkcji przemysłowej (cel stosowania rozpuszczalników, cechy charakterystyczne rozpuszczalników).
13. Wymień i krótko opisz 3 operacje stosowane w praktyce produkcyjnej.
14. Wymień i krótko opisz przesłanki ekonomiczne do wyboru drogi syntezy.
15. Wyjaśnij pojęcia:
- procesy podstawowe;
- proces technologiczny;
- uzysk produktu;
- koszt własny produktu;
- instalacja produkcyjna;
- parametr technologiczny.
16. Wymień i krótko opisz 3 operacje stosowane w laboratorium
17. Podstawowe parametry wyboru drogi produkcji.
18. Wymień reagenty stosowane do deprotonacji, zasady organiczne, utleniacze i czynniki redukujące.

  1. Reakcje otrzymywania estrów. Mechanizm estryfikacji Fishera

  1. Aktywacja grupy acylowej

  1. Transestryfikacja

  1. Acydoliza

  1. Estryfikacja bezwodnikami kwasowymi

  1. Estryfikacja z użyciem chlorków kwasowych

MECHANIZM ESTRYFIKACJI FISHERA:

  1. Kataliza przeniesienia międzyfazowego

Kataliza przeniesienia międzyfazowego (PTC) jest sposobem prowadzenia reakcji anionów nieorganicznych lub organicznych z niepolarnymi reagentami organicznymi. Techniką PTC reakcje prowadzi się w niemieszających się ze sobą układach dwufazowych ciecz-ciecz lub ciecz-ciało stałe. Fazę organiczną stanowią reagenty organiczne, natomiast nieorganiczną - źródło anionów nieorganicznych lub zasada. W takich układach reakcje pomiędzy partnerami, znajdującymi się we wzajemnie nie mieszających się fazach, nie zachodzą jeśli nie znajdzie się w nich katalizator przeniesienia międzyfazowego. Katalizatorami dostarczającymi liofilowych kationów organicznych są najczęściej czwartorzędowe sole amoniowe. Istota PTC polega na ciągłym wytwarzaniu liofilowych par jonowych składających się z reagującego anionu oraz kationu tetraalkiloamoniowego (TAA). W tej formie aniony mogą wstępować w reakcję w środowisku niepolarnym.

Przykład: cyjanowanie haloalkanów

R - Cl + NaCl → R - CN + NaCl

Reakcja ta nie zachodzi, ponieważ reagenty te znajdują się w różnych nie mieszających się ze sobą fazach. W obecności niewielkich ilości liofilowej soli TAA zachodzi szybka reakcja.

0x01 graphic

0x01 graphic

W procesie wymiany jonowej wytwarzane są liofilowe pary jonowe 0x01 graphic
, które dyfundują do fazy organicznej, gdzie zachodzi reakcja z chlorkiem alkilu. Wymiana jonowa może zachodzić drogą migracji soli TAA między fazami wodną i organiczną, względnie na granicy faz. Ponieważ sole TAA o znacznej liofilowości, nierozpuszczalnie w wodzie są efektywnymi katalizatorami przeniesienia międzyfazowego.

3. Ciecze jonowe: budowa, przykłady, zalety

Ciecz jonowa - związek chemiczny składający się z kationu i anionu. W temperaturze pokojowej jest cieczą przypominającą wodę.

Budowa

Kation: wyłącznie organiczny

1,3 - dialkiloimidazoliowy

1 - alkilopirydynowy

Inne: tetraalkiloamoniowe, tetraalkilofosfoniowe

Anion: nieorganiczny lub organiczny

Tetrafluoroboran 0x01 graphic

Heksafluorofosforan 0x01 graphic

Di(trifluorometylosulfonylo)amid 0x01 graphic

Chlorogliniany 0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Inne: 0x01 graphic

Ciecze proste: posiadają jeden anion, są niewrażliwe na kontakt z wodą i powietrzem. Skuteczne w reakcjach: Diesla i Adlera, Wittiga, Hecka, polimeryzacji.

Ciecze złożone: zawierają co najmniej jeden dwuskładnikowy anion, np. chloro gliniany. Skuteczne w reakcjach alkilowania, arylowania, izomeryzacji, estryfikacji i krakingu. Ograniczeniem w stosowaniu cieczy podwójnych są warunki bezwodne, ponieważ woda rozkłada anion z wydzieleniem chlorowodoru.

Właściwości cieczy jonowych

Zastosowanie cieczy jonowych

Największe zastosowanie znalazły jako rozpuszczalniki i katalizatory wielu reakcji:

Zalety cieczy jonowych

Wady cieczy jonowych

  1. Typy związków powierzchniowo czynnych (surfaktantów)

Surfaktanty - substancje które mają specyficzne właściwości wynikające z ich budowy chemicznej. Cząsteczka takiego związki składa się z dwóch części o skrajnie różnych właściwościach: hydrofilowej i hydrofobowej.

