Управление процессом кристаллизации и регулирование свойств продукта
В органическом синтезе проблема постобработки часто игнорируется большинством людей, что пока вы найдете правильный метод синтеза, задача синтеза может быть вдвое проще, это неплохо, правильный метод синтеза важен, но задача органического синтеза состоит в том, чтобы получить достаточно чистый продукт, любая реакция не имеет стопроцентного выхода, всегда сопровождается большим или меньшим количеством побочных реакций, приводящих к большему или меньшему количеству примесей, при завершении реакции огромной проблемой является отделение чистого продукта от реакционной системы перемешивания, и реакция завершается. После завершения реакции большой проблемой является отделение чистого продукта от реакционной смеси. Цель переработки - решить эту задачу наилучшим образом.

Почему проблему переработки так легко упустить из виду? В литературе, которую мы обычно читаем, особенно в академических научных трудах, этой проблеме уделяется недостаточно внимания или она рассматривается вскользь, и в них часто уделяется внимание новым синтетическим методам, синтетическим реагентам и т. д. В патентах этой проблеме также уделяется мало внимания. В патентах эта проблема также преуменьшается, потому что она связана с коммерческой выгодой. В учебниках по органике этот вопрос даже не обсуждается. Только участвовавшие в проекте промышленного машинного синтеза люди могут осознать важность этого вопроса, иногда реакция проходит хорошо, проблемы с постобработкой не позволяют получить чистые продукты, потери бизнеса часто огромны. Тогда приходит осознание того, что органический синтез - это не только вопрос метода синтеза, но и множество аспектов проблемы, и если этот аспект проблемы не продуман, то она может оказаться проигрышной.
Где я могу узнать о переработке? Помимо консультаций с опытными исследователями, следует также обратить внимание на литературу, хотя она и меньше задействована в литературе, но в ней по-прежнему много работ, что требует от нас больше думать, быть более организованными и учиться на собственном примере. Кроме того, в научно-исследовательской работе следует обращать внимание на опыт, более отточенный. Основными знаниями для решения проблемы переработки по-прежнему являются физические и химические свойства органических соединений, а переработка - это конкретное применение этих свойств. Конечно, в первую очередь необходимо сделать так, чтобы реакция прошла хорошо и минимизировать возникновение побочных реакций, что может снизить давление переработки. Таким образом, переработка - это все еще вопрос проверки базовых навыков, и только если человек хорошо разбирается в химии, он может преуспеть в решении задач по переработке. Постобработка в зависимости от цели реакции имеет разные решения, если в лаборатории, только для публикации статьи, нужно получить чистые соединения с целью составления разнообразных спектров, то задача проста, получить чистые соединения можно не более чем методом ходячих колонок, TLC, препаративной хроматографии и т.д., не нужно рассматривать слишком много проблем, и полученные соединения являются относительно чистыми; если для целей промышленного производства, то проблема сложная, старайтесь использовать простой метод, и старайтесь использовать простой метод, чтобы минимизировать возникновение побочных эффектов, которые могут помочь выполнить задачу. Если же для целей промышленного производства задача сложная, старайтесь использовать простые, малозатратные методы, набор в лаборатории работать не будет, если вы все еще будете использовать лабораторные методы, предприятие потеряет деньги.
Ниже приведено лишь краткое описание некоторых методов, используемых в промышленности.
Проверкой достоинств процесса последующей обработки является:
(1) максимально ли извлекается продукт и гарантируется ли его качество; (2) максимально ли перерабатывается сырье, промежуточные продукты, растворители и ценные побочные продукты; (3) достаточно ли упрощены этапы процедуры последующей обработки, будь то процесс или оборудование; и (4) минимально ли количество трех видов отходов.
