A kristályosítási folyamat ellenőrzése és a terméktulajdonságok szabályozása
A szerves szintézisben az utófeldolgozás problémáját a legtöbb ember gyakran figyelmen kívül hagyja, hogy amíg megtalálja a megfelelő szintézismódszert, a szintézis feladata kétszer olyan egyszerű lehet, ez nem rossz, a helyes szintézismódszer fontos, de a szerves szintézis feladata az, hogy meglehetősen tiszta terméket kapjon, minden reakció nem rendelkezik 100 százalékos hozammal, mindig van egy nagyobb vagy kisebb számú mellékreakció, ami nagyobb vagy kisebb számú szennyeződést eredményez, a reakció befejezése, a hatalmas probléma az, hogy elválassza a tiszta terméket a reakció keverési rendszerből, és a reakció befejeződik. A reakció befejezése után a nagy probléma a tiszta termék elválasztása a reakcióelegyből. Az újrafeldolgozás célja ennek a feladatnak a lehető legjobb módon történő elvégzése.

Miért hagyják figyelmen kívül olyan könnyen az újrafeldolgozás problémáját? Az általunk általában olvasott szakirodalom, különösen az akadémiai kutatási cikkek, általában nem fordítanak kellő figyelmet erre a problémára, vagy könnyedén kezelik, és gyakran az új szintetikus módszerekre, szintetikus reagensekre stb. fordítanak figyelmet. A szabadalmak is kevés figyelmet szentelnek ennek a problémának. Ezt a kérdést a szabadalmak is lekicsinylik, mert kereskedelmi haszonnal jár. A szerves anyagokkal foglalkozó tankönyvek nem is beszélnek erről a kérdésről. Csak az ipari gépi szintézis projektben részt vevő emberek ismerik fel ennek a kérdésnek a fontosságát, néha a reakciót jó, utófeldolgozási problémák nem kapnak tiszta termékeket, az üzleti veszteségek gyakran hatalmasak. Ezután rájöttek, hogy a szerves szintézis nem csak a szintézismódszer kérdése, hanem a probléma számos aspektusát is magában foglalja, hogy a probléma ezen aspektusa nem jól átgondolt, elveszett ügy lehet.
Hol tájékozódhatok az újrafeldolgozásról? A tapasztalt kutatókkal való konzultáció mellett a szakirodalomra is figyelnünk kell, bár kevésbé érintett a szakirodalomban, de még mindig sok írás érintett, ami megköveteli, hogy többet, szervezettebben gondolkodjunk, és példából tanuljunk. Ezen túlmenően, a tudományos kutatómunkában, figyelmet kell fordítani arra, hogy tapasztalatot szerezzenek, jobban csiszolva. Az újrafeldolgozási probléma megoldásához szükséges alapvető ismeretek még mindig a szerves vegyületek fizikai és kémiai tulajdonságai, és az újrafeldolgozás ezeknek a tulajdonságoknak a konkrét alkalmazása. Természetesen az első dolog az, hogy a reakciót jól elvégezzük, és minimalizáljuk a mellékreakciók előfordulását, ami csökkentheti az újrafeldolgozás nyomását. Az újrafeldolgozás tehát még mindig az alapkészségek kipróbálásáról szól, és csak ha valaki jó a kémiában, akkor lehet kiválóan teljesíteni az újrafeldolgozási feladatokban. Az utófeldolgozás a reakció célja szerint különböző megoldásokkal rendelkezik, ha a laboratóriumban, csak a papír publikálásához, hogy tiszta vegyületeket kapjon a különböző spektrumok készítése céljából, akkor a probléma egyszerű, a tiszta vegyületek megszerzése nem több, mint a séta oszlopok, TLC, preparatív kromatográfia stb. módszerének, nem kell túl sok problémát figyelembe venni, és a kapott vegyületek viszonylag tiszták; ha az ipari termelés céljából, akkor a probléma összetett, próbáljon meg egyszerű módszert használni, és próbáljon meg egyszerű módszert használni, hogy minimalizálja a mellékhatások előfordulását, ami segíthet a feladat elvégzésében. Ha az ipari termelés céljára, a probléma bonyolult, próbáljon meg egyszerű, alacsony költségű módszereket használni, a laboratóriumban beállított készlet nem fog működni, ha még mindig a laboratóriumi módszereket használja, a vállalkozás pénzt veszít.
Az alábbiakban csak röviden ismertetünk néhány, az iparban alkalmazott módszert.
