探討精細化工產品合成中的化學應用

劉志華

（江西井岡山應用科技學校 江西吉安 343000）

0 引言

精細化工是化工行業的新興領域，對于化工產業結構調整、科技水平提升具有戰略意義。據《中國精細化工百強》榜單統計，2019年精細化工百強企業的主營業務收入均值為58億元，同比增長11%。在此背景下，依托化學應用技術的研發推動精細化學品生產效益的提升，成為精細化工行業發展的主導方向。

1 精細化工的發展現狀與主要技術分析

1.1 精細化工發展現狀

精細化工是指通過對基礎化學品進行深加工，制備出性能、功能與用途更加豐富的高附加值精細化學品。精細化工針對原油、礦石、煤炭等上游原料進行深加工，將其制備成烯烴、甲醇、電石等基礎產品，在此基礎上經由精加工生產出農藥、食品添加劑、染料、醫藥中間體等具備高附加值與商品屬性的化工產品，滿足農業、食品飲料、紡織服裝、醫藥保健等行業的需求。我國精細化工行業起步晚于西方，在行業統計中將其歸類為專用化學品制造業，近年來其主營收入由2005年的3169億元逐漸提高到2017年的8.71萬億元，業務規模擴大5倍以上。然而相較于發達國家而言，當前我國的精細化工產品品種占比僅為20%，諸如產品總量不足、質量不穩定等問題對于下游新興產業的發展具有一定的制約作用，在由精細化工2.0時代向3.0時代過渡的關鍵節點，還需進一步加強對于化學應用技術與新型化工原料的研發力度，更好地助力精細化工產業總產值與精細化率的提升[1]。

1.2 化學應用的主要技術

1.2.1 離子液體

作為近年來材料化學、電化學領域的研究熱點，離子液體具有低揮發性、高穩定性與環保性能，適用于取代有機溶劑充當反應介質。將離子液體應用于精細化工產品合成中，能夠有效提升化學反應速率、控制反應時間，以此提高產量、節約生產成本。

1.2.2 分離技術

分離技術通過從化學品中提取相應物質，針對提取物進行加工并生產出化學原料，以此實現對化學原料的再利用。以香料加工領域為例，利用分離技術可從物質中提取出香料成分，再將提取物進行化工合成處理，制備出香料產品，同時將分離技術應用于廢棄物的分類、提取處理環節，可實現對廢棄物的回收利用，提升原料利用率，在幫助化工企業節約成本的基礎上更好地發揮環保效益。

1.2.3 催化技術

催化技術是精細化工領域的核心內容，利用催化劑可有效提升化學反應速率與產品產量。例如將催化劑應用于工業制氮反應中，能夠使反應速率增至萬億倍；將催化劑應用于煤、石油產品的合成中，可大幅優化反應效果，并且減少廢水廢氣產量。為進一步提升催化劑穩定性與時效性，當前精細化工領域正逐步加強對催化劑的改良，圍繞氧化、加氫、酯化等化學反應過程進行研發創新，如將化學、生物催化技術相融合，借助基因編輯進行生物酶改造等，進一步提升精細化工催化劑的性能優勢與綠色環保價值。

1.2.4 復配技術

復配技術是指選取兩種或兩種以上物質，將其按比例加工制成新的混合物。以清洗劑的合成為例，通常在原油生產環節鐵、硫等元素將對鋼制管道造成侵蝕作用，引發管道腐蝕、堵塞問題，通過將鹽水與檸檬酸、羥基乙酸等成分進行復配，可有效溶解硫化亞鐵等成分、增強清洗效果，具有腐蝕性小、清潔無污染、使用安全、經濟性強等優勢，延緩管道腐蝕速度、優化清洗劑的使用效能。

2 依托精細化工生產模式助力化工產品合成的新型路徑探討

2.1 離子液體催化劑

離子液體憑借其揮發性低、熱穩定性好、清潔環保等性能優勢，在溶劑生產領域得到廣泛應用。與此同時，離子液體還具備良好的可設計性特征，可將其作為催化劑應用于酸催化反應中，作為綠色、友好型催化劑。近年來已有多家研究機構與企業將離子液體應用于液相三聚甲醛的催化合成中，例如中科院蘭州化物所選取咪唑類離子液體用作催化劑，將其應用于三聚甲醛的合成中，并已實現工業化生產；富藝國際工程有限公司、中海石油化學股份有限公司已實現工業試驗裝置的設計、建設與試車；國家科技部基于非石油路線創建大宗化學品制備技術的開發項目，為三聚甲醛的合成技術創新提供引導與支持；還有科研人員圍繞磺酸根、羥酸根、喹啉類等功能化陽離子，以及硫酸氫根、甲基磺酸根等功能性陰離子進行離子液體的研制，并將其用于液相三聚甲醛的合成中，取得顯著的研究效果[2]。利用離子液體催化劑能夠提高產物的可選擇性，減少甲酸類副產物產量，其反應過程具有易于操作、可控性強等應用優勢，為三聚甲醛的合成提供重要的技術支持。

