分析精細(xì)化學(xué)品的綠色氧化合成

沈慶科

摘要：隨著我國科技水平的不斷發(fā)展，我國的化工行業(yè)也得到了很大的發(fā)展，并且現(xiàn)階段開始趨于穩(wěn)定發(fā)展，為推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。在化工行業(yè)中精細(xì)化工格外的吸引人，因?yàn)樗粌H推動(dòng)化工行業(yè)向著精細(xì)化的方向發(fā)展，并且?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而在精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)合成過程中會(huì)涉及到很多的化學(xué)應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)研究中，氧化反應(yīng)是應(yīng)用最廣，也是最難控制的一類反應(yīng)。本文將探述精細(xì)化學(xué)品的綠色氧化合成，實(shí)現(xiàn)資源利用過程和自然生態(tài)過程的協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：精細(xì)化學(xué)品;綠色氧化;合成;固體催化劑;仿生氧化

引言

在實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)研究中，氧化反應(yīng)是應(yīng)用最廣，也是最難控制的一類反應(yīng)。在化學(xué)品中，通過氧化反應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品占有份額最大，由于氧化反應(yīng)產(chǎn)物大多是熱力學(xué)不穩(wěn)定的中間化合物，其反應(yīng)選擇性始終是最具挑戰(zhàn)性的難題.研究采用不產(chǎn)生污染的氧化劑如分子氧、過氧化氫等，選擇合適的催化劑和有效的反應(yīng)路徑，采用多種強(qiáng)化方法生產(chǎn)環(huán)境友好的精細(xì)化學(xué)品，是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的重要研究課題.而采用高效的催化劑、不使用有害的 劑、在溫和的反應(yīng)條件下，實(shí)現(xiàn)資源利用過程和自然生態(tài)過程的協(xié)調(diào)，對(duì)于精細(xì)化學(xué)品的研究和開發(fā)過程中資源的有效利用以及環(huán)境的保護(hù)具有重大的意義。

1精細(xì)化學(xué)品定義

從廣義上來講，精細(xì)化學(xué)品就是精細(xì)化工產(chǎn)品的簡稱，可以定義為一種具備針對(duì)性功能、制造工藝復(fù)雜、步驟繁瑣，且產(chǎn)量小、高純度、高附加價(jià)值的化工產(chǎn)品。如果從生產(chǎn)的層面上，對(duì)其進(jìn)行定義，那么則可將精細(xì)化學(xué)品定義為，通過對(duì)大規(guī)模化學(xué)品，或通用化學(xué)品進(jìn)行深入加工，所得到的具備特定應(yīng)用性能或潛在的特定應(yīng)用性能的化學(xué)品。

2精細(xì)化工的特點(diǎn)

當(dāng)前在國際上還沒有對(duì)精細(xì)化工形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和概念，籠統(tǒng)上進(jìn)行分析，精細(xì)化工主要指的是對(duì)一些精細(xì)化學(xué)品進(jìn)行生產(chǎn)的工業(yè)，精細(xì)化工品主要具有以下特點(diǎn)，首先其產(chǎn)量不是非常高，而且品種比較多。在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，具有較快的更新?lián)Q代速度，通常使用間歇式生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn)，其次這些產(chǎn)品具有最終使用性或者具有一定的功能，第三，在產(chǎn)品的功能和化學(xué)反應(yīng)之間息息相關(guān)，在生產(chǎn)的過程中，主要由生產(chǎn)的工藝和原料對(duì)其產(chǎn)品的性能進(jìn)行確認(rèn)，第四，在生產(chǎn)的過程中，對(duì)質(zhì)量要求和產(chǎn)品技術(shù)要求都比較高，另外這些產(chǎn)品具有很強(qiáng)的商品性質(zhì)，簡而言之就是他們生產(chǎn)的目的就是為了銷售，最后他們具有較高的附加值，而且技術(shù)含量比較高，精細(xì)化工品主要是精細(xì)化工生產(chǎn)過程中的產(chǎn)物和化學(xué)工業(yè)的應(yīng)用息息相關(guān)。

