2 Конспект лекционных занятий модуль 1 Лекция № 1. Перспективы развития технологии органических веществ (2 часа)

• Группы органических соединений

• Растворители и экстрагенты

• Мономеры для получения полимеров

Органические соединения широко распространены в окружающем мире. К ним относятся: 1) органические ископаемые (нефть, газ, уголь), 2) органические вещества растительного происхождения (углеводы, спирты, кислоты, сложные эфиры), органические вещества животного происхождения (белки, жиры), органические вещества планктона – микроорганизмов, населяющих моря и океаны. В растениях и планктоне сосредоточена основная масса органических веществ на нашей планете.

Наиболее яркая и типичная черта органической химии – химические превращения органических соединений, синтез веществ с неограниченным разнообразием свойств. В этой удивительной способности, коренным образом отличающей химию от других естественных наук, заключается основное содержание органической химии. Поэтому усилия химиков-органиков направлены на разработку рациональных и эффективных методов осуществления химических реакций, инициируемых нагреванием, давлением, средой и катализаторами.

Реакции органических соединений могут также вызваться жесткими излучениями (- и -излучения) и быстрыми нейтронами. Это открывает широкие перспективы для органических синтезов от модельных лабораторных до промышленных много тоннажных. Пока наибольшие успехи достигнуты в осуществлении реакций полимеризации вторичных превращений полимеров. Новые возможности органического синтеза может открыть использование лучей лазера.

Химический процесс будет высокоэффективным, если: 1) он обладает высокой селективностью и протекает с большими скоростями, 2) требует малых затрат энергии и использует дешевое сырье, 3) осуществляется в простой по конструкции, малогабаритной автоматизированной аппаратуре, 4) отходы производства незначительны и нетоксичны.

Мы подошли к наиболее важным проблемам химической науки: управлению химическими реакциями и получению веществ с заранее заданными свойствами. Решение этих принципиальных проблем являются предметом исследований сегодняшнего дня и делом ближайшего будущего. Перспективным направлением является применение методов компьютерного моделирования с использованием счетно-решающих устройств для прогнозирования оптимальных путей протекания химических реакций.

В настоящее время почти весь органический синтез базируется на ископаемом органическом сырье. В процессах их физического разделения, термического и каталитического разложения (коксование, крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия) получают 5 главных групп исходных веществ, используемых для синтеза многих тысяч других соединений:

1. парафиновые углеводороды (С₁-С₄₀);

2. олефины (С₂Н₄, С₃Н₆, С₄Н₈);

3. ацетилен (С₂Н₂);

4. СО и синтез-газ;

5. ароматические соединения (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.).

Для получения указанных исходных веществ, в настоящее время, в основном, используют нефть и газ из-за большей экономичности современных методов их добычи, транспортировки и переработки.

В своем развитии технология органических веществ разделилась на ряд специфических отраслей, среди которых важное место занимает промышленный основной органический и нефтехимический синтез.

В стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан и Послании народу Президента страны на ускорения производства органических веществ уделяется особое внимание.

На основе выделенных для этой цели крупных капиталовложений будут созданы новые и расширены существующие предприятия, научно-исследовательские и проектные организации. Наряду с увеличением объема и ассортимента выпускаемой продукции поставлены важные задачи повышения её качества, общего объема экономической эффективности и культуры производства, быстрейшего внедрения научно-технических достижений в промышленность. В этом направлении все более проявляются требования, во-первых, к целенаправленному поиску новых веществ с ценными техническими качествами, основанному на выявлении связей между строением и свойствами органических веществ, и во-вторых, к разработке наиболее экономичных и совершенных методов технологии, опирающейся на глубокое изучение механизма явлений и физико-химических закономерностей процесса, на его математическое описание и оптимизацию параметров и оборудования по экономическим показателям. При создании новых производств широко осуществляется переход на более дешевое или экономичное сырье, используются мало стадийные методы синтеза, применяется высокопроизводительное оборудование большой единичной мощности. Значительные резервы в повышении эффективности имеются и в области совершенствования уже существующих производств, разработка которых часто проводилась на недостаточно высоком научно-техническом уровне.

Очень многие продукты основного органического и нефтехимического синтеза не имеют целевого применения в индивидуальном виде или используются лишь в небольшой степени. Их получают главным образом для того, чтобы превратить в другие ценные соединения, имеющие непосредственное практическое значение. Такие соединения называют промежуточными продуктами. К ним относятся, в частности, многие хлорорганические соединения, используемые для введения в молекулу подвижного атома хлора, способного замещаться на различные атомы и группы. Так, основная масса 1,2-дихлорэтана производится для последующего превращения его в хлористый винил, который является мономером ПВХ:

С1₂

С Н₂=СН₂ С1СН₂-СН₂С1 СН₂=СНС1

-НС1

Окись этилена используется для дальнейшего превращения в этиленгликоль или этаноламины:

Н₂О