Gyógyszer és finomkémiai technológiák

Gyógyszer és finomkémiai technológiák TKME4304

Vegyészmérnök MSc Gyógyszeripari specializáció Szerda 10:00 – 12:00 Csütörtök: 14:00 – 16:00 Péntek: 08:00 – 10:00

Az első 2 hét tematikája: • • •

• •

1. hét: Szerves ipari szintézisek történeti háttere. Aromás szénhidrogének (benzol, toluol, etilbenzil és o- m-, p-xilol): ipari források és kinyerési módszerek. Kondenzált aromás szénhidrogének (naftalin, antracén, stb. Aromás szénhidrogének ipari átalakítása: a toluol hidrodealkilezés; diszproporciója; m-xilol izomerizációja. Benzol mint legfontosabb aromás alapanyag: etilbenzol; sztirol; kumol; ciklohexán;

• • • • •

2. hét: A fenol ipari szintézismódszerei, fenol szintézistermékei. Maleinsavanhidrid és szintézistermékei. Egyéb aromás vegyületek: nitrobenzol, anilin; Diizocianátok előállítása és felhasználása. A xilol és a naftalin oxidációs termékei: ftálsav, izoftálsav, tereftálsav és származékai;

Az előadás összeállításához felhasznált forrás: Harold A. Wittcoff, Bryan G. Reuben; Jeffrey S. Plotkin; Industrial Organic Chemicals, 3rd edition; 9. – 11. fejezet; Wiley, 2013

A szerves vegyipar és gyógyszeripar története A kezdetek: - Vis vitalis elmélet: a szerves vegyületeket nem lehet előállítani egyszerű kémiai reakció segítségével, mivel azok csak élő szervezetekben alakulhatnak ki életerő segítségével.

1824

1828

F. Wöhler

Ch. B. Mansfield

A. W. Hofmann

W. H. Perkin

- XIX. század közepén a koksz gyártása során keletkező kőszénkátrányból számos aromás szénhidrogént sikerült kivonni. - 1848-ban Charles Blachford Mansfield (1819-1855) megoldotta a benzol és az anilin kivonását kőszénkátrányból - 1856-ban Hofmann a kinint, mint malária elleni gyógyszert akarta előállítani amelyhez az anilin oxidációs sajátságait tanulmányozták. - W. H. Perkin: az anilin oxidációja kálium-dikromáttal: „anilinbíbor” =„mauveine” (mályva) - 1856-ban szabadalom: AZ ELSŐ MESTERSÉGES TEXTILSZÍNEZÉK! A Perkin család üzemet nyitott a gyártására – megszületett a mai világcég, a „Perkin-Elmer” őse

Anilin és trifenilmetán színezékok 1858 Francois Emmanuel Verguin: fukszin

1871 Adolf Baeyer: fenolftalein

1902 - Vámossy Zoltán - hashajtó hatás is! 1861 Charles Girard és Georges de Laire: anilinkék Aurin - rozolsav

Tropeolin színezékek • 1871: rezorcin + ftálsavanhidrid→ fluoreszcein • 1874: fluoreszcein tetrabróm származéka – „eozin Y”

Alizarin és származékai - 1826 Robiquet, ill. Colin már kivonja krappgyökérből az alizarint. - 1835 Laurent: antracén + salétromsav → antrakinon (az alizarin alapvegyülete, de persze nem hozta összefüggésbe az alizarinnal.)

festőbuzér

- 1833 Dumas: kőszénkátrányból vonja ki az antracént. - 1869-ben alizarin szerkezete! - Verseny az alizarin szintézisének megoldásáért: Perkin: 1869. jún. 26-án szabadalom, de Caro 1 nappal megelőzte! - Viszont Perkin ipari eljárása jobb volt Caroénál, mert az olcsó antracénből indult ki. - A BASF megvette Perkin szabadalmát is! - Az alizarin származékok esetében az antrakinon gyűrű további szubsztituenseket tartalmaz.

Az indigó és származékai Az indigó ősidők óta ismert csávafesték, melyet régen főleg a kelet Indiában honos Isatis tinctoria [festőcsülleng] nevű növényből nyerték. Később rájöttek arra, hogy a növény kivonatából levegő hatására kiváló, vízben teljesen oldhatatlan indigót, redukciós eljárásokkal, egy sárgás vegyület alakjában ismét oldhatóvá és csávafestésre alkalmassá tudják tenni (leukoindigó).

