Характеристики сырья и основных процессов органичесого синтеза

Сырье — термин широкого значения. Под этим термином объединяются все природные материалы, которые используются для производства промышленных продуктов. Наличие или отсутствие того или иного сырья решающим образом влияет на возможности промышленного развития любой страны. Сырьевые ресурсы — важнейшее национальное богатство. Одной из главных задач народного хозяйства является бережное отношение к сырьевым запасам, поэтому наиболее рациональным является полное (комплексное) использование сырья, возможно, без всяких потерь и отходов. Несмотря на очень высокий технический и экономический уровень современной промышленности это удается редко и эта проблема в наше время является одной из самых актуальных для экономики страны.

Химическая технология связана с природным сырьем, т. е. с такими материалами, которые непосредственно получаются из различных природных источников. Особая роль предприятий химической промышленности и близких к ней отраслей заключается в том, что химические производства начинают длинную и сложную цепь переработки природных материалов в готовую продукцию непосредственного потребления. Большинство предприятий химической промышленности, как правило, производит не готовую продукцию, а только полупродукты, которые являются сырьем для дальнейшей переработки в других отраслях промышленности. С этой точки зрения химические производства являются сырьевой базой для других отраслей промышленности.

Сырье — термин не очень четкий и зависит от уровня развития производительных сил. В одном случае это полупродукт, в другом — отход производства, которые, в свою очередь, могут оказаться сырьем в том же или другом производстве. В то же время имеются все основания четко определить: сырье это необработанный природный продукт — объект переработки химическими способами.

Сырье может иметь различное происхождение. Минеральное сырье извлекается из недр земли. Этот вид сырья имеет наибольшее значение, так как обладает универсальностью, т. е. возможностью обеспечить промышленность любого назначения.

Второй вид сырья относится к растительному и животному происхождению. Это прежде всего древесина — материал, обладающий мощным ресурсом, продукты сельского хозяйства — хлопок, лен, джут, агава, картофель, корнеплоды, масленичные и др.; животного происхождения — шерсть, жир, рыба.

Минеральное сырье — всевозможные руды, твердое топливо, нефть, газ, минеральные соли и другие многочисленные минералы располагаются в земной коре очень неравномерно. Эта неравномерность и разные глубины залегания минералов создают большие затруднения в организации поисков этих сырьевых источников и возможности их извлечения для использования.

Открытие месторождения не означает еще, что оно может быть немедленно использовано. Необходимо установить запасы сырья, причем такие, которые могут быть извлечены при современном уровне техники. Разработать методы извлечения, установить состав сырья и реальные возможности получения из него продукции необходимого качества. Только после получения этих данных, месторождение может быть использовано. В геологии установлены определенные категории геологических запасов. Например, категория, А — вполне доказанные и подготовленные к эксплуатации запасы, категория В — геологически обоснованные и достаточно разведанные запасы и категория С — запасы установленные геологическими изысканиями. Могут служить основанием для дальнейшей горно-геологической разведки.

Основной задачей в работе геологов-разведчиков и горняков является перевод из одной категории в другую, т. е. увеличение в конечном итоге категории, А запасов, которые могут использоваться немедленно.

Извлеченное из недр минеральное сырье требует предварительной подготовки для использования его на предприятиях химических производств. Это вызвано следующими обстоятельствами.

Физическое состояние (размер кусков) может не удовлетворять возможностей производства. Следовательно, возникает необходимость механической обработки сырья: размол, рассев и т. п.

Большой объем балласта, например, в нефти много воды, в твердых минералах присутствуют сопутствующие, не нужные породы, существенным образом затрудняющие технологические приемы переработки сырья. В этом случае необходимо отделение нужной породы от сопутствующих минералов. Последняя проблема становится все более важной в горной промышленности. Некоторые виды сырья содержат нужный минерал в незначительных количествах (например, в случае руд цветных металлов). В то же время других руд нет и вероятно не будет, следовательно, необходимо перерабатывать такое сырье. Естественно, что переработка такого бедного сырья в технологических установках не будет эффективна или просто невозможна. В этих случаях нужный минерал концентрируют, применяя различные методы. Совокупность таких методов известна сейчас под термином «обогащение» сырья. Обогащение сырья занимает сейчас видное место на предприятиях не только горной промышленности, но и на предприятиях металлургической, химической и других предприятиях.

Все химическое сырье подразделяется на группы по происхождению, химическому составу, запасам и агрегатному состоянию. Классификация химического сырья представлена на рисунке.

Химическое сырье принято также делить на:

• а) первичное (извлекаемое из природных источников) и вторичное (промежуточные и побочные продукты промышленного производства и потребления, отходы)
• б) природное и искусственное (полученное в результате промышленной обработки природного сырья).

Рис. 1.

Органический синтез — раздел органической химии, в котором рассматриваются пути и методы искусственного создания органических соединений в лаборатории и промышленности. Широко применим в лабораторных условиях (главным образом для исследовательских целей) и в промышленности.

Успешное развитие органического синтеза началось после разработки теории химического строения и накопления сведений о химических свойствах органических соединений (2я пол. 19 в.). С этого времени органический синтез как основной источник новых органических соединений играет фундаментальную роль в становлении органической химии как науки и в ее дальнейшем развитии, обеспечивая постоянно расширяющийся круг изучаемых объектов. Развитие органического синтеза в 20 в., особенно в последние десятилетия, характеризуется все возрастающим вниманием к синтезу природных соединений и их аналогов, значительным укреплением методической базы (созданием надежных синтетических методов), началом создания самостоятельной теории органического синтеза. Осуществление синтеза сложнейших природных соединений (например хлорофилла, витамина В12, биополимеров), создание материалов с необычными свойствами (например так называемые органические металлы) показывает, что для современного органического синтеза практически не существует неразрешимых задач.

В реферате рассмотрены вопросы, касающиеся планирования органического синтеза, т. е. выбора оптимального пути получения соединения с заранее заданной структурой. Конкретные методы синтеза — образование новой связи С-С, введение функциональных групп и другое.

Обычно синтез целевого соединения осуществляют из относительно простых и доступных (т.е. выпускаемых промышленностью) исходных веществ. Как правило, при синтезе сложных веществ путь от исходных соединений к целевому разбивается на ряд этапов (стадий), на каждом из которых происходит образование одной — двух связей (фрагментов) будущей молекулы или подготовка к образованию таких связей.

Осуществление органического синтеза сопряжено с решением двух основных вопросов: 1) разработка общего плана синтеза, т. е. выбор оптимальных исходных соединений и последовательности стадий, ведущих кратчайшим путем к целевому продукту (стратегия синтеза); 2) выбор (или разработка новых) синтетических методов, обеспечивающих возможность построения необходимой связи в определенном месте собираемой молекулы.

Основные методы органического синтеза можно разбить на три группы:

• 1) конструктивные, ведущие к образованию новых связей С-С, назначение которых — построение скелета будущей молекулы (например, реакция Гриньяра, реакция Фриделя-Крафтса, цикло — присоединение);
• 2) деструктивные, ведущие к разрыву определенных связей С-С с целью удаления той или иной группировки из молекулы после того, как ее роль в синтезе сыграна (например, декарбоксилирование, периодатное окисление диолов);
• 3) методы трансформации функциональных групп. Последнее важно для введения в молекулы исходных или промежуточных соединений функциональных групп и их защиты, требующихся для осуществления очередной конструктивной реакции, а на заключительных стадиях синтеза-для введения необходимых функциональных групп в целевое соединение.