Изображение

Несколько распространенных и практичных методов переработки:
Самый полный опыт и методы перекристаллизации из когда-либо созданных
(1) Разделение и очистка органических кислотно-основных соединений
Органические соединения с кислотно-основными группами могут приобретать или терять протоны, образуя ионные соединения, которые по своим физико-химическим свойствам отличаются от исходного родительского соединения. Щелочные соединения обрабатываются органическими или неорганическими кислотами для получения аминных солей, а кислотные соединения обрабатываются органическими или неорганическими основаниями для получения натриевых или органических солей. В зависимости от силы кислотности и щелочности органических соединений, органические и неорганические кислоты и основания обычно представляют собой муравьиную кислоту, уксусную кислоту, соляную кислоту, серную кислоту и фосфорную кислоту. Основания - это триэтиламин, гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат натрия, бикарбонат натрия и так далее. В целом, ионные соединения в воде обладают значительной растворимостью, в то время как в органических растворителях растворимость очень мала, а активированный уголь способен адсорбировать только неионные примеси и пигменты. Эти свойства могут быть использованы для очистки кислотно-основных органических соединений. Вышеперечисленные свойства присущи не всем кислотно-основным соединениям. В целом, чем больше отношение молекулярной массы кислотно-основных групп в молекуле к молекулярной массе всей молекулы, тем выше растворимость в воде ионных соединений, и чем больше водорастворимых групп, таких как гидроксильные группы, в молекуле, тем более водорастворимой она будет, поэтому вышеуказанные свойства применимы к кислотно-основным соединениям малых молекул. Таким образом, вышеуказанные свойства применимы к кислотно-основным соединениям малых молекул. Для соединений больших молекул растворимость в воде значительно снижается. Кислотно-основные группы включают аминогруппы. К кислотным группам относятся: ациламиногруппы, карбоксильные группы, фенольные гидроксильные группы, сульфониламиногруппы, тиофенольные группы, 1,3-дикарбонильные соединения и так далее. Следует отметить, что аминосоединения, как правило, являются щелочными группами, но становятся кислотными соединениями, когда сопровождаются сильными электроноотнимающими группами, такими как ациламино и сульфониламино соединения, которые склонны терять протоны под действием оснований, таких как гидроксид натрия и гидроксид калия, с образованием натриевых солей.
Метод нейтрализационной адсорбции:
Кислотно-основные соединения в ионные соединения, так что он растворяется в воде, с активированным углем адсорбции примесей после фильтрации, удаления примесей и механических примесей, которые не содержат кислотно-основных групп, а затем добавить кислоты и щелочи нейтрализации обратно в родительское молекулярное состояние, что является методом утилизации и очистки кислотно-основных продуктов. Так как активированный уголь не адсорбирует ионы, то происходит адсорбция активированного угля, вызванная потерей продукта пренебрежения.
Метод нейтрализации и экстракции:
Является общим методом промышленных процессов и лабораторий, он использует кислоту и щелочь машины соединения генерируют ионы растворяются в воде и родительского молекулярного состояния растворяются в характеристиках машины растворитель, путем добавления кислоты и щелочи так, что родительское соединение генерирует ионы растворяются в воде, чтобы достичь передачи фазы и использование нерастворимых в воде органических растворителей извлечь некислотные и щелочные примеси, так что они растворяются в машине растворитель так, чтобы достичь разделения примесей и продуктов метод.
Метод образования соли:
Для нерастворимых в воде макромолекулярных органических ионных соединений органические кислотно-основные соединения можно солить в органических растворителях для осаждения кристаллов, а несоленые примеси остаются в органических растворителях для достижения разделения органических кислотно-основных соединений и несоленых примесей, кислотно-основные органические примеси можно отделить путем осаждения кристаллов и затем перекристаллизовать, так что кислотно-основные примеси разделяются. Для больших молекул органических кислотно-основных соединений соли в это время также могут быть использованы для удаления небольших молекул кислотно-основных соединений стали соли и водорастворимых примесей путем промывки водой. Для водорастворимых органических ионных соединений, можно солить в воде, вода с азеотропной дистилляции или прямой дистилляции для удаления остатка с органическими растворителями, чтобы полностью промыть несколько раз, так что примеси и продукты разделены. Вышеуказанные три метода не являются изолированными, в соответствии с природой соединений и стандартами качества продукта, использование комбинации методов, насколько это возможно, чтобы получить достаточно чистый продукт.
(2) Несколько специальных растворителей для машинной экстракции
н-Бутанол: Большинство низкомолекулярных спиртов растворимы в воде, например, метанол, этанол, изопропанол, н-пропанол и т.д. Большинство высокомолекулярных спиртов не растворимы в воде, но липофильны, чтобы быть способными растворяться в машинном растворителе. Однако промежуточные спиртовые растворители, такие как н-бутанол, являются отличным растворителем для органической экстракции. Сам по себе н-бутанол нерастворим в воде и обладает свойствами как малых, так и больших молекулярных спиртов. Он способен растворять некоторые полярные соединения, которые можно растворить с помощью мелкомолекулярных спиртов, и в то же время нерастворим в воде. Используя это свойство, н-бутанол можно применять для извлечения полярных продуктов реакции из водных растворов. Бутанон: его свойства являются промежуточными между свойствами малых и больших кетонов. В отличие от ацетона, который растворим в воде, бутанон нерастворим в воде и может быть использован для извлечения продуктов из воды.