Az utókezelési folyamat érdemi vizsgálata:
(1) a terméket a lehető legnagyobb mértékben visszanyerik-e, és a minőség garantált-e; (2) a nyersanyagokat, köztes termékeket, oldószereket és értékes melléktermékeket a lehető legnagyobb mértékben újrahasznosítják-e; (3) az utófeldolgozási eljárás lépései, legyen szó akár folyamatról, akár berendezésről, kellően egyszerűsítettek-e; és (4) a háromféle hulladék mennyisége a lehető legkisebb-e.
Kép

Az újrafeldolgozás számos gyakori és praktikus módszere:
A valaha készült legteljesebb átkristályosítási tapasztalat és módszer
(1) Szerves sav-bázis vegyületek elválasztása és tisztítása
A sav-bázis csoportokkal rendelkező szerves vegyületek protonokat nyerhetnek vagy veszíthetnek, és ionos vegyületeket képezhetnek, amelyek fizikai-kémiai tulajdonságai eltérnek az eredeti alapvegyülettől. A lúgos vegyületeket szerves vagy szervetlen savakkal kezelve aminsókat, a savas vegyületeket pedig szerves vagy szervetlen bázisokkal kezelve nátriumsókat vagy szerves sókat kapnak. A szerves vegyületek savasságának és lúgosságának erőssége szerint a szerves és szervetlen savak és bázisok általában hangyasav, ecetsav, sósav, kénsav és foszforsav. A bázisok a trietilamin, nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid, nátrium-karbonát, nátrium-bikarbonát és így tovább. Általában az ionos vegyületek vízben jelentős oldhatósággal, míg a szerves oldószerben az oldhatóság nagyon kicsi, míg az aktív szén csak nem ionos szennyeződéseket és pigmenteket képes adszorbeálni. Ezek a tulajdonságok felhasználhatók savas-bázisú szerves vegyületek tisztítására. A fenti tulajdonságok nem minden sav-bázis vegyületre jellemzőek. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a sav-bázis csoportok molekulatömegének aránya egy molekulában a teljes molekulatömeghez képest, annál nagyobb az ionos vegyületek vízoldhatósága, és minél több vízoldható csoport, például hidroxilcsoport van egy molekulában, annál jobban oldódik vízben, így a fenti tulajdonságok a kis molekulájú sav-bázis vegyületekre alkalmazhatók. Ezért a fenti tulajdonságok a kis molekulák sav-bázis vegyületeire vonatkoznak. A nagy molekulák vegyületei esetében a vízoldhatóság jelentősen csökken. A sav-bázis csoportok közé tartoznak az aminocsoportok. A savas csoportok közé tartoznak: acilaminocsoportok, karboxilcsoportok, fenolos hidroxilcsoportok, szulfonil-aminocsoportok, tiofenolcsoportok, 1,3-dikarbonilvegyületek stb. Érdemes megjegyezni, hogy az aminovegyületek általában lúgos csoportok, de savas vegyületekké válnak, ha erős elektronelvonó csoportok kísérik őket, mint például az acil-lamino- és szulfonil-aminovegyületek, amelyek hajlamosak arra, hogy bázisok, például nátrium-hidroxid és kálium-hidroxid hatására protonokat veszítsenek, és nátriumsókat képeznek.
Semlegesítő adszorpciós módszer:
Sav-bázis vegyületek ionos vegyületekké, úgy, hogy vízben oldódik, a szűrés után a szennyeződések aktív szén adszorpciójával, a sav-bázis csoportokat nem tartalmazó szennyeződések és mechanikai szennyeződések eltávolításával, majd sav és lúg semlegesítéssel vissza a szülői molekuláris állapotba, ami a sav-bázis termékek újrahasznosításának és tisztításának módszere. Mivel az aktív szén nem adszorbeál ionokat, így van aktív szén adszorpció okozta veszteség a termék elhanyagolása.
Semlegesítési és extrakciós módszer:
Az ipari folyamatok és laboratóriumok közös módszere, savas és lúgos gépi vegyületeket használ, amelyek vízben oldott ionokat és a gépi oldószer jellemzőiben oldott szülői molekuláris állapotot generálnak, sav és lúg hozzáadásával, hogy a szülői vegyület vízben oldott ionokat generáljon a fázis átadásának elérése érdekében, és a nem vízben oldódó szerves oldószerek használata nem savas és lúgos szennyeződéseket von ki, hogy azok feloldódjanak a gépi oldószerben a szennyeződések és termékek elválasztásának elérése érdekében.
