Kontrol af krystalliseringsprocessen og regulering af produktegenskaber
I organisk syntese ignoreres problemet med efterbehandling ofte af de fleste mennesker, at så længe du finder den rigtige syntesemetode, kan opgaven med syntese være dobbelt så let, dette er ikke dårligt, den korrekte syntesemetode er vigtig, men opgaven med organisk syntese er at få et ret rent produkt, enhver reaktion har ikke et 100 procent udbytte, der er altid ledsaget af et større eller mindre antal sidereaktioner, hvilket resulterer i et større eller mindre antal urenheder, afslutningen af reaktionen, det enorme problem er at adskille det rene produkt fra reaktionsblandingssystemet, og reaktionen er afsluttet. Når reaktionen er afsluttet, er det store problem at adskille det rene produkt fra reaktionsblandingen. Formålet med oparbejdning er at udføre denne opgave på den bedst mulige måde.

Hvorfor bliver problemet med oparbejdning så let overset? Den litteratur, vi normalt læser, især de akademiske forskningsartikler, har en tendens til at være utilstrækkelig opmærksom på dette problem eller behandle det let, og de er ofte opmærksomme på nye syntetiske metoder, syntetiske reagenser osv. Patenterne er også meget lidt opmærksomme på dette problem. Dette spørgsmål nedtones også i patenter, fordi det involverer kommerciel profit. Organiske lærebøger taler ikke engang om dette emne. Kun folk, der har deltaget i det industrielle maskinsynteseprojekt, kan anerkende vigtigheden af dette spørgsmål, nogle gange sker reaktionen på en god måde, efterbehandlingsproblemer får ikke rene produkter, forretningstab er ofte enorme. Man indser så, at organisk syntese ikke kun er et spørgsmål om syntesemetode, men også involverer mange aspekter af problemet, at det aspekt af problemet ikke er gennemtænkt, kan være en tabt sag.
Hvor kan jeg lære om oparbejdning? Ud over at konsultere erfarne forskere bør vi også være opmærksomme på litteraturen, selv om den er mindre involveret i litteraturen, men der er stadig mange artikler, der er involveret, hvilket kræver, at vi tænker mere, er mere organiserede og lærer ved hjælp af eksempler. Derudover skal man i det videnskabelige forskningsarbejde være opmærksom på at tage erfaring, mere finpudset. Den grundlæggende viden til at løse oparbejdningsproblemet er stadig de organiske forbindelsers fysiske og kemiske egenskaber, og oparbejdning er den specifikke anvendelse af disse egenskaber. Den første ting, man skal gøre, er selvfølgelig at gøre reaktionen god og minimere forekomsten af sidereaktioner, hvilket kan reducere oparbejdningstrykket. Således er oparbejdning stadig et spørgsmål om at teste sine grundlæggende færdigheder, og kun hvis man er god til kemi, er det muligt at excellere i oparbejdningsopgaver. Efterbehandling i henhold til formålet med reaktionen har forskellige løsninger, hvis man i laboratoriet, bare til offentliggørelse af papiret, for at få rene forbindelser med det formål at lave en række spektre, så er problemet enkelt, for at få rene forbindelser er ikke mere end metoden til at gå kolonner, TLC, forberedende kromatografi osv, behøver ikke at overveje for mange problemer, og de opnåede forbindelser er relativt rene; hvis det er med henblik på industriel produktion, så er problemet komplekst, prøv at bruge en enkel metode og prøv at bruge en enkel metode for at minimere forekomsten af bivirkninger, hvilket kan hjælpe med at fuldføre opgaven. Hvis det er med henblik på industriel produktion, er problemet kompliceret, prøv at bruge enkle, billige metoder, sættet i laboratoriet vil ikke fungere, hvis du stadig bruger laboratoriemetoderne, vil virksomheden tabe penge.
Det følgende er kun en kort beskrivelse af nogle af de metoder, der bruges i industrien.
Testen af fordelene ved efterbehandlingsprocessen er:
(1) om produktet genvindes i videst muligt omfang, og kvaliteten garanteres; (2) om råmaterialer, mellemprodukter, opløsningsmidler og værdifulde biprodukter genanvendes i videst muligt omfang; (3) om trinene i efterbehandlingsproceduren, hvad enten det er proces eller udstyr, er tilstrækkeligt forenklede; og (4) om mængden af de tre typer affald er på et minimum.