Az indigó laboratóriumi szintézisét Adolf Baeyer.

Adolf Baeyer

Azoszínezékek 1858 Johann Peter Griess felfedezte az aromás aminok diazotálását.

J. P. Griess

- 1877 metilnarancs: „heliantinként selyemfestésre, majd sav-bázis indikátorként. - Nitrit kimutatás naftil-amin + szulfanilsav: 1879 Griess és 1889 Ilosvay Lajos (1851-1936): fotometriás meghatározás! - 1877 krizoidin a selymet és gyapjút közvetlenül színezi - 1884 kongóvörös: pamut közvetlen festése („szubsztantív”)

Robbanóanyagok gyártása I. - Ókor és középkor: fekete („füstös”) lőpor: kén + salétrom + faszén, aminek hatását Berthollet káliumkloráttal növelte meg. - A haditechnika és a bányaipar, valamint az építkezések igénylik a hatékonyabb és kevéssé veszélyes robbanóanyagokat → 1840-es évektől rohamos fejlődés!

C.-L. Berhollet

P. Woulfe

- 1771 Peter Woulfe: fenol nitrálásával pikrinsav (színezék!)

- 1833 Henry Braconnot: cellulóz nitrálása - 1846 Christian Friedrich Schönbein: nitrálósav → LŐGYAPOT („füstnélküli lőpor”)! De mindenfelé robbanások a gyártás közben → Európában BETILTJÁK!!!

H. Braconnot C. F. Schönbein

Robbanóanyagok gyártása II. - 1846 Johannes Maynard: a cellulóz-nitrát alkoholos-éteres oldásával → kollódium: cukoregységenként valamivel több, mint két nitrátcsoportot tartalmaz. A kollódium jobban oldható szerves oldószerekben, mint a lőgyapot. Alkohol és éter 1:3 arányú elegyében például feloldódik. - 1846 Ascanio Sobrero olasz vegyész: glicerin nitrálásával glicerin-trinitrát („helytelenül: „nitroglicerin”).DE! Nagyon veszélyes, a legkisebb ütésre, melegítésre robban!!! - 1850 Emmanuel Nobel (a bakui kőolajipar fejlesztője) fiát Alfredot európai tanulmányútra küldi. Ő hozott hírt a csodálatos, de használhatatlan nitroglicerinről, aminek robbanó hatását Zinyin professzor kísérletileg is bemutatta. - 1863-ban a Nobel-család visszaköltözik hazájába Svédországba, hogy a glicerin-trinitrát gyártását megkezdjék III. Napóleon anyagi támogatásával több kísérleti üzemet is létrehoznak. - 1863 Alfred Nobel: indító gyújtás (higany-fulminát kis robbanásával) → még az ammónium-nitrát is fölrobbantható! - Nobelék gyártási kísérletei során több robbanás is bekövetkezett, Alfred egyik fivére meghalt, a másik megsérült. A svéd hatóság megtiltotta, hogy lakott terület közelében ilyen veszélyes munkát folytassanak → egy hajón rendeztek be egy kis üzemet.

Robbanóanyagok gyártása III. - 1867 Alfred Nobel: A glicerin-trinitrátot kovaföldben itatta föl – a DINAMIT könnyebben és biztonságosabban kezelhető robbanószer! + a salétromsav nyomait el kell távolítani. - A dinamit egy robbanóanyag, amelyet nitroglicerinből és abszorbensként kovaföldből (szilikagél, infuzóriaföld) készítenek.

- 1875 Nobel: robbanó zselatin = lőgyapot + glicerin-trinitrát - TNT („trotyl”): A trinitro-toluolt Joseph Wilbrand már 1863-ban fölfedezi, de robbanó hatására csak Häusermann figyel fel 1886-ban → az I. világháborúban használt robbanószer. - 1885 Eugene Turpin: trinitro-fenol (pikrinsav) → ekrazit: ütésre, tűzbe dobva sem robban fel. Indítótöltet szükséges. Kémiailag ez ammónium és fenolok/nitrofenolok keveréke.