Бутилацетат: природа между малыми молекулами и макромолекулярными эфирами, растворимость в воде очень мала, в отличие от этилацетата в воде имеет определенную растворимость, может быть извлечен из воды соединений, особенно аминокислотных соединений, поэтому в антибиотической промышленности обычно используется для извлечения цефалоспорина, пенициллина и других крупных молекул, содержащих аминокислотные соединения.
Изопропиловый эфир и трет-бутиловый эфир: природа между малыми молекулами и большими молекулами эфира, полярность двух относительно мала, подобно гексану и петролейному эфиру, растворимость двух в воде мала. Его можно использовать в качестве растворителя для кристаллизации и экстракции молекул с очень малой полярностью. Он также может использоваться в качестве растворителя для кристаллизации и экстракции соединений с большой полярностью.
(3) После проведения реакции сначала следует использовать экстракцию для удаления некоторых примесей, чтобы воспользоваться преимуществами природы примесей и продуктов в различных растворителях с разной растворимостью.
(4) Водный раствор разбавленной кислоты вымывает некоторые основные примеси. Например, реактивы являются основными, а продукты - нейтральными, основные реактивы могут быть смыты разбавленной кислотой. Например, ацилирование аминных соединений.
(5) Водный раствор разбавленной щелочи удаляет часть кислотных примесей. Если реактивы кислые, а продукты нейтральные, кислые реактивы можно смыть разбавленной щелочью. Например, этерификация карбоксильных соединений.
(6) Отмыть некоторые водорастворимые примеси водой. Например, при этерификации низших спиртов водорастворимые спирты-реактивы можно смыть водой.
(7) Если продукт должен быть кристаллизован из воды и его растворимость в водном растворе велика, попробуйте добавить неорганические соли, такие как хлорид натрия и хлорид аммония, чтобы уменьшить растворимость продукта в водном растворе - метод высаливания.
(8) Иногда в качестве экстрагента могут быть использованы два нерастворимых органических растворителя, например, реакция проводится в хлороформе, петролейный эфир или н-гексан могут быть использованы в качестве экстрагента для удаления некоторых мелких полярных примесей, и, в свою очередь, могут быть использованы в хлороформной экстракции для удаления примесей большой полярности.
(9) два взаимно растворимых растворителя иногда добавляют к другому веществу переменной несовместимости, например, в случае воды в качестве растворителя, после завершения реакции, можно добавить в систему неорганических солей хлорид натрия, хлорид калия, чтобы вода насытилась, затем добавить ацетон, этанол, ацетонитрил и другие растворители могут быть извлечены из водного продукта.
(10) Методы кристаллизации и рекристаллизации
Основной принцип заключается в использовании принципа сходства и совместимости. То есть полярные соединения перекристаллизовываются из полярного растворителя, а неполярные - из неполярного. Для соединений, которые труднее поддаются кристаллизации, таких как масла, гели и т.д., иногда используется метод смешанных растворителей, но смешивание растворителей требует больших знаний, а иногда может основываться только на опыте. Общее использование полярных и неполярных растворителей с принципом коллокации, как правило, основано на полярности продукта и размере примесей для выбора соотношения полярных и неполярных растворителей. Если полярность продукта велика, полярность примесей мала, доля полярных растворителей в растворителе больше доли неполярных растворителей; если полярность продукта мала, полярность примесей велика, доля неполярных растворителей в растворителе больше доли полярных растворителей. Чаще всего используются следующие комбинации: спирт - петролейный эфир, ацетон - петролейный эфир, спирт - н-гексан, ацетон - н-гексан и так далее. Однако, если продукт очень нечистый или примеси и по природе продукта и по его сходству, для получения ценой чистых соединений приходится проводить ряд перекристаллизаций, иногда после ряда раз не удается получить чистый продукт. В этом случае примеси, которые обычно сложнее удалить, должны быть схожи с природой и полярностью продукта. Удаление примесей можно рассматривать только от реакции вверх.
Разработка промышленных процессов кристаллизации и проектирование оборудования.
(11) Дистилляция водяного пара, дистилляция при пониженном давлении и методы дистилляции
Это распространенный метод очистки соединений с низкой температурой плавления. В целом, степень извлечения при декомпрессионной дистилляции соответственно низкая, это связано с тем, что при непрерывном испарении продукта, концентрация продукта постепенно снижается, чтобы давление насыщенного пара продукта было равно внешнему давлению, необходимо постоянно повышать температуру для увеличения давления насыщенного пара продукта, понятно, что температуру нельзя повышать бесконечно, т.е.Т.е. давление насыщенного пара продукта не может быть нулевым, т.е. продукт невозможно упарить в чистом виде, должно остаться определенное количество продукта, оставшегося в перегонном оборудовании, внутри оборудования трудно растворяются летучие компоненты, большое количество топорных остатков является доказательством.