Sóképzési módszer:
A nem vízben nem oldódó makromolekuláris szerves ionos vegyületek esetében a szerves sav-bázis vegyületeket szerves oldószerekben lehet sózni, hogy kristályok csapódjanak ki, míg a nem sózott szennyeződések szerves oldószerekben maradnak, hogy a szerves sav-bázis vegyületek és a nem sav-bázis szennyeződések szétválasztása megvalósuljon, a sav-bázis szerves szennyeződéseket kristályok kicsapásával lehet elválasztani, majd átkristályosítani, így a sav-bázis gépi szennyeződések szétválnak. A nagy molekulák szerves sav-bázis vegyületek só ebben az időben is használható, hogy távolítsa el a kis molekulák sav-bázis vegyületek váltak só és vízben oldódó szennyeződések vízzel mosás. A vízben oldódó szerves ionos vegyületek, lehet sózott vízben, a víz azeotróp desztilláció vagy közvetlen desztilláció eltávolítására a maradék szerves oldószerekkel teljesen mossa többször, hogy a szennyeződések és a termékek elválasztása. A fenti három módszer nem elszigetelt, a vegyületek természetének és a termék minőségi szabványainak megfelelően, a módszerek kombinációjának használata, amennyire csak lehetséges, hogy meglehetősen tiszta terméket kapjunk.
(2) Számos speciális gépi extrakciós oldószer
n-Butanol: A legtöbb kis molekulájú alkohol vízben oldódik, mint például a metanol, etanol, izopropanol, n-propanol stb. A legtöbb nagy molekulatömegű alkohol nem vízben oldódó, de lipofil, hogy képes legyen oldódni a gépi oldószerben. A köztes alkoholos oldószerek, mint például az n-butanol azonban kiváló oldószer a szerves extrakcióhoz. Maga az n-butanol vízben nem oldódik, és osztozik a kis- és nagymolekulájú alkoholok tulajdonságaiban. Képes egyes poláris vegyületek oldására, amelyek kis molekulájú alkoholokkal oldhatók, ugyanakkor vízben nem oldódnak. Ezt a tulajdonságát kihasználva az n-butanol felhasználható poláros reakciótermékek vizes oldatokból történő kivonására. Butanon: Tulajdonságai a kis és nagy ketonok tulajdonságai között helyezkednek el. A vízben oldódó acetonnal ellentétben a butanon vízben nem oldódik, és felhasználható a termékek vízből történő kivonására.
Butil-acetát: a kis molekulák és a makromolekuláris észterek közötti természet, a vízben való oldhatóság nagyon kicsi, ellentétben az etil-acetát vízben bizonyos oldhatósággal rendelkezik, vízből kivonható vegyületek, különösen aminosavvegyületek, így az antibiotikum-iparban gyakran használják a cefalosporin, a penicillin és más nagy molekulák kivonására, amelyek aminosavvegyületeket tartalmaznak.
Izopropil-éter és terc-butil-terc-butil-éter: kis molekulák és nagy molekulájú éterek közötti természet, a kettő polaritása viszonylag kicsi, hasonló a hexánhoz és a petróleuméterhez, a kettő oldhatósága vízben kicsi. Nagyon kis polaritású molekulák kristályosítási oldószereként és extrakciós oldószerként használható. Nagy polaritású vegyületek kristályosítási és extrakciós oldószerként is használható.
(3) A reakció elvégzése után először az extrakciót kell használni a szennyeződések egy részének eltávolítására, ez a szennyeződések és a különböző oldószerekben lévő, eltérő oldhatóságú termékek természetének kihasználása.
(4) Híg sav vizes oldata kimossa a bázikus szennyeződések egy részét. Például, ha a reaktánsok bázikusak és a termékek semlegesek, a bázikus reaktánsok híg savval kimoshatók. Például aminvegyületek acilezése.
(5) Híg lúg vizes oldata eltávolítja a savas szennyeződések egy részét. Ha a reaktánsok savasak és a termékek semlegesek, a savas reaktánsok híg lúggal kimoshatók. Például karboxilvegyületek észterezése.
(6) A vízben oldódó szennyeződések egy részét mossa le vízzel. Például alacsonyabb alkoholok észterezésénél a vízben oldódó reakcióalkoholok vízzel kimoshatók.