2.2 環糊精聚合物分離

環糊精聚合物是由一個或多個環糊精單元結構組成的高分子化合物，依據構造形式的差異大體分為交聯、線性、固載化、形成包合物、超支化五種類型的環糊精聚合物，兼具空腔結構與高聚物的性能優勢，具有機械強度高、硬度大、相對分子質量高、熱穩定性良好的特征，常被應用于食品、化妝品、醫學等領域的化學品合成中。例如在醫學領域的手性藥物生產中，由于不同手性異構體藥物的空間結構有所差異，對于生物體內的不同受體所呈現出的藥理活性也將有所區別，特殊情況下極有可能引發致畸等藥物副作用。而環糊精聚合物具備良好的包結性能，將其作為流動相添加劑、手性固定相進行手性藥物的分離處理，搭配其他分離方法可有效提升對于手性藥物的分離效果。以布洛芬20、萘普生等非甾體抗炎藥為例，此類藥物具有解熱鎮痛效果，但含有芳環、羧基成分，通過將羥基烯丙基-β-CD接枝在超支化聚硅氧烷外端，制備成β-環糊精聚合物，再搭配毛細管電泳分離技術進行手性藥物的分離處理，可有效實現鹽酸異丙腎上腺素等對映體的分離，其分離度最高可達92%。

2.3 化學與生物催化技術

2.3.1 化學催化技術

通常精細化工產品的化學結構較為復雜，相關原料經由氧化還原、水解、酯化等反應合成產品，而添加催化劑可起到調節化學反應速率、抑制副產物產生等作用，為精細化工產品的合成與產品質量提供保障。催化加氫作為最具代表性的化學催化技術，主要利用直接催化轉移加氫法、催化轉移加氫法兩種方法進行催化反應，具有能耗低、污染小等特征，可有效提升催化劑在精細化工生產中的應用價值。例如在香料生產中的α-蒎烯合成中，利用鈀碳催化劑進行加氫還原反應；選取Pd、Pt、Rh等金屬作為加氫催化劑，在220K溫度、8kPa壓強條件下對丙烯進行加氫反應生成丙烷等，提升催化劑活性[3]。

2.3.2 生物催化技術

生物催化技術主要利用酶催化反應實現對大分子、高分子化合物的改性與修飾，緩解高分子主鏈上羥基難于加工的問題，減少反應的副產物，并且可在一個反應罐內同時開展多項酶催化反應，提高原料轉化率，實現對酶、微生物的反復利用，有效降低反應能耗。例如在工業廢水凈化處理環節，利用酶類催化劑可實現對廢水中溶劑、環狀化合物、鹵素化合物的生物降解，提升工業廢水的處理效率、降低環境污染。同時，還可將酶類催化劑作為歧化劑，例如選取磷脂酶、裂解酶、脂肪酶分別用于合成磷脂、苯丙氨酸、丁酸縮水甘油酯等產物，滿足有機藥品、石油衍生材料等領域的化學品生產需求。但在此過程中需注意加強對溫度、pH等反應條件的控制，避免因酶、微生物催化劑失去活性造成底物浪費問題。

2.4 復配型精細化學品

以往精細化學品主要指代合成型高純化學制劑，此類化學品對于化學物質組分濃度、雜質組分含量提出了較高的要求，而復配型精細化學品通常選用數種或上百種化學物質，基于一定配比與工藝制備而成，對于化學物質的濃度、組分含量等并無過高要求，可有效提升化學品生產效率、節約成本，二者生產流程對比如圖1所示。在復配型精細化學品合成與生產環節涉及配方調配試驗，需結合產成品功效要求針對原料組分用量進行計算，并完成配方設計，以此為洗滌劑、化妝品、涂料、黏合劑等產品的合成生產提供技術支持。

圖1 合成型與復配型精細化學品生產流程比較

3 結論

近年來我國精細化工行業的高速發展使得精細化學品的市場占有率逐年提升，有效提升精細化工材料的生產效率與附加值。當前電子、機械、建筑等行業對于新型化工材料的需求逐年提升，因此更應加強精細化工生產結構與技術創新，實現對高性能化工產品的重點開發，進一步拓寬精細化工領域的發展前景。