При перегонке с водяным паром для летучих соединений машин с низкой температурой плавления наблюдается близкое к количественному извлечение. Это потому, что в водной дистилляции, axe все компоненты плюс давление насыщенного пара воды и равна внешнему давлению, из-за присутствия большого количества воды, ее давление насыщенного пара при 100 ℃ достигло внешнего давления, так что в 100 ℃ следующий, продукт может быть с водяным паром все пары, скорость восстановления близка к полной. Дистилляция водяным паром особенно подходит для систем со смолой. Потому что смола на восстановление продукта оказывает два негативных эффекта: первый связан с равновесными отношениями, смола может растворить часть продукта так, что его нельзя будет вывести паром; второй связан с высокой температурой кипения смолы, так что температура дистилляции слишком высока, так что продукт продолжает разлагаться. Дистилляция водяным паром может быть близка к количественному извлечению продуктов из смолы, но также в процессе дистилляции, чтобы избежать перегрева продукта полимеризации, выход по сравнению с декомпрессионной дистилляцией увеличивается примерно на 3-4%. Хотя водная дистилляция может улучшить извлечение летучих компонентов, однако, водной дистилляцией трудно решить проблему очистки продукта, так как летучие примеси вместе с продуктом выпариваются, на этот раз с помощью метода дистилляции можно не только обеспечить извлечение продукта, но и гарантировать качество продукта. Следует отметить, что дистилляция водяного пара является лишь частным случаем азеотропной дистилляции, когда могут использоваться и другие растворители. Азеотропная дистилляция применима не только для процесса разделения продуктов, но и для дегидратации реакционной системы, дегидратации растворителя, дегидратации продукта и так далее. По сравнению с процессом обезвоживания молекулярных сит и неорганических солей он обладает такими преимуществами, как простота оборудования, легкость в эксплуатации и отсутствие потребления других видов сырья. Например: при производстве аминогидроксамовой кислоты, благодаря наличию в молекуле нескольких полярных групп: амино-, карбоксильной и др, они могут образовывать водородные связи с водой, спиртом и другими молекулами, так что аминогидроксамовая кислота в присутствии большого количества свободной и водородно-связанной воды, например, использование общих методов сушки, таких как вакуумная сушка, не только занимает много времени, но и склонна вызывать разложение продукта, который может быть использован в азеотропной дистилляции для удаления молекул воды, конкретная операция заключается в аминогидроксамовой кислоты и метанола при рефлюксе перемешивание в течение нескольких часов, продукт может быть обезвожен. Это делается путем перемешивания аминогидроксамовой кислоты с метанолом под рефлюксом в течение нескольких часов, что удаляет молекулы воды и дает безводную аминогидроксамовую кислоту. Например, если в молекуле присутствует свободный или связанный водородными связями метанол, его можно удалить рефлюксом с другим растворителем, таким как гексан, петролейный эфир и т.д. Как видно, азеотропная дистилляция занимает важное место в процессе разделения органического синтеза.
(12) Супрамолекулярные методы, использование молекулярного распознавания для очистки продукта.
(13) Метод обесцвечивания
Обычно используются активированный уголь, силикагель и глинозем. Активированный уголь адсорбирует неполярные соединения и небольшие молекулы, а силикагель и глинозем - полярные и крупные молекулы, такие как смолы. При одновременном наличии полярных и неполярных примесей их следует объединять. Трудно обесцветить материальную систему, как правило, силикагель и оксид алюминия могут быть удалены. Для обесцвечивания кислотных и щелочных соединений иногда сложнее, когда кислотные соединения с нейтрализацией щелочи образуют ионные соединения и растворяются в воде для обесцвечивания, в дополнение к слабощелочным условиям в обесцвечивании удаления щелочных примесей, но также должна быть постепенная нейтрализация материальной системы до слабокислой, а затем обесцвечивание удаления кислотных примесей, так что пигмент может быть полностью удален. Аналогично, когда щелочные соединения нейтрализуются кислотой до слабого основания и растворяются в воде для обесцвечивания, в дополнение к обесцвечиванию один раз в слабокислых условиях для удаления кислотных примесей, система также должна быть постепенно нейтрализована до слабощелочной, а затем обесцвечена один раз для удаления щелочных примесей.