Billede

Flere almindelige og praktiske metoder til oparbejdning:
Den mest komplette erfaring med omkrystallisering og metoder, der nogensinde er lavet
(1) Adskillelse og oprensning af organiske syre-base-forbindelser
Organiske forbindelser med syre-base-grupper kan få eller miste protoner for at danne ioniske forbindelser, som har forskellige fysisk-kemiske egenskaber fra den oprindelige moderforbindelse. Alkaliske forbindelser behandles med organiske eller uorganiske syrer for at opnå aminsalte, og sure forbindelser behandles med organiske eller uorganiske baser for at opnå natriumsalte eller organiske salte. I henhold til styrken af organiske forbindelsers surhed og alkalinitet er organiske og uorganiske syrer og baser generelt myresyre, eddikesyre, saltsyre, svovlsyre og fosforsyre. Baserne er triethylamin, natriumhydroxid, kaliumhydroxid, natriumcarbonat, natriumbicarbonat og så videre. Generelt har ioniske forbindelser i vand en betydelig opløselighed, mens opløseligheden i det organiske opløsningsmiddel er meget lille, mens det aktive kul kun er i stand til at adsorbere ikke-ioniske urenheder og pigmenter. Disse egenskaber kan bruges til at rense organiske syre-base-forbindelser. Ovenstående egenskaber er ikke fælles for alle syre-base-forbindelser. Generelt gælder det, at jo større andelen af molekylvægten af syre-base-grupper i et molekyle er i forhold til molekylvægten af hele molekylet, jo større er vandopløseligheden af ioniske forbindelser, og jo flere vandopløselige grupper såsom hydroxylgrupper i et molekyle, jo mere vandopløseligt vil det være, så ovenstående egenskaber gælder for syre-base-forbindelser af små molekyler. Derfor gælder ovenstående egenskaber for syre-base-forbindelser af små molekyler. For forbindelser af store molekyler er vandopløseligheden betydeligt reduceret. Syre-base-grupper omfatter aminogrupper. Sure grupper omfatter: acylaminogrupper, carboxylgrupper, phenolhydroxylgrupper, sulfonylaminogrupper, thiophenolgrupper, 1,3-dicarbonylforbindelser og så videre. Det er værd at bemærke, at aminoforbindelser generelt er alkaliske grupper, men bliver sure forbindelser, når de ledsages af stærke elektrontrækkende grupper, såsom acylamino- og sulfonylaminoforbindelser, som er tilbøjelige til at miste protoner under påvirkning af baser såsom natriumhydroxid og kaliumhydroxid for at danne natriumsalte.
Neutraliserende adsorptionsmetode:
Syre-base-forbindelser i ioniske forbindelser, så det opløses i vand, med aktivt kul adsorption af urenheder efter filtrering, fjernelse af urenheder og mekaniske urenheder, der ikke indeholder syre-base-grupper, og derefter tilsættes syre og alkali-neutralisering tilbage til den overordnede molekylære tilstand, som er metoden til genanvendelse og oprensning af syre-base-produkter. Da det aktive kul ikke adsorberer ioner, er der adsorption af aktivt kul forårsaget af tab af produktforsømmelse.
Neutraliserings- og ekstraktionsmetode:
Er en almindelig metode til industrielle processer og laboratorier, den bruger syre og alkaliske maskinforbindelser genererer ioner opløst i vand og den overordnede molekylære tilstand opløst i maskinopløsningsmidlets egenskaber ved at tilsætte syre og alkali, så den overordnede forbindelse genererer ioner opløst i vand for at opnå overførsel af fasen og brugen af ikke-vandopløselige organiske opløsningsmidler ekstraherer ikke-sure og alkaliske urenheder, så de opløses i maskinopløsningsmidlet for at opnå adskillelse af urenheder og produkter metode.
