Применение процесса гидролиза
Очень важное значение в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза имеет такой процесс, как гидролиз. Применяя его в отношении жиров, целлюлозы и углеводов давно получают мыло, глицерин, этиловый спирт и другие ценные продукты. В области органического синтеза рассматриваемые операции используются главным образом для производства спиртов С2-С5, фенолов, простых эфиров, окисей, многих ненасыщенных соединений, карбоновых кислот и их производных (сложных эфиров, ангидридов, нитрилов, амидов), а также ацетальдегида и других соединений. Перечисленные вещества имеют очень важное применение в качестве промежуточных продуктов органического синтеза, мономеров и фенолов, эфиров акриловой и метакриловой кислот, меламинов, хлоролефинов, акрилонитрилов, пластификаторов и смазочных материалов. Также используют для растворителей (спирты, простые и сложные эфиры, хлоролефины), пестицидов, поверхностно-активных веществ и т.д.
Очень часто рассматриваемые реакции являются промежуточным этапом в многостадийных синтезах других продуктов целевого назначения. Кроме того, процесс гидролиза имеет очень важное значение. Это связано с тем, что они являются промежуточными стадиями при синтезе многих других веществ. Производство перечисленных выше продуктов имеет большие масштабы как у нас в стране, так и зарубежом.
Данным синтезом называют процессы замещения или двойного обмена, протекающие под действием воды или щелочей. Их можно классифицировать на реакции, идущие с расщеплением связей С-С1, С-О, С-N и др. При этом для хлорпроизводных кроме собственно процесса с замещением хлора может происходить щелочное дегидрохлорирование с образованием ненасыщенных соединений или окисей. Гидролиз по С-О связи наиболее характерен для сложных эфиров, но в органическом синтезе более важна обратная ему реакция этерификации. К ней способны многие неорганические кислоты, а также их производные.
Некоторые реакции гидратации равновесны; обратный процесс отщепления воды называют дегидратацией, которая может быть не только внутри-, но и межмолекулярной. Выделение воды происходит при многих органических процессах (этерификации, нитрования и др.). Поэтому данный термин применяют лишь к тем видам синтезирования, которые не имеют других, более определяющих систем классификации. Таким образом, видно, что близость с другими процесса гидролиза, объясняется наличием обратимых превращений и генетических связей.
Вода (или водяной пар в парофазных реакциях) в отсутствие катализаторов является очень слабым агентом, причем многие из рассмотренных выше реакций с ней вообще не идут или протекают настолько медленно, что становятся непригодными для практических целей. Это обусловлено тем, что данная жидкость представляет собой слабое основание и нуклеофильный реагент. Замена ее более активным гидроксильным ионом ведет к значительному ускорению процесса, который становится необратимым. Щелочной гидролиз особенно эффективен в случае хлорпроизводных; он применяется также при процессе производных карбоновых кислот (нитрилов, амидов, сложных эфиров).
Однако для ряда рассматриваемых реакций (гидратации ненасыщенных соединений, синтеза простых и сложных эфиров, всех процессов дегидратации и др.) щелочи неприменимы. В качестве щелочных агентов в промышленности применяют водные или водноспиртовые растворы NaOH, вещества более дешевой гидроокиси кальция, соды или других щелочных солей. Они оказывают более медленное и мягкое гидролизующее действие, которое может иногда отличаться от действия сильных щелочей. Для гидролиза органических соединений, а также для реакций гидратации, дегидратации и этерификации типично каталитическое влияние кислот.
Из рассмотренных ранее процессов только превращения хлорпроизводных не чувствительны к этим катализаторам. Влияние кислот обусловлено активированием органической молекулы за счет присоединения протона, в результате чего она становится способной к взаимодействию даже с такими слабыми реагентами, как вода и спирты. Их каталитическое действие зависит от силы, поэтому выгодно применять более сильные вещества, но в то же время они должны быть достаточно дешевыми. Часто для гидролиза используют серную кислоту, роль которой иногда не ограничивается действием протона, но заключается также и в образовании различных промежуточных соединений, например сернокислых эфиров.