Część polarna - hydrofilowa cząsteczki surfaktanta wykazuje duże powinowactwo do wody i innych cieczy polarnych, a jej obecność w cząsteczce surfaktanta dodaje zdolność do rozpuszczania się w tych cieczach. Budowa chemiczna tej części cząsteczki określa także zdolność całej cząsteczki do dysocjacji w roztworach wodnych. Część hydrofilowa zawiera najczęściej fragment o charakterze rozpuszczalnej w wodzie soli organicznej. W cząsteczkach klasycznych surfaktantów grupą hydrofilową jest najczęściej reszta kwasowa lub zasadowa, której obecność w cząsteczce zapewnia jej rozpuszczalność nie tylko w wodzie ale i innych rozpuszczalnikach polarnych.


Najważniejsze grupy kwasowe:

- grupa karboksylowa - COOH

-grupa sulfonowa -SO3H

-grupa siarczanowa - OSO3H

-grupa fosforanowa - OPO(OH)2

Najważniejsze grupy zasadowe:

-pierwszorzędowa grupa aminowa - NH2

-drugorzędowa - NHR

-trzeciorzędowa - NR2

-czwartorzędowa - [NR3]+

-grupa pirydynowa - [NC5H5]+


Inne grupy hydrofilowe nie tworzące soli:

-grupa tiolowa - SH

-grupa etoksylowa - CH2CH2O

Część niepolarna - hydrofobowa. Cząsteczka surfaktanta charakteryzuje się odmienną właściwością jaką jest jej duże powinowactwo do cieczy niejonowych, natomiast brak powinowactwa do wody. Obecność grupy niepolarnej w cząsteczce jest odpowiedzialna za rozpuszczenie całej cząsteczki w olejach i ogólnie cieczach niepolarnych. Część liopofilowa cząsteczki ZPC stanowi najczęściej alifatyczny łańcuch węglowodorowy zawierający z reguły 8-18 atomów węgla. Który może być:

- nierozgałęziony

- rozgałęziony

- zbudowany z węglowodoru aromatycznego z długim łańcuchem alkilowym.

Kryteria klasyfikacji ZPC:

Bierze się pod uwagę ich zastosowanie oraz budowę chemiczną a przede wszystkim charakter grupy hydrofilowej.

PODZIAŁ ZPC:

ANIONOWE: najpopularniejsza grupa, należą do niej mydła (sole kwasów karboksylowych), sulfoniany, siarczany. Łańcuch alkilowy zawiera około 12-18 atomów węgla, a kationem najczęściej jest jon Na+. Sulfoniany - najpopularniejsze są alkilobenzenosulfonioany.

KATIONOWE: należą do nich sole alkiloamoniowe np. chlorek trimetyloacetylkoamoniowy (właściwości antystatycznie - zastosowanie w preparatach do włosów).

NIEJONOWE: etoksylowane alkohole tłuszczowe. Poprzez wprowadzenie do cząsteczki określonej liczby grup etoksylowych można wpływać na właściwości produktu, a tym samym na jego zastasowanie.

AMFOTERYCZNE: grupa hydrofilowa ma charakter zarówno kwasowy jak i zasadowy. Np. betainy.

  1. Zasady technologiczne

1.Zasada kompleksowego wykorzystania możliwie wszystkich składników wieloskładnikowego surowca

Np. ropa naftowa (wykorzystywana w 99%) rozdzielona na szereg frakcji. Zawsze powinniśmy rozważyć możliwość wykorzystania wszystkich składników surowca, aby odpad, zanieczyszczenie nie były uciążliwe - względy ekologiczne jak i ekonomiczne. Procesy wielko tonażowe opracowywane są tak dokładnie. Przy małych produkcjach najczęściej kupuję się już czyste surowce. Podczas produkcji powstają odpady, zanieczyszczenia, ale nie opłaca się budować tej całej otoczki i odpady najczęściej poddawane są utylizacji, sprzedawane lub wyrzucane (przemysł farmaceutyczny).

2.Zasada doboru najkorzystniejszego spośród możliwych (alternatywnych) surowców

Dla wielkich produkcji: jaki rodzaj surowca zakupić

Dla małych produkcji: od kogo kupić

3.Zasada maksymalnego wykorzystania produktów ubocznych i odpadów jako surowców

Powiązana z zasadą 1, zwłaszcza w produkcjach wielko tonażowych występuje ta ścieżka uboczna produkcji.

4.Zasada wielokierunkowego wykorzystania surowca

Wynika z konieczności zabezpieczenia wytwórcy przed fluktuacjami rynku; kilka pomysłów w zależności od zapotrzebowania.

