催化劑提高原子經(jīng)濟(jì)的作用和本質(zhì)

化學(xué)在人類社會(huì)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中起著十分重要而積極的作用，化學(xué)提供了染料，人類才能穿上鮮艷絢麗的衣服;化學(xué)提供了農(nóng)藥和藥物，人類才有今天豐富多彩的食品和生活;化學(xué)提供了各種性能的材料，人類才有現(xiàn)代化的生活條件;化學(xué)解決了各種能源，人類才有今天多種方便的交通條件。但是，在人類物質(zhì)生活不斷提高和工業(yè)化高度發(fā)展的同時(shí)，大量排放的工業(yè)和生活污染物卻反過(guò)來(lái)使人類的生存環(huán)境迅速惡化，這就使化學(xué)家面臨新的挑戰(zhàn)，即要去發(fā)展對(duì)人類健康和環(huán)境較少危害的化學(xué)。目前合成化學(xué)家們以一定的環(huán)境污染為代價(jià)合成出人類社會(huì)進(jìn)步所需的物質(zhì)，但如今作為化學(xué)家還必須考慮如何控制污染、阻止污染物的生成，即發(fā)展原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)。原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)是現(xiàn)代合成化學(xué)工作者需要時(shí)刻放在心中的指導(dǎo)方針，在新反應(yīng)及過(guò)程的設(shè)計(jì)中應(yīng)注重化學(xué)的創(chuàng)新，應(yīng)用新型的、可再生的、廉價(jià)的環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)的提出在年首先提出了原子經(jīng)濟(jì)性的概念，這一概念引導(dǎo)人們?nèi)绾稳ピO(shè)計(jì)有機(jī)合成，在設(shè)計(jì)合成途徑中，如何經(jīng)濟(jì)地利用原子，避免用保護(hù)基或離去基團(tuán)，這樣設(shè)計(jì)的合成方法就不會(huì)有廢物而是環(huán)境友好的。認(rèn)為，合成效率成了當(dāng)今合成方法學(xué)研究中關(guān)注的焦點(diǎn)。合成效率包括兩個(gè)方面，一是選擇性（化學(xué)、區(qū)域、非對(duì)映體和對(duì)映體選擇性另一個(gè)就是原子經(jīng)濟(jì)性，即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。一個(gè)有效的合成反應(yīng)不但要有高度的選擇性，而且必須具備較好的原子經(jīng)濟(jì)性，盡可能充分地利用原料分子中的原子。理想的原子經(jīng)濟(jì)性的合成反應(yīng)應(yīng)該是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不需要附加，或僅僅需要無(wú)損耗的促進(jìn)劑，即催化劑。例如在下列反應(yīng)中:A+A+B=C+D為產(chǎn)物，為副產(chǎn)物。在原子經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)中，應(yīng)減至非常小或接近零，原子經(jīng)濟(jì)的利用的實(shí)例制.備環(huán)氧丙烷制備環(huán)氧丙烷傳統(tǒng)方法

8日電+均產(chǎn)出。■CICHrCHiOH+HCICICHiCHiOH+Ca(OH|b+HCl.C^O?CaC\2+2H,0Ibi?O￥?r?llr?Tr*5itCHjiCHz+Ch+Ca(QHk名產(chǎn)泊71ThaAfiouiiK<yfTcrgt<M4lecLiM!74CHjiCHz+Ch+Ca(QHk名產(chǎn)泊71ThaAfiouiiK<yfTcrgt<M4lecLiM!74Th*wnaLintofMavtagrrn青drC,H.iO*GaCI2+HgO441111844111+18=129Al?mufilfiEt際作111+18+4444Al?mufilfiEt際作111+18+4444Xl(XF?i=28*71+74XI00%=25%制備環(huán)氧丙烷的新方法制備環(huán)氧丙烷的新方法iMd?eulir*c*ghtCHiMd?eulir*c*ghtCH2=CH2+1/2O；2816■CjHiO