Alfred Nobel

A gyógyszeripar születése • • • • • • • •

A beteg azt mondja: Fáj a torkom! Erre az orvos: Kr.e. 2000: Tessék, edd meg ezt a gyökeret! Kr.u. 1000: Az a gyökér pogány dolog, mondj el egy imát! Kr. u. 1850: Az ima babonaság, idd meg ezt az elixírt! Kr. u. 1940: Az az elixír kígyóolaj, nem tesz jót, nyeld le ezt a pirulát! Kr. u. 1985: Az a pirula hatástalan, vedd be ezt az antibiotikumot! Kr. u. 2008: Az az antibiotikum nem természetes! Tessék itt egy gyökér…

• Carl Duisberg ötlete nyomán szintetizálták egy festékgyári melléktermékből az anilin egyik egyszerű származékát, a fenacetint, amit 1888-ban a Fabernfabriken vorm. Friedrich Baeyer & Co. LÁZCSILLAPÍTÓKÉNT hozott forgalomba – a festékgyár első gyógyszeripari terméke. • 1853 Gerhardt: acetil-szalicilsavat állít elő, de lázcsillapítóként csak 1899-től gyártja a Baeyer (ASPIRIN) • 1878 Paul Ehrlich (1854-1915): a metilénkék szelektíven színezi az idegszöveteket és kimutatja a tüdőbaj kórokozóját!

•

A színezékek a különböző anyagokon eltérő mértékben adszorbeálódnak és ez szoros kapcsolatban van festőhatásukkal. Ehrlich (1887): „szelektív adszorpció elve”: a színezék vagy gyógyszer csak ott fejti ki hatását, ahol adszorbeálódik.

•

Ehrlich: bizonyos színezékek kórokozókat elpusztító tulajdonsága (pl. tripánvörös – álomkór kórokozóját öli meg).

•

1912 Ehrlich és Sachahiro Hata felfedezi a vérbaj gyógyszerét a „Salvarsan”-nak nevezett arzén vegyületet (a híres 606-os kísérlet!) Ehrlich a modern kemoterápia úttörője!

•

Domagk-nak 1932-ben sikerült Streptococcus-sal fertőzött egereket egy gyapjúfestésre gyártott azofestékkel, a Prontosillal meggyógyítani. A Prontosil a szervezetben redukálódva kettéhasad, s keletkező p-amino-benzol-szulfonamid a gyógyító vegyület!

•

1928: Fleming, Penicillin; 1955: első szintetikus antibiotikum

•

1961: Contergan-katasztrófa (teratogén, torzszülöttek)

A mérföldkövek a gyógyszerkémiában  1842 – 1847 : Éter, kloroform és N2O alkalmazása mint anesztetikum  1903 – 1912: Barbiturátok felfedezése és alkalmazása (altató, nyugtató és antiepileptikum)  1926: Inzulin előállítása kristályos formában  1927 – 1928: Aszkorbinsav izolálása  1934: Progeszteron szintézise  1940: Penicillinek elterjedése  1943: Az LSD felfedezése és szintézise  1953: DNS szerkezetének meghatározása  1958: Félszintetikus penicilinek előállítása  1962: Hatás – szerkezet összefüggés matematikai kezelése . Szent-Györgyi Albert . 1893-1986 Nobel-díj - 1937 .  2003: Az emberi genom megfejtése

A magyar gyógyszeripar fejlődése Gyógyszeriparunk Európában a legrégebbiek közé tartozik. Már 1867-ben működött gyógyszergyár Magyarországon. A hazai gyógyszeripar megteremtése Richter Gedeon (1872-1944) gyógyszerész nevéhez fűződik (Kőbányai Gyógyszerárugyár, alapítva 1907, mai Richter Gedeon Rt.), akinek első saját gyári készítménye az állati mellékveséből kinyert adrenalin volt, melynek oldata Tonogén® néven került forgalmazásra (a mai napig forgalmazott, ismert termékei: Hyperol (hatóanyaga: karbamid-hidrogén peroxid), Kalmopyrin (hatóanyaga: kalciumacetilszalicilát).

OH NH (R) HO OH

adrenalin

Richter Gedeon

A magyar gyógyszeripar fejlődése A Chinoin Gyógyszer és Vegyészeti Termékek Gyárát (1913-ban vette fel ezt a nevet) Wolf Emil alapította 1910ben Alka Vegyészeti Gyár néven, akit jelentős személyes és szakmai kapcsolatok fűztek a magyar szerves kémia alapítójához, Zemplén Gézához. A Chinoin-gyár kezdeti gyógyszertermékei között találjuk a johimbint, az atropint stb., a későbbiekben pedig a húgyhajtókat, az altatókat, a szulfonamidokat, antidiuretikumokat, a hormonokat, a vitaminokat, stb. A II. világháborút követően ugyancsak itt oldották meg a penicillin ipari termelését.