3精細(xì)化學(xué)品地位

從地位上來看，精細(xì)化學(xué)品種類多、用途廣，是一種能夠直接服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)、群眾生活，以及高科技產(chǎn)業(yè)的重要物資。現(xiàn)階段，國際精細(xì)化學(xué)品市場規(guī)模早已突破了3800億美元，所生產(chǎn)，并投入使用的精細(xì)化學(xué)品高達(dá)10萬余種。從整體上來說，精細(xì)化學(xué)品早已在國際民生、國防安全、國民經(jīng)濟(jì)等方面占據(jù)了重要的地位。

4精細(xì)化學(xué)品分類

目前，精細(xì)化學(xué)品的種類極其豐富，導(dǎo)致人們?cè)诜诸悤r(shí)，形成了差異性的觀點(diǎn)，但現(xiàn)階段，認(rèn)可度比較高的分類是由大連理工精細(xì)化工系的教授，以化學(xué)品功能為方向，結(jié)合我國精細(xì)化工的發(fā)展以及化學(xué)品分子結(jié)構(gòu)特征，提出的18個(gè)精細(xì)化學(xué)品類別，包括醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、粘合劑、香料等。

5精細(xì)化學(xué)品的綠色合成研究

5.1催化綠色合成技術(shù)

催化法作為中間體合成的主要方法，但傳統(tǒng)工藝存在催化劑無法循環(huán)使用、催化反應(yīng)腐蝕設(shè)備、催化反應(yīng)污染物形成數(shù)量多等問題。為此，人們開始積極運(yùn)用支持催化劑分離、循環(huán)使用的多相催化法，來構(gòu)建連續(xù)化的生產(chǎn)模式，由此實(shí)現(xiàn)催化合成工藝的綠色化，提升了精細(xì)化學(xué)品的綠色生產(chǎn)水平。就目前來看，催化綠色合成技術(shù)主要包括烷基化綠色合成技術(shù)、酰基化綠色合成技術(shù)、酯化綠色合成技術(shù)、氧化綠色合成技術(shù)等。

其中，烷基化技術(shù)是指一種，基于酸堿催化反應(yīng)機(jī)理，通過將芳環(huán)，及其側(cè)鏈進(jìn)行基化處理，實(shí)現(xiàn)中間體合成的合成技術(shù)。在具體的技術(shù)應(yīng)用中，人們通過用HSZM-5代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AlCl3-HCl作為催化劑，構(gòu)建出了烷基化清潔工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑的分離和復(fù)用，且有害生成物也更少，使烷基化技術(shù)成為了一種綠色化的精細(xì)化學(xué)品中間體合成技術(shù)。

酰基化技術(shù)作為香料化工生產(chǎn)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，其的主要作用機(jī)理為，通過催化反應(yīng)，對(duì)芳環(huán)的Friedel-Crafts予以酰基化處理，以制備出芳酮作為香料精細(xì)化學(xué)品的中間體。傳統(tǒng)條件下，人們會(huì)選用酸液作為催化劑，但這種催化劑具有污染大、能耗多等弊端，但現(xiàn)階段，人們已經(jīng)應(yīng)用了環(huán)境優(yōu)化的固體酸催化劑，構(gòu)建出了綠色化的酰基化技術(shù)，達(dá)到了中間體綠色化合成的效果。

5.2非常規(guī)綠色合成新技術(shù)

非常規(guī)綠色合成新技術(shù)，可以被分為非常規(guī)熱能技術(shù)、非熱能物理技術(shù)等多種類型。在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)中應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行中間體合成，能夠提高反應(yīng)效率、降低能耗、減少廢物排放，極為符合綠色化的精細(xì)化工發(fā)展趨勢(shì)。但現(xiàn)階段，普及應(yīng)用較為廣泛的非常規(guī)綠色合成新技術(shù)主要有三種，即微波強(qiáng)化技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、超聲強(qiáng)化技術(shù)。