44Th#aniQidrrioftwg?tproductgrrntdTh#aniQidrrioftwg?tproductgrrntdThtBiMourrtofThtBiMourrtofwast?proiJucfid優(yōu)點(diǎn)：使用銀作為催化劑，直接合成目標(biāo)分子，原子利用率達(dá)到氧氣作為催化劑對(duì)人以及環(huán)境都是安全的反應(yīng)后不需要分離以及純化2.2.制備丙烯酸甲酯優(yōu)點(diǎn)：使用銀作為催化劑，直接合成目標(biāo)分子，原子利用率達(dá)到氧氣作為催化劑對(duì)人以及環(huán)境都是安全的反應(yīng)后不需要分離以及純化2.2.制備丙烯酸甲酯制備丙烯酸甲酯傳統(tǒng)方法Theproce??esCHaCOCHa+l-CNCH3C(CN|(OH|CHjCH4CH4OH,H盧5■CH：100c(CHgCMNH/SJTheavB-rallreactionisCHjCOCH3+HCNTheavB-rallreactionisCHjCOCH3+HCN+CH30H叫他—*砒00€|叫3也+NH4HgMMc㈣r5S27329$100115weightThfnmwrtvftnrgfl;pngchiCtform"11。。Wa$t?produced11$Atomutilization100100Xio^=100+1155日*2#32詞8Xlll。嗨=』6%制備丙烯酸甲酯新方法C%C三C%C三CH+co*Pb(OAciMeOHMeO2C(CI-y=CHjMolecular32100weihgt?費(fèi)32100ThearriDLintoftargetproductfarmedWasteproducedw=(iOO/lOC)X100%=[44(40+25+32)]X100%=100%irtilization優(yōu)點(diǎn)：原子利用率極高，理論可達(dá)100%相對(duì)于氫氰酸，一氧化碳和甲醇對(duì)人員以及設(shè)備都要安全。反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有產(chǎn)生廢棄物。三、化工實(shí)際生產(chǎn)中提升原子經(jīng)濟(jì)性的途徑在實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，要使整個(gè)生產(chǎn)更加環(huán)保、綠色，可以通過(guò)改進(jìn)工藝流程、降低副產(chǎn)物和廢物的產(chǎn)生和排放等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外，選擇原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)也是非常重要的一種途徑。尤其是對(duì)于大宗有機(jī)原料的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，采用原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)能最大限度地節(jié)約原料資源，并大幅度降低副產(chǎn)物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。而要提升實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的原子經(jīng)濟(jì)性即原子利用率，可以通過(guò)采用新合成原料、簡(jiǎn)化合成步驟以及開(kāi)發(fā)新型催化劑等途徑來(lái)改善合成工藝，從而達(dá)到目的。3.1采用新合成原料傳統(tǒng)丙酮氰醇(ACH)傳統(tǒng)丙酮氰醇(ACH)法合成MMAAlpha法合成MMAC2H4+CO+CH3OHPdACH3CH2COOCH3CHiCH^OOH+HCHO.■H2C=C(CH3)COOH+”遙)CH3cH芭。OCH3+HCHO'■H,C=C(<llj)C(H>C]l3+H2O工藝，反應(yīng)分兩步：第一步乙烯與甲醇、一氧化碳在催化劑下發(fā)生羰基化和酯化反應(yīng)生成丙酸甲酯，采用的催化劑為鈀基催化劑，其具有高活性、高選擇性和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)反應(yīng)條件溫和；第二步與在堿催化劑或酸催化劑下反應(yīng)生成和水，具有較高的選擇性。然后采用分餾法分離出，分離過(guò)程需嚴(yán)格抑制聚合。第一步反應(yīng)具有較高原料轉(zhuǎn)化率和收率，達(dá)到。第二步，使用/催化劑。在優(yōu)化條件下，丙酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為51.，5甲%基丙烯酸甲酯的收率為39.，2甲%基丙烯酸甲酯的選擇性為76.。1%簡(jiǎn)化合成步驟消炎鎮(zhèn)痛藥物布洛芬的合成圖1Boots法合成布洛芬圖2BHC法合成布洛芬與Boots工藝相比，BHC工藝是一個(gè)典型的原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)，不但合成簡(jiǎn)單，只需三步反應(yīng)即可得到產(chǎn)品布洛芬，原料利用率高，而且無(wú)需使用大量溶劑和避免產(chǎn)生大量廢物，對(duì)環(huán)境造成的污染小。其原子經(jīng)濟(jì)性達(dá)77.4%，也就是說(shuō)新方法可少產(chǎn)廢物。如果考慮副產(chǎn)物乙酸的回收，BHC合成布洛芬工藝的原子有效利用率可高達(dá)99%催化劑技術(shù)應(yīng)用催化技術(shù)在化工生產(chǎn)中起著關(guān)鍵性作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前約有60%的化工產(chǎn)品和90%的化工工藝都離不開(kāi)催化反應(yīng)。傳統(tǒng)的催化過(guò)程主要用于石油煉制、化工過(guò)程和防治污染三大領(lǐng)域。而今天的催化技術(shù)則已經(jīng)滲透到化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，在節(jié)省資源和能源、原料路線轉(zhuǎn)換以及環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。今后世界催化技術(shù)的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面：進(jìn)一步提高催化反應(yīng)的收率和催化劑的選擇性加強(qiáng)對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)功能研究，通過(guò)對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提高催化反應(yīng)的可預(yù)測(cè)性，以縮短催化劑的開(kāi)發(fā)周期，并最終降低化工產(chǎn)品成本。開(kāi)發(fā)新的催化劑使用和回收工藝，以最大限度地減少催化劑的補(bǔ)充量。進(jìn)一步改進(jìn)催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，以取得化學(xué)反應(yīng)中傳質(zhì)與催化的完美結(jié)合，降低設(shè)備投資和操作費(fèi)用。開(kāi)發(fā)新的催化劑和加強(qiáng)對(duì)老催化劑的改進(jìn)，進(jìn)一步提高化學(xué)品的性能，增加產(chǎn)品品種和品級(jí)。新催化技術(shù)環(huán)保催化技術(shù)酶催化技術(shù)碳一化學(xué)催化技術(shù)合成氨催化技術(shù)大規(guī)模烴類晶格氧化技術(shù)四、結(jié)語(yǔ)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①最大限度地利用了原料；②最大限度地減少了廢物的排放，減少了環(huán)境污染。在人類進(jìn)入2世1紀(jì)，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展及其所涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)等方面的問(wèn)題，愈來(lái)愈成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此探索具有原子經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)必將成為當(dāng)今合成策略設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。而催化劑在原子經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有不可代替的地位，因此催化劑的探究以及對(duì)原有催化劑的改造更會(huì)成為研究重點(diǎn)。五、參考文獻(xiàn)：麻生明魏曉芳原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)中國(guó)石化出版社2006.馮裕發(fā)丙酸甲酯氣相法合成甲基丙烯酸甲酯工藝研究常州大學(xué)，2015.趙永亮，李曉光，錢有程丙酮氰醇生產(chǎn)工藝改造化工科技，20，1321(1):52-53.金祝年，胡玲霞關(guān)于有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中的原子經(jīng)濟(jì)性探討化工時(shí)刊，20，0620(9):70-72.佚名化學(xué)反應(yīng)中的新概念——原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)化工進(jìn)展，20，0221(1):85-86+75.周邦榮甲基