ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выбор схемы синтеза из "Химия и технология ароматических соединений в задачах и упражнениях Издание 2" В предыдущих главах были рассмотрены различные реакции превращения ароматических соединений, при помощи которых может быть осуществлен синтез практически важных веществ. Задача, которую должен рещать химик-органик, состоит в том, чтобы разумно используя все эти реакции, предложить наиболее рациональную схему синтеза соединения заданного строения. Общая методика, по которой создаются эти схемы, уже рассматривалась ранее в Упражнениях для повторения (см. гл. 4). [c.336] Теоретически наилучщий путь синтеза того или иного продукта тот, который включает в себя наименьшее число промежуточных стадий, протекающих с максимально возможным выходом. [c.336] Практически не всегда удается осуществить такой синтез, так как на его выбор оказывают влияние не только химические, но инженерные и экономические соображения, а также и вопросы охраны окружающей среды. Ниже кратко будут рассмотрены некоторые критерии, которые обязательно должен учитывать химик-органик при выборе схемы получения того или иного вещества. Некоторые из них более подробно обсуждаются в специальных курсах, учебниках и учебных пособиях по процессам и аппаратам химической промышленности, по проектированию и аппаратуре анилино-красочной промышленности, организации производства, экологии и т. д. [c.336] Очевидно, что второй способ синтеза проходит через меньшее число стадий, и поэтому более целесообразен. Однако при сопоставлении необходимо учесть суммарный выход, который определяется как произведение выходов по отдельным стадиям всего процесса. Так как ни одна стадия процесса не проходит с количественным выходом, уменьшение числа стадий, как правило, должно приводить к увеличению суммарного выхода. [c.337] Образование изомеров и возможность их разделения. При осуществлении реакции с ароматическими соединениями, как правило, наряду с основным продуктом получаются его изомеры, разделение которых становится подчас трудно разрешимой задачей. Поэтому следует стремиться выбрать такую схему синтеза, при которой на всех стадиях целевые продукты являлись бы главными продуктами реакции. Если это невозможно, то необходимо выбрать такие пути превращения, при которых разделение изомеров представляло бы минимальные трудности. Например, нитрование форманилида приводит к образованию преимущественно пара-изомера. орго-Изо-мер образуется в небольшом количестве и при гидролизе формильной группы остается в фильтрате. [c.337] Качество конечного продукта. К качеству продуктов, выпускаемых промышленностью, могут быть предъявлены различные требования в зависимости от области применения. Как правило, содержание примеси изомеров в конечных продуктах должно быть ограничено и строго регламентировано. С учетом этого приходится выбирать схему синтеза, иногда значительно увеличивая число стадий или вводя дополнительные операции промежуточной очистки перегонку, перекристаллизацию, вымораживание и т. д. [c.338] Такими приемами удается синтезировать соединения заданного строения без примеси изомеров. [c.339] Использование органических растворителей и необходимость их последующей регенерации при малом объеме производства, по-видимому, экономически нецелесообразны. [c.340] Доступность и стоимость исходных продуктов. При выборе схемы получения того или иного вещества решающую роль играет доступность и стоимость исходных продуктов. Последняя обычно составляет 70—80 % стоимости готовой продукции. [c.340] В производстве ароматических соединений исходным сырьем служит бензол, толуол, изомерные ксилолы, мезитилен, нафталин, антрацен и т. д. В качестве исходных соединений могут использоваться также их моно-, ди- и другие производные, например нитробензол, анилин, фенол, хлорбензол, толуидины, нафтолы, антрахинон и др. [c.340] Из приведенных здесь способов наибольшее значение в настоящее время имеет кумольный, технико-экономические показатели которого наилучшие. В этом способе кроме бензола расходуется пропилен, превращающийся в результате реакции в практически важный ацетон. [c.341] Антрахинон — важный промежуточный продукт для синтеза большого числа прочных красителей — можно получить окислением антрацена, извлекаемого из каменноугольной смолы. Однако технологически процесс сложен из-за трудности очистки антрацена от сопутствующих ему других многоядерных ароматических соединений. [c.342] С развитием химической промышленности и областей использования ее продуктов меняются доступность и стоимость исходного сырья. В связи с этим должны изменяться и перестраиваться мно гие уже действующие технологические схемы. [c.343] Аппаратурное Оформление. Аппаратурное оформление технологической схемы, выбор того или иного способа проведения реакции (под давлением или без него, каталитическое окисление кислородом воздуха или с помощью окислителей и др.) часто определяет достижение конечного результата. Во всяком случае, если правильно выбраны типы аппаратов, способ и условия проведения процесса, то он протекает гладко, с высокой скоростью, что, как правило, приводит к получению чистых продуктов с максимально возможным выходом. [c.343] Для крупнотоннажного производства ж-дихлорбензола наиболее удобен метод изомеризации смеси о- и л-дихлорбензолов, а также отщепление хлороводорода от тетрахлорциклогексена в присутствии порошка железа. [c.344] Выбор схемы должен проводиться с учетом объема производства, стоимости сырья, оборудования, его сложности и легкости обслуживания, энергетических затрат. [c.344] В уже рассмотренных способах получения п-нитроанилина второй способ включает необходимость разделения о- и п-нитрохлор-бензолов, образующихся при нитровании хлорбензола, а также аминирования п-нитрохлорбензола, которое проводится под давлением в автоклаве. Если обе стадии обеспечены соответствующей аппаратурой, а объем производства п-нитроанилина достаточно велик, то этот способ безусловно следует избрать. Если же объем производства невелик, то экономически более выгодным может оказаться и первый способ, не требующий такого дорогостоящего оборудования. [c.344] Особенно благоприятно с точки зрения технологии и экономики переводить периодические способы получения ароматических соединений на непрерывные. За счет резкого сокращения времени пребывания смеси исходных продуктов в реакционной зоне уменьшаются побочные процессы, увеличиваются выход, и качество конечного продукта и производительность аппаратуры. Однако аппаратурное оформление непрерывного процесса сложнее и дороже, чем периодического, и экономически оно оправдано лишь для крупнотоннажных производств. В последнем случае из нескольк их возможных схем синтеза предпочтение следует отдать той, которая легче и с меньшими затратами может быть оформлена в виде непрерывного процесса. [c.344] Например, п-ннтробензойная кислота получалась в небольших количествах окислением п-нитротодуола дихроматом натрия. В связи с ростом потребности разработаны два непрерывных способа окислением п-нитротолуола кислородом воздуха в уксусной кислоте в присутствии катализатора и окислением п-нитротолуола разбавленной азотной кислотой под давлением. Так как в первом случае необходима дорогостоящая аппаратура из титана, предпочтение отдают окислению разбавленной азотной кислотой, хотя при этом способе требуется улавливание окислов азота. [c.344] Для малотоннажных производств весьма перспективен путь создания мобильных схем периодических или непрерывных процессов для получения соединений с близкой технологией, например азотолов, азокрасителей и др. На одной и той же технологической схеме можно последовательно производить несколько продуктов, что снижает их себестоимость. [c.344] Вернуться к основной статье