其中，微波強(qiáng)化技術(shù)是指一種借助波長1cm～1m、頻率300GHz～300MHz的電磁波，進(jìn)行中間體合成反應(yīng)的綠色合成技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)最早由科學(xué)家Vanderhoff提出，其用微波爐加熱，來進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)在電磁波的作用下，聚合反應(yīng)會(huì)明顯加快，由此首次實(shí)現(xiàn)將電磁波用于有機(jī)合成，此后，Gedye與同事在微波爐中進(jìn)行了酯化反應(yīng)，才讓微波技術(shù)成為了有機(jī)合成新技術(shù)。在中間體合成中應(yīng)用此技術(shù)，能夠讓合成反應(yīng)效率更高、副產(chǎn)物更少、純化更方便，由此使合成反應(yīng)進(jìn)入環(huán)境友好的狀態(tài)，同時(shí)，此技術(shù)無需額外的催化劑等化學(xué)藥劑，而且能耗較低，所以此技術(shù)還具有明顯的經(jīng)濟(jì)性，提升了精細(xì)化工中間體合成反應(yīng)綠色化水平

電化學(xué)技術(shù)也可以被稱為電解合成技術(shù)，此技術(shù)的主要作用機(jī)理在于，通過對(duì)反應(yīng)物施加電力，使其的電子轉(zhuǎn)移，形成新的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)合成反應(yīng)。在中間體合成中，人們借助該技術(shù)，可以用電力來代替高污染、劇毒有害的傳統(tǒng)氧化、還原劑，同時(shí)也支持合成反應(yīng)在溫和的條件下發(fā)生，因此，此技術(shù)不僅清潔，而且無需工作者花費(fèi)過多的成本創(chuàng)造反應(yīng)條件，使中間體合成反應(yīng)更具經(jīng)濟(jì)性。此外，該技術(shù)也具備極強(qiáng)的可控性，支持工作者通過調(diào)整電解條件、電解質(zhì)、電極這幾項(xiàng)要素，對(duì)合成反應(yīng)進(jìn)行選擇性的控制，由此清潔、高效地獲取目標(biāo)產(chǎn)物。

超聲強(qiáng)化技術(shù)是指利用高于20kHz聲波的超聲空化作用，進(jìn)行合成反應(yīng)的綠色合成技術(shù)。一般來說，在超聲空化作用下，局部區(qū)域可以達(dá)到5000℃高溫、10-9k/s溫度變化率、500大氣壓，同時(shí)，還會(huì)引發(fā)極強(qiáng)的射流、沖擊波和放電，由此創(chuàng)作出一個(gè)能夠促進(jìn)合成反應(yīng)進(jìn)行的環(huán)境。而在此背景下，用超聲波代替三廢大、成本高、效率低的傳統(tǒng)氧化、還原劑，顯然能夠獲得更好的中間體合成綠色化建設(shè)效果。此外，超聲波應(yīng)用所需的能耗較低，而且可以減少副反應(yīng)的發(fā)生，使合成反應(yīng)效果達(dá)到更高的反應(yīng)物利用率，因此，應(yīng)用該技術(shù)還可以削減反應(yīng)成本，深入優(yōu)化中間體合成綠色化水平。

結(jié)束語：

現(xiàn)階段，精細(xì)化工的具體發(fā)展情況還處于在初步階段，因此需要大量的資金、時(shí)間投放到其中，而綠色精細(xì)化工具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)其的研發(fā)更需要積極的投入。綠色精細(xì)化工可以使化工生產(chǎn)能夠進(jìn)行正常的運(yùn)行，對(duì)環(huán)境也不會(huì)造成嚴(yán)重的污染等，做到了環(huán)保性的生產(chǎn)應(yīng)用。因此，在未來的發(fā)展中需要對(duì)其進(jìn)行大量的研發(fā)，這樣可以為社會(huì)帶來更多的福利。

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