Saltdannelsesmetode:
For ikke-vandopløselige makromolekylære organiske ionforbindelser kan de organiske syre-base-forbindelser saltes i organiske opløsningsmidler for at udfælde krystaller, mens ikke-saltede urenheder forbliver i organiske opløsningsmidler for at opnå adskillelse af organiske syre-base-forbindelser og ikke-syre-base-urenheder, kan organiske syre-base-urenheder adskilles ved udfældning af krystaller og derefter omkrystalliseres, så syre-base-maskinurenhederne adskilles. For store molekyler af organiske syre-baseforbindelser af salt på dette tidspunkt kan også bruges til at fjerne små molekyler af syre-baseforbindelser er blevet salt og vandopløselige urenheder ved vandvask. For vandopløselige organiske ionforbindelser kan saltes i vand, vandet med azeotropisk destillation eller direkte destillation for at fjerne resten med organiske opløsningsmidler for at vaske fuldt ud flere gange, så urenhederne og produkterne adskilles. Ovenstående tre metoder er ikke isoleret, i henhold til forbindelsernes art og produktkvalitetsstandarder, anvendelse af en kombination af metoder, så vidt muligt for at opnå et ret rent produkt.
(2) Flere specielle opløsningsmidler til maskinekstraktion
n-butanol: De fleste småmolekylære alkoholer er vandopløselige, f.eks. methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol og så videre. De fleste højmolekylære alkoholer er ikke vandopløselige, men lipofile, så de kan opløses i maskinens opløsningsmiddel. Mellemliggende alkoholopløsningsmidler som n-butanol er dog et fremragende opløsningsmiddel til organisk ekstraktion. N-butanol er i sig selv uopløselig i vand og har de samme egenskaber som både små og store alkoholmolekyler. Det er i stand til at opløse nogle polære forbindelser, der kan opløses med småmolekylære alkoholer, samtidig med at de er uopløselige i vand. Ved hjælp af denne egenskab kan n-butanol bruges til at udtrække polære reaktionsprodukter fra vandige opløsninger. Butanon: Dens egenskaber er en mellemting mellem små og store ketoner. I modsætning til acetone, som er opløselig i vand, er butanon uopløselig i vand og kan bruges til at udtrække produkter fra vand.
Butylacetat: naturen mellem små molekyler og makromolekylære estere, opløseligheden i vand er meget lille, i modsætning til ethylacetat i vand har en vis opløselighed, kan ekstraheres fra vandforbindelser, især aminosyreforbindelser, så i antibiotikaindustrien bruges almindeligvis til at ekstrahere cephalosporin, penicillin og andre store molekyler, der indeholder aminosyreforbindelser.
Isopropylether og tert-butyl tert-butylether: naturen mellem små molekyler og store molekyler af ether, polariteten af de to er relativt lille, svarende til hexan og petroleumsether, opløseligheden af de to i vand er lille. Det kan bruges som krystalliseringsopløsningsmiddel og ekstraktionsopløsningsmiddel til molekyler med meget lille polaritet. Det kan også bruges som krystallisations- og ekstraktionsopløsningsmiddel til forbindelser med stor polaritet.
(3) Efter reaktionen skal ekstraktion først bruges til at fjerne nogle af urenhederne først, dette er for at drage fordel af urenhedernes og produkternes natur i forskellige opløsningsmidler med forskellig opløselighed.
(4) En vandig opløsning af fortyndet syre vasker nogle af de basiske urenheder væk. Hvis reaktanterne f.eks. er basiske, og produkterne er neutrale, kan de basiske reaktanter vaskes væk med fortyndet syre. For eksempel acylering af aminforbindelser.
(5) En vandig opløsning af fortyndet alkali fjerner en del af de sure urenheder. Hvis reaktanterne er sure, og produkterne er neutrale, kan de sure reaktanter vaskes væk med fortyndet alkali. For eksempel forestring af carboxylforbindelser.
(6) Vask nogle af de vandopløselige urenheder væk med vand. Ved forestring af lavere alkoholer kan de vandopløselige reaktantalkoholer f.eks. vaskes væk med vand.
(7) Hvis produktet skal krystalliseres ud af vand, og dets opløselighed i vandig opløsning er stor, kan man prøve at tilsætte uorganiske salte som natriumchlorid og ammoniumchlorid for at reducere produktets opløselighed i vandig opløsning - metoden med at salte ud.