Wolf Emil 1886-1947

Zemplén Géza 1883-1956

A magyar gyógyszeripar fejlődése 1912-ben alapították a Phylaxia Szérumtermelő Rt.-t., amely az első állatgyógyászati oltóanyagokat, valamint laboratóriumi diagnosztikumokat előállító intézet volt. Az idő előrehaladtával egyre nagyobb teret nyert az embergyógyászatban is az állati immunszérumok terápiás alkalmazása (pl. diftheria, tetanusz) a gyógykezelésben, így végül is a Phylaxiából 1954-ben kivált az ezzel foglalkozó Human Osztály (szérumokat, vakcinákat gyártottak) és HUMAN Oltóanyagtermelő és Kutató Intézet néven önálló vállalattá alakult . Az 1913-ban alapított Egyesült Gyógyszer-és Tápszergyár (Egyt) az ipari méretű tápszergyártás hazai megteremtője. Fenállásának első 20 évében csak gyermektápszereket, malátakészítményeket és galenikus preparátumokat állított elő. 1985-ben felvette az EGIS nevet. A névváltoztatás fő indoka az volt, hogy az EGYT-t sok külföldi partner egyiptomi cégnek hitte. (Az EGIS a görög aigis szóból ered, mely Pallasz Athéné pajzsára utal és a védelem szimbóluma). Ismertebb sikeres készítményei: Radipon, Germicid.

A magyar gyógyszeripar fejlődése Magyarországon a tiszavasvári (akkori Büdszentmihály) Alkaloida és Vegyészeti Gyár alapítása (1927) Kabay János gyógyszerész nevéhez fűződik, aki az értéktelen mákszalmából a morfin kinyerésére világszabadalmat dolgozott ki. Az 1996. augusztus az ICN (Internacional Chemicals Nuclears) Pharmaceuticals Incorporated lett a tulajdonosa, majd 2005-ben az indiai székhelyű SUN Pharmaceuticals Industrial Ltd vásárolta meg, azonban ekkor visszakapta eredeti nevét!

Kabay János

(1896-1936)

A magyar gyógyszeripar fejlődése A penicillin nagyüzemi előállítására létesítették 1952-ben Debrecenben a BIOGAL Gyógyszergyárat (eredeti nevén Hajdúsági Gyógyszergyárat, amely a Rex Gyógyszerüzemmel 1963-ban egyesülve vette fel az említett nevet). Mai neve: TEVA Magyarország Zrt.; a debreceni Biogal és a gödöllői Human gyógyszergyár mellett az egykori Humanpharma és Humantrade gyógyszerforgalmazó vállalatokból jött létre 1993-ban. A több mint száz éves TEVA, a világ vezető innovatív generikus gyógyszervállalata. Magyarország a TEVA európai gyártási és kutatásfejlesztési központja. Hazai hatóanyaggyártásunk fő felvevő piaca az Európai Unió és az Amerikai Egyesült Államok.

A magyar gyógyszeripar fejlődése A magyar gyógyszeripar a II. világháború után A második világháború az exportra és az alapanyag-behozatalra is negatív hatással volt. A világháború után mind a kutatás, mind a gyártás területén jelentős visszaesés következett be, a lemaradás elkerülhetetlen volt a háborút közvetlenül nem tapasztaló országokhoz képest. A gyógyszeripar 1948. évi államosítása teljesen megváltoztatta a termelés és kutatás szerkezetét. Az 1950-és és az 1960-as években alakultak ki azok a gyógyszergyárak, amelyek tulajdonképpen a mai gyógyszerpiacon a vezető hazai gyógyszergyárak közvetlen elődeinek tekinthetők (Richter, Egis, Chinoin, Biogal, Human, Alkaloida). A kisebb üzemeket felszámolták (1939-ben még 40 gyógyszergyár, ill. gyógyszereket előállító laboratórium működött), illetve nagyobb egységekbe tömörítették, s a Gyógyszeripari Egyesülés keretében öt gyógyszergyár működött tovább: a Chinoin, a Kőbányai Gyógyszerárugyár (azaz 1951-ig a Richter-gyár, a Kőbányai Gyógyszerárugyár külföldön mindig Richter Gedeon Rt. néven szerepelt.), az Alkaloida, a Wanderből alakult Egyesült Gyógyszer és Tápszergyár (EGYT), valamint a korábban a német I. G. Farbenindustrie budapesti leányvállalataként működő Magyar Pharma Gyógyszergyár. Ez utóbbi szovjet, majd magyar tulajdonba ment át, telephelyén pedig új létesítmény, a Reanal Finomvegyszergyár kezdte meg működését. A Reanal a legmagasabb igényeket is kielégítő laboratóriumi vegyszereket, biokemikáliákat készített.