(7) Ha a terméket vízből kell kikristályosítani, és a termék oldhatósága vizes oldatban nagy, próbálkozzunk szervetlen sók, például nátrium-klorid és ammónium-klorid hozzáadásával, hogy csökkentsük a termék oldhatóságát vizes oldatban - ez a kisózás módszere.
(8) Néha két oldhatatlan szerves oldószer használható extrakciós anyagként, például a reakciót kloroformban végzik, a petróleuméter vagy n-hexán extrakciós anyagként használható a kis poláris szennyeződések egy részének eltávolítására, és viszont kloroform extrakcióban használható a nagy polaritású szennyeződések eltávolítására.
(9) két kölcsönösen oldódó oldószer néha hozzáadunk egy másik anyag változó összeférhetetlenség, például abban az esetben, ha a víz, mint oldószer, miután a reakció befejeződött, lehet hozzáadni a rendszer szervetlen sók nátrium-klorid, kálium-klorid, hogy a víz telítettség, majd adjunk hozzá aceton, etanol, acetonitril és más oldószerek kivonható a víz termék.
(10) A kristályosítás és az átkristályosítás módszerei
Az alapelv a hasonlóság és a kompatibilitás elvének alkalmazása. Vagyis poláros vegyületek poláros oldószerrel történő átkristályosítása, poláros vegyületek nem poláros oldószerrel történő átkristályosítása. A nehezebben kristályosítható vegyületeknél, mint például olajok, gélek stb. esetében néha a kevert oldószerek módszerét alkalmazzák, de az oldószerek keverése nagyon nagy tudást igényel, és néha csak tapasztalatokra lehet alapozni. A poláris oldószerek és a nem poláris oldószerek általános használata a kollokáció elvével általában a termék polaritása és a szennyeződések mérete alapján választja meg a poláris oldószerek és a nem poláris oldószerek arányát. Ha a termék polaritása nagy, a szennyeződés polaritása kicsi, a poláris oldószerek aránya az oldószerben nagyobb, mint a nem poláris oldószerek aránya; ha a termék polaritása kicsi, a szennyeződés polaritása nagy, a nem poláris oldószerek aránya az oldószerben nagyobb, mint a poláris oldószerek aránya. A leggyakrabban használt kombinációk: alkohol - petróleuméter, aceton - petróleuméter, alkohol - n-hexán, aceton - n-hexán és így tovább. Azonban, ha a termék nagyon tisztátalan vagy szennyeződések és a termék jellege és hasonlósága, hogy az ár a tiszta vegyületek számos átkristályosítás, néha többször után nem lehet tiszta. Ebben az esetben a szennyeződések, amelyek általában nehezebben eltávolíthatóak, hasonlóak kell, hogy legyenek a termék természetéhez és polaritásához. A szennyeződések eltávolítása csak a reakciótól felfelé tekinthető.
Ipari kristályosítási folyamatfejlesztés és berendezéstervezés elemzési szempontjai
(11) Vízgőz-desztilláció, csökkentett nyomású desztilláció és desztillációs módszerek
Ez egy gyakori módszer az alacsony olvadáspontú vegyületek tisztítására. Általában a dekompressziós desztilláció visszanyerési aránya ennek megfelelően alacsony, ez azért van, mert a termék folyamatos párologtatásával a termék koncentrációja fokozatosan csökken, hogy a termék telítési gőznyomása megegyezzen a külső nyomással, a termék telítési gőznyomásának növeléséhez folyamatosan emelni kell a hőmérsékletet, egyértelmű, hogy a hőmérsékletet nem lehet a végtelenségig emelni, i.azaz a termék telítési gőznyomása nem lehet nulla, azaz a termék nem lehetséges a nettó gőz, kell egy bizonyos mennyiségű termék maradt a desztillációban A berendezésen belül a berendezésen belül nehéz az illékony komponensek feloldódnak, nagyszámú fejsze maradék bizonyítja.