5.Zasada kombinowania (integracji) różnych procesów przerobu surowców

  1. Zasady technologiczne wg Bretsznajdera

1.Zasada najlepszego wykorzystania różnic potencjałów

(różnic temperatury, ciśnienia, stężeń substancji) Sprawdza się ona do prowadzenia procesu przy jego największej szybkości.

2.Zasada najlepszego wykorzystania surowców

Dla prawidłowej realizacji tej zasady należy:

- zestawić i przeanalizować bilanse masowe i energetyczne procesu

- zastosować odpowiedni nadmiar reagentów (w stosunku do ilości potrzebnej teoretycznie(stechiometria))

- dobrać w miarę możliwości selektywny katalizator, typ reaktora i parametry procesu tak, aby możliwie jak najbardziej ograniczyć udział reakcji niepożądanych.

- stosować przeciwprąd materiałowy, jeżeli ma się do czynienia z układami, w których występuje granica faz, a fazy różnią się znacznie gęstościami. Zastosowanie przeciwprądu umożliwia uzyskanie dużej szybkości przenikania masy.

- przeanalizować możliwości regeneracji surowców pomocniczych i zastosować ich obiegi.

- wykorzystać racjonalnie produkty uboczne i odpadowe.

3.Zasada najlepszego wykorzystania energii

Bilanse energetyczne, możliwie pełne wykorzystanie ciepła strumieni grzewczych, strumieni reagentów oraz substancji pomocniczych, wizualizacja bilansów energetycznych.

4.Zasada najlepszego wykorzystania aparatury

Sprawdza się ona do uzyskania maksymalnej wydajności produktu uzyskiwanego z jednostki jej objętości. W znacznej mierze wpływa to na szybkość reakcji. Tak więc powinno się dążyć do realizacji procesu przy możliwie dużej szybkości reakcji pożądanej (optymalizacja procesu ze względu na jego szybkość): odbieranie produktów i stosowanie nadmiarów reagentów, obiegi reagentów, odpowiednia konstrukcja reaktorów chemicznych (proces ciągły lub okresowy).

5.Zasada umiaru technologicznego

Zasada ta sprowadza się do generalnego optymalizowania parametrów procesu ze względu na wydajność produkcji np. często wynikiem tej optymalizacji jest prowadzenie procesu w temperaturze, w której nie osiąga się maksymalnej szybkości reakcji głównej, by nie zwiększyć przy okazji udziału reakcji niepożądanych. To samo dotyczy innych parametrów procesu.

  1. Porównanie procesu ciągłego i okresowego (wady i zalety)

PROCES CIĄGŁY

Zalety:

Wady:

PROCES OKRESOWY (PERIODYCZNY)

Zalety:

Wady:

10. Metody uszlachetniania surowców - chemiczne i wykorzystujące właściwości fizykochemiczne

Metody fizyczne (szuka się różnic fizycznych):

  1. Gaz: -adsorpcja

-absorpcja

-filtracja

  1. Ciało stałe: -przesiewanie

-wytapanie

-wykorzystanie właściwości elektrostatycznych, elektromagnetycznych

  1. Ciecz: -rektyfikacja

-krystalizacja

-ekstrakcja

-metody membranowe

Metody chemiczne:

  1. Metody chemiczne destrukcyjne - wygenerowanie zanieczyszczenia w sposób bezpowrotny.

SA (skł. zanieczyszczony) + R → S(czysty produkt) + AR → usuwanie związku AR

  1. Metody chemiczne zachowawcze.

SA + R → S + AR → S + AR↔A + R (r. odwaracalna)

Reagent R zawraca się do obiegu. Ekeft: wydzielenie reagenta S i A, R nie jest zużywany.

11. Minimalizacja odpadów szkodliwych dla środowiska.

W rozwiniętych społeczeństwach ochrona środowiska jest tak rozbudowana że czasem uniemożliwia nową produkcję chemiczną. W UE prawo to jest najbardziej rozbudowane na świecie. Bardziej liberalne jest pod tym względem USA ale i tak prawo chroni tam środowisko. Pomaga temu proekologiczne środowisko.

Najmniej uciążliwe dla środowiska: Petrochemia

Przemysł chemiczny surowcowy

Fine chemicals

Najbardziej uciążliwy: Przemysł farmaceutyczny

Estymacja kosztów produkcji jako narzędzie stosowanie w trakcie wyboru drogi syntezy:

  1. Można ją zrobić na podstawie prostych obliczeń. Koszty produkcji: robocizna, surowce, aparatura, energia.

  2. Metoda korzystająca z arkuszy kalkulacyjnych. Program ChemCad, metoda szybsza i prostsza.

Dobór reagentów:

Najczęściej reagenty są zdefiniowane w momencie wyboru drogi syntezy ale czasem przy powiększaniu skali warto się zastanowić czy to poprawny wybór. Bierze się pod uwagę następujące kryteria:

  1. Konieczność stosowania nadmiaru reagentów

  2. Problematyka bezpieczeństwa pracy

  3. Względy ekonomiczne

12. Dobór rozpuszczalników we współczesnej produkcji przemysłowej (cel stosowania rozpuszczalników, cechy charakterystyczne rozpuszczalników)

Rozpuszczalniki dodaje się do reakcji aby:

Charakterystyka rozpuszczalników stosowanych jako medium w reakcjach chemicznych:

Rozpuszczalniki wg koncepcji zielonej chemii:

Ponad połowa green solvent wywodzi się z glikolu propylenowego lub jego pochodnych. Obserwuje się również szybki wzrost znaczenia rozpuszczalników produkowanych na bazie oleju sojowego i pochodnych.

14. Przesłanki ekonomiczne do wyboru drogi syntezy

  1. Dobra znajomość procesu

  2. Dostępność niezbędnej aparatury

  3. Analiza dostępności w miarę tanich surowców

  4. Problematyka syntez złożonych

  5. Rozwój metod „teleskopowych” dla reakcji następczych

  6. Ograniczenie do minimum procesów, w których stosuje się zabezpieczanie grup funkcyjnych

  7. Minimalizacja ilości stopni w przypadku produkcji przebiegających wg reakcji następczych

  8. Ochrona przed niekontrolowanymi reakcjami utlenienia

  9. Problematyka reakcji enacjo i regiospecyficznych

  10. Stosowanie reakcji przegrupowania

  11. Problem najistotniejszego stadium w procesach wielostadiowych

  12. Problem dostępności procedur poprawy jakości końcowego produktu jak i produktów pośrednich

  13. Problematyka ochrony patentowej i generalnie problematyka ochrony wyników badań

  14. Minimalizacja odpadów szkodliwych dla środowiska

  1. Pojęcia

Procesy podstawowe - elementarne etapy występujące w procesie produkcyjnym w wytwórstwie chemicznym charakteryzujące się określonym zespołem przemian fizycznych lub chemicznych. Przykładem mogą być tu procesy o charakterze fizyczko chemicznym jak absorpcja, destylacja, krystalizacja, sublimacja, lub chemicznym: alkilowanie, sulfonowanie, utlenianie.

Proces technologiczny - zespół odpowiednio uszeregowanych i połączonych ze sobą procesów podstawowych w wyniku których z surowców i półproduktów uzyskuje się w instalacji produkcyjnej określone wyroby finalne.

Uzysk produktu - wydajność względna procesu:stosunek ilości produktu wytwarzanego w procesie produkcyjnym do teoretycznej ilości tego produktu którą można otrzymać w tym samym czasie z tej samej ilości surowców.

Koszt własny produktu - suma wszystkich wydatków związanych z wyprodukowaniem jednostkowej ilości produktu w warunkach określonej instalacji na którą składają się koszty:

Instalacja produkcyjna - zespół aparatów i urządzeń przeznaczonych do prowadzenia procesu technologicznego wg określonej koncepcji technologicznej.

Parametr technologiczny - wielkość określająca warunki przebiegu procesu podstawowego (temperatura, ciśnienie, natężenie przepływu strumienia itp.)

18. Wymień reagenty stosowane do deprotonacji, zasady organiczne, utleniacze i czynniki redukujące.

Zasady organiczne (deprotonowanie):

Utlenianiacze:

Czynniki redukujące:



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
SYNTEZA GRIGNARDA, technologia chemiczna, chemia organiczna 2003,2004
02 Metody syntezy organicznej VI s1id 3675
I POPRAWKA EGZAMINU Z CHEMII ORGANICZNEJ, Technologia chemiczna, Chemia organiczna, 4 semestr, organ
dyd tech405a, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczn
dyd tech412, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczna
organiczna-koła, Technologia chemiczna, Chemia organiczna, 3 semestr, 1 kolokwium
dyd k3a r, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczna -
Labolatoria (semestr III), Technologia chemiczna, Chemia organiczna, 4 semestr, ćwiczenia
Mikrorganizmy w stereoselektywnej syntezie organicznej
dyd tech409 12a, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organi
dyd tech407a, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczn
dyd tech407b, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczn
Technologie Informacyjne zajęcia organizacyjne Informacje ogólne
pytania organiczna 1 termin 2011 sem 4, technologia chemiczna, chemia organiczna2010-2011, sem 4
ACETANILID, technologia chemiczna, chemia organiczna 2003,2004
NITROANILINY, technologia chemiczna, chemia organiczna 2003,2004
dyd e2b, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczna - w
07 Metody syntezy organicznej VI s1 2011 [tryb zgodnosci]id 6901
dyd tech404b, chemia, 0, httpzcho.ch.pw.edu.pldydaktyk.html, Technologia Chemiczna, Chemia Organiczn

więcej podobnych podstron