И всё же немного о катализе

Традиционная органическая химия предполагает многостадийные процессы, в результате которых из исходных веществ получаются продукты. Но схемы и механизмы реакций, подходящие для лаборатории, совершенно не годятся для крупнотоннажных процессов. Если на каждой стадии реакция идёт с выходом, далеким от 100%, то при переносе на большой масштаб вместе с нужным продуктом получаются огромные количества ненужных веществ. В цепочке реакций используют вспомогательные вещества, часто после кислотной или щелочной нейтрализации образуются неорганические соли (хлорид натрия, сульфат натрия, сульфат аммония). Что касается потерь, то в многоступенчатых процессах они бывают выше, чем конечный выход продукта. Эту проблему химических и фармацевтических производств отчасти помогают решить катализаторы, которые существенно уменьшают выход нежелательных побочных продуктов.

В нефтепроизводствах и крупнотоннажной основной химии почти 75% продуктов получены каталитическим методом. В каталитических процессах, как правило, степень использования исходного продукта довольно высокая. Например, при получении уксусной кислоты с помощью родиевого катализатора (технология „BP-Monsanto“) метанол расходуется на 100%:

CH3OH + CO = CH3COOH

Полнота использования исходного вещества называется атомной эффективностью, и этот показатель можно использовать как меру „зелёности“ химического производства:

Атомная эффективность = Кол-во атомов в продукте Ч 100%/Кол-во атомов в исходных веществах.

Естественно, процесс в одну стадию А + В = С (например, полимеризация этилена) гораздо эффективнее, чем А + В = С (нужный продукт) + D (побочный продукт). Идею атомной эффективности Р. Шелдон выражал через Е-фактор, который показывает количество потерь на килограмм продукта (табл. 1).

Таблица 1

В Великобритании эти расчеты „зелености“ вышли из академического на государственный масштаб, и недавно был создан виртуальный Институт прикладного катализа, цель которого — поддерживать взаимодействие учёных и промышленных технологов в этой области.