Vízgőz-desztilláció az illékony, alacsony olvadáspontú gépi vegyületek esetében közel mennyiségi visszanyerés. Ez azért van, mert a víz desztilláció, fejsze minden összetevő plusz víz telítési gőznyomás és egyenlő a külső nyomás, jelenléte miatt a nagyszámú víz, a telítési gőznyomás 100 ℃ elérte a külső nyomás, így a 100 ℃ a következő, a termék lehet a vízgőz minden gőz, a hasznosítási arány közel teljes. A vízgőz desztilláció különösen alkalmas kátrányos rendszerekhez. Mivel a kátrány a termék visszanyerésére két negatív hatása van: az egyik befolyásolja az egyensúlyi viszony, a kátrány feloldhatja a termék egy részét, így nem lehet gőzölni; a második a kátrány magas forráspontja miatt, így a desztilláció a balta hőmérséklete túl magas, így a termék tovább bomlik. A vízgőz desztilláció közel lehet a kátrányból származó termékek mennyiségi visszanyeréséhez, de a desztillációs folyamatban is, hogy elkerüljék a termék polimerizációjának túlmelegedését, a hozam a dekompressziós desztillációhoz képest körülbelül 3-4%-vel nőtt. Bár a vízdesztilláció javíthatja az illékony komponensek visszanyerését, azonban a vízdesztilláció nehéz megoldani a terméktisztítás problémáját, mert az illékony szennyeződések a termékkel együtt gőzöltek ki, ezúttal a desztillációs módszerrel nemcsak a termék visszanyerésének biztosítása, hanem a termék minőségének biztosítása is. Meg kell jegyezni, hogy a vízgőz-desztilláció csak egy speciális esete az azeotróp desztillációnak, amikor más oldószereket is lehet használni. Az azeotróp desztilláció nemcsak a termék szétválasztási folyamatára alkalmazható, hanem a reakciórendszer dehidratálására, az oldószer dehidratálására, a termék dehidratálására stb. is. Előnye az egyszerű berendezés, a könnyű működés és a molekulaszűrő és a szervetlen só dehidratálási folyamathoz képest nem fogyaszt más nyersanyagokat. Például: az aminohidroxámsav előállítása során az amino-, karboxil stb. molekulában több poláris csoport jelenléte miatt, hidrogénkötéseket képezhetnek vízzel, alkohollal és más molekulákkal, így az aminohidroxámsav nagyszámú szabad és hidrogénkötésű víz jelenlétében, mint például az általános szárítási módszerek, például a vákuumszárítás, nem csak időigényes, hanem hajlamos a termék bomlását okozni, amely azeotróp desztillációban használható a vízmolekulák eltávolítására, a konkrét művelet az aminohidroxámsav és a metanol a reflux keverésnél néhány órán keresztül, a termék dehidratálható. Ez úgy történik, hogy az aminohidroxámsavat metanollal néhány órán át reflux alatt keverik, ami eltávolítja a vízmolekulákat és vízmentes aminohidroxámsavat ad. Ha például szabad vagy hidrogénkötésű metanol van jelen a molekulában, akkor azt egy másik oldószerrel, például hexánnal, petróleuméterrel stb. történő refluxálással lehet eltávolítani. Látható, hogy az azeotróp desztilláció fontos helyet foglal el a szerves szintézis elválasztási folyamatában.
(12) Szupramolekuláris módszerek, a molekuláris felismerés alkalmazása a termék tisztítására.
(13) A színtelenítés módszere
Általában aktív szenet, szilikagélt és timföldet használnak. Az aktív szén adszorbeálja a nem poláris vegyületeket és a kis molekulákat, a szilikagél és a timföld pedig a poláris és nagy molekulákat, például a kátrányt. A poláris szennyeződések és a nem poláris szennyeződések egyidejűleg léteznek, a kettőt egyszerre kell kombinálni. Nehéz az anyagrendszer elszíntelenítése, általában szilikagéllel és alumínium-oxiddal lehet eltávolítani. A savas és lúgos vegyületek színtelenítésére, néha nehezebb, amikor a savas vegyületek lúgos semlegesítéssel ionos vegyületek képződéséhez és vízben oldva a színtelenítéshez, a gyenge lúgos körülmények mellett a lúgos szennyeződések eltávolításának színtelenítésében, de az anyagi rendszer fokozatos semlegesítésének is meg kell lennie a gyengén savas, majd a savas szennyeződések eltávolításának színtelenítése, hogy a pigment teljesen eltávolítható legyen. Hasonlóképpen, amikor a lúgos vegyületeket savval gyenge bázissá semlegesítik és vízben oldják a színtelenítéshez, a savas szennyeződések eltávolítása érdekében egyszeri gyengén savas körülmények közötti színtelenítés mellett a rendszert fokozatosan gyengén lúgossá is semlegesíteni kell, majd egyszeri színtelenítéssel eltávolítani a lúgos szennyeződéseket.