(8) Nogle gange kan to uopløselige organiske opløsningsmidler bruges som ekstraktionsmiddel, for eksempel udføres reaktionen i chloroform, petroleumsether eller n-hexan kan bruges som ekstraktionsmiddel til at fjerne nogle af de små polære urenheder, og til gengæld kan de bruges i chloroformekstraktion til at fjerne urenhederne i den store polaritet.
(9) to gensidigt opløselige opløsningsmidler tilsættes undertiden til et andet stofs variable uforenelighed, for eksempel i tilfælde af vand som opløsningsmiddel, efter at reaktionen er afsluttet, kan tilsættes til systemet med uorganiske salte natriumchlorid, kaliumchlorid, så vandmætning, derefter tilsættes acetone, ethanol, acetonitril og andre opløsningsmidler kan ekstraheres fra vandproduktet.
(10) Metoder til krystallisering og omkrystallisering
Det grundlæggende princip er at bruge princippet om lighed og kompatibilitet. Det vil sige, at polære forbindelser omkrystalliseres med polære opløsningsmidler, og polære forbindelser omkrystalliseres med upolære opløsningsmidler. For forbindelser, der er sværere at krystallisere, såsom olier, geler osv., anvendes metoden med blandede opløsningsmidler undertiden, men blandingen af opløsningsmidler er meget kyndig og kan undertiden kun baseres på erfaring. Generel brug af polære opløsningsmidler og ikke-polære opløsningsmidler med kollokationsprincippet er generelt baseret på produktets polaritet og størrelsen af urenhederne for at vælge forholdet mellem polære opløsningsmidler og ikke-polære opløsningsmidler. Hvis produktets polaritet er stor, er urenhedens polaritet lille, og andelen af polære opløsningsmidler i opløsningsmidlet er større end andelen af ikke-polære opløsningsmidler; hvis produktets polaritet er lille, er urenhedens polaritet stor, og andelen af ikke-polære opløsningsmidler i opløsningsmidlet er større end andelen af polære opløsningsmidler. De mest almindeligt anvendte kombinationer er: alkohol - petroleumsether, acetone - petroleumsether, alkohol - n-hexan, acetone - n-hexan og så videre. Men hvis produktet er meget urent eller urenheder og produktets art og dets lighed, for at få prisen på rene forbindelser er et antal omkrystalliseringer, nogle gange efter et antal gange kan det ikke være rent. I dette tilfælde skal de urenheder, der generelt er sværere at fjerne, svare til produktets art og polaritet. Fjernelse af urenheder kan kun overvejes fra reaktionen op.
Analysepunkter for udvikling af industrielle krystalliseringsprocesser og design af udstyr
(11) Vanddampdestillation, destillation ved reduceret tryk og destillationsmetoder
Dette er en almindelig metode til rensning af forbindelser med lavt smeltepunkt. Generelt er genvindingsgraden for dekompressionsdestillation tilsvarende lav, dette skyldes, at med den kontinuerlige fordampning af produktet reduceres produktets koncentration gradvist for at sikre, at produktets mætningsdamptryk er lig med det ydre tryk, det er nødvendigt kontinuerligt at hæve temperaturen for at øge produktets mætningsdamptryk, det er klart, at temperaturen ikke kan hæves på ubestemt tid, dvs.e. produktets mætningsdamptryk kan ikke være nul, det vil sige, at produktet ikke er muligt at dampe nettet, skal være en vis mængde produkt tilbage i destillationen Udstyr inden for udstyret er vanskeligt at flygtige komponenter opløst, et stort antal økserester er bevis.
Vanddampdestillation for flygtige maskinforbindelser med lavt smeltepunkt er tæt på kvantitativ genvinding. Dette skyldes, at i vanddestillationen er øksen alle komponenter plus vandmætningsdamptryk og lig med det ydre tryk på grund af tilstedeværelsen af et stort antal vand, dets mætningsdamptryk ved 100 ℃ har nået det ydre tryk, så i 100 ℃ det følgende kan produktet være med vanddampen hele dampen, genvindingsgraden er tæt på fuldstændig. Vanddampdestillation er særligt velegnet til systemer med tjære. Fordi tjæren på produktgenvindingen har to negative virkninger: den ene påvirkes af ligevægtsforholdet, tjæren kan opløse en del af produktet, så det ikke kan dampes ud; den anden skyldes tjærens høje kogepunkt, så destillationen af øksetemperaturen er for høj, så produktet fortsætter med at nedbrydes. Vanddampdestillation kan være tæt på den kvantitative genvinding af produkter fra tjære, men også i destillationsprocessen for at undgå overophedning af produktpolymerisationen steg udbyttet sammenlignet med dekompressionsdestillationen med ca. 3-4%. Selvom vanddestillation kan forbedre genvindingen af flygtige komponenter, er vanddestillation imidlertid vanskelig at løse problemet med produktrensning, fordi de flygtige urenheder sammen med produktet blev dampet ud, denne gang med destillationsmetoden, ikke kun for at sikre genvinding af produktet, men også for at sikre produktets kvalitet. Det skal bemærkes, at vanddampdestillation kun er et specialtilfælde af azeotropisk destillation, hvor der også kan anvendes andre opløsningsmidler. Azeotropisk destillation er ikke kun anvendelig til produktseparationsprocessen, men også til dehydrering af reaktionssystemet, dehydrering af opløsningsmidlet, dehydrering af produktet og så videre. Det har fordelene ved simpelt udstyr, nem betjening og intet forbrug af andre råmaterialer end molekylær sigte og uorganisk saltdehydreringsproces. For eksempel: i produktionen af aminohydroxaminsyre, på grund af tilstedeværelsen af flere polære grupper i molekylet af amino, carboxyl osv, kan de danne hydrogenbindinger med vand, alkohol og andre molekyler, således at aminohydroxamsyre i nærvær af et stort antal frit og hydrogenbundet vand, såsom anvendelse af generelle tørringsmetoder, såsom vakuumtørring, ikke kun tidskrævende, men også tilbøjelige til at forårsage nedbrydning af produktet, som kan bruges i azeotropisk destillation til at fjerne vandmolekylerne, den specifikke operation er at aminohydroxamsyre og methanol ved tilbagesvaling omrøring i et par timer, produktet kan dehydratiseres. Dette gøres ved at omrøre aminohydroxaminsyre med methanol under tilbagesvaling i et par timer, hvilket fjerner vandmolekylerne og giver vandfri aminohydroxaminsyre. Hvis der f.eks. er fri eller hydrogenbundet methanol i molekylet, kan det fjernes ved tilbagesvaling med et andet opløsningsmiddel, f.eks. hexan, petroleumsether osv. Man kan se, at azeotropisk destillation indtager en vigtig plads i separationsprocessen ved organisk syntese.
(12) Supramolekylære metoder, brug af molekylær genkendelse til at rense produktet.
(13) Metoden til affarvning
Aktivt kul, silicagel og aluminiumoxid bruges generelt. Aktivt kul adsorberer upolære forbindelser og små molekyler, silicagel og aluminiumoxid adsorberer polære og store molekyler, som f.eks. tjære. Hvis der findes polære urenheder og upolære urenheder på samme tid, skal de to kombineres på samme tid. Det er vanskeligt at affarve materialesystemet, generelt kan det fjernes med silicagel og aluminiumoxid. Til affarvning af syre- og alkaliske forbindelser, nogle gange vanskeligere, når de sure forbindelser med alkalineutralisering danner ioniske forbindelser og opløses i vand til affarvning, ud over de svage alkaliske forhold i affarvningen af en fjernelse af alkaliske urenheder, men også bør være gradvis neutralisering af materialesystemet til det svagt sure og derefter affarvning af en fjernelse af sure urenheder, således at pigmentet kan fjernes fuldstændigt. Når alkaliske forbindelser neutraliseres med syre til en svag base og opløses i vand til affarvning, skal systemet ud over at affarves én gang under svagt sure forhold for at fjerne sure urenheder også gradvist neutraliseres til svagt alkalisk og derefter affarves én gang for at fjerne alkaliske urenheder.