A magyar gyógyszeripar fejlődése Az államosítást követően gyógyszergyártásunk elsődleges feladata a hazai gyógyszerpiac igényeinek a kielégítése lett. Az 1950-es években megkezdték a kor legfontosabb gyógyszereinek (pl. antibiotikumok, szteroidok, gümőkór elleni szerek, daganatos betegségek gyógyszerei, vitaminok) a gyártását. Ehhez jelentős kutatási kapacitásokat kellett létrehozni és működtetni, nemcsak az originális (első ízben előállított új hatóanyagból gyártott) termékekre, hanem az eljárási szabadalmakra (1994-ig ez volt érvényben) és a technológiai kutatásokra is koncentrálva. Az originális és generikus (a szabadalmi védettség lejárta után gyártható hatóanyagú "hasonmás") termékek mellett jelentős helyet foglaltak el az ún. reprodukciós (kerülő-eljárással előállított) gyógyszerek is. Az 1960-as évek első felére szinte mindegyik vállalatnál rekonstrukciót terveztek, megkezdődhetett a háború utáni első nagy beruházás, az épületek felújítása, új termelőüzemek létesítése, gyártósorok modernizálása, stb.. A magyar gyógyszeripar 1965-ben termelésének több mint 60%-át a világ 70 országába exportálta, bár exportlehetőségei elsődlegesen a szocialista országokba és a Távol-Keletre irányultak. A kelet-európai piacok ekkor váltak a magyar gyógyszeripar hagyományosan jó exportpiacaivá, mivel a KGST-n belül a magyar gyógyszergyártás kiemelt szereppel bírt. Az exportcikkek nagy része reprodukciós és generikus termék volt. A hazai ágazatok közül a gyógyszeripar számított az egyik legnemzetközibbnek, mégis a világgazdasági folyamatokhoz képest a lemaradás tetemes volt.

A magyar gyógyszeripar fejlődése Az 1970-es években a magyar gyógyszeripar fokozatosan kezdett a világ gyógyszeriparának vérkeringésébe becsatlakozni, amihez hozzájárult, hogy 1975-ben bevezették a GMP minőségellenőrzési rendszert. A Good Manufacturing Practice szabályos gyógyszergyártási gyakorlatot jelent, a gyártáshoz kapcsolódó irányelveket rögzíti. Előírja, hogy a gyógyszert megfelelő anyagokból, megfelelő technológiával, alkalmas eszközökkel kell gyártani, minőségét megőrző módon kell csomagolni és tárolni, minőségét ellenőrizni kell, a gyártás minden folyamatát írásban rögzíteni szükséges. A legnagyobb magyar gyógyszervállalatok képessé váltak az együttműködésre a fejlett országok gyógyszergyártóival, mind az originális vegyületek közös kifejlesztése, mind a licenc megállapodások terén. Eredményes együttműködés alakult ki többek között a svájci Ciba és Sandoz, a belga Jansen, a német Bayer és más gyógyszergyárakkal. Ebben az időszakban fejeződtek be a nagy gyógyszeripari rekonstrukciós programok. A gyárakban a diverzifikáció volt a meghatározó irányzat, ami azt jelentette, hogy szinte mindegyik cég foglalkozott a gyógyszereken kívül más rokontermékkel is, mint pl.: növényvédőszerek, kozmetikumok, finomvegyszerek, tápszerek, állatgyógyászati termékek stb. gyártásával. Erre az időszakra tehető pl. a Richtofit termékek elindítása is.

A magyar gyógyszeripar fejlődése Ebben a korszakban indul el egy újabb magyar gyógyászati sikertörténet, a Béres csepp. 1972-ben Dr. Béres József (1920 - 2006) agrármérnök megalkotja a nyomelemeket komplex formában tartalmazó humángyógyászati készítményt, a későbbi Béres cseppet. 1976-ban megtörténik a készítmény szabadalmi bejelentése, 1978-ban pedig kereskedelmi forgalomba kerül a Béres csepp.

A korszak kiemelkedően sikeres originális készítményei: No-Spa, Libexin (bevezetés éve: 1963) (Chinoin) Jumex (bevezetés éve: 1980) (Chinoin) Osteochin (bevezetés éve: 1989) (Chinoin) Cavinton (bevezetés éve: 1977) (Richter) Grandaxin (bevezetés éve: 1982) (Egis), Hevizos (bevezetés éve: 1987) (Biogal)

Osteochin

A fejlesztések számos esetben egyetemi kutatóhelyek (pl. a Budapesti Műszaki Egyetem) bevonásával történtek (pl. Cavinton, Jumex, Osteochin). A Jumex további kiválóságához tartozik, hogy a második világháború utáni korszak első kelet-európai gyógyszere, amelyet az USA-ban is forgalmaztak.

A magyar gyógyszeripar fejlődése Magyarország gyógyszeripara a kilencvenes években A kilencvenes évekre jellemző a vállalatok profiljának letisztulása. A diverzifikációs üzletágakat megszüntették vagy eladták, kizárólag humán gyógyszerekkel foglalkoznak. A rendszerváltást követő években, 1992-ben és 1993-ban a termelésben hanyatlás volt tapasztalható, melynek egyik fő oka, hogy az import liberalizációjának eredményeként a magyar gyógyszerek hazai fogyasztásának aránya hirtelen lecsökkent. Másrészről pedig, a térségben bekövetkezett változások, a rubelről dollárra való elszámolásbeli változás, a közép- és kelet-európai piaci lehetőségek romlása a magyar gyógyszeripart hátrányosan befolyásolta. 1994-ben az eljárás-szabadalomról a termék-szabadalomra való áttérés szintén nagy változást hozott a kutatás-fejlesztésben, a termékportfóliókban. 1989-ben megalakul napjaink gyógyszeriparának újabb nagy szereplője a Béres Rt. a Béres-csepp gyártására. 1993-ban kezdi el a pezsgőtabletták gyártását, 1998-ban pedig betör a multivitaminok piacára a Béres Activál termékével. 1998-2000 között a termékpaletta tovább bővül (Béres Csonterősítő, stb.). A cég nagy állomását jelenti 2000. január 27.-e, amikor Béres József (1920-2006) találmányát, a Béres Cseppet az Országos Gyógyszerészeti Intézet gyógyszerként törzskönyvezi. Ez az első termék a világon, amely a gyógyhatású készítmény kategóriából gyógyszerré, ráadásul hazánkban elsőként úgynevezett roboráló gyógyszerré válik. Az 1990-től bekövetkezett változások egyik legfőbb eleme a cégek privatizációja volt. A magyarországi gyárak mindegyikét 1991-1996 között privatizálták, mely során a külföldi tőke dominanciáját megjelenítő tulajdonosi szerkezet alakult ki. Az elsőként privatizált vállalat a Chinoin volt. Az Országos Gyógyszerészeti Intézet (OGYI) 2002. novemberi adatai szerint Magyarországon 54 vállalkozásnak van gyógyszergyártási engedélye. A kisebb (50 fő alatti) vállalatok főként generikus gyógyszerek gyártásával foglalkoznak.

Gyógyszergyártás Magyarországon Magyarországi gyógyszergyártás napjainkban

A gyógyszergyártás Magyarországon főként generikumok (az eredeti készítmény szabadalmának lejárta után bárki által szabadon gyártható gyógyszer) gyártására szakosodott, azonban emellett a hazai gyártók nagy hangsúlyt fektetnek az eredeti vegyületek, az ún. originális molekulák, hatóanyagok kutatására, illetve a különböző kémiai eljárások fejlesztésére is. A magyar gyógyszeripar legalább 20 originális gyógyszer kifejlesztésével büszkélkedhet. Többségüket Magyarországon és a közép-kelet-európai országokban hozták forgalomba, egy részüket azonban stratégiai partnerekkel közösen fejlesztették ki és vezették be, például az USA-ban, Nyugat Európában és Japánban. Mivel az originális fejlesztés sok időt (10-12 év) és rengeteg pénzt (kb. 900 millió Eur/ készítmény) emészt fel, ilyen tevékenységet legtöbbször csak tőkeerős partnerrel együttműködve lehet végezni. A magyar gyógyszeripar 2013. évi eredményei •a foglalkoztatottak száma minimálisan (0,8 %-kal) nőtt az előző évhez képest, a létszám 13.741 főre módosult, a K+F területén alkalmazottak aránya 14.5 %-ra csökkent, •a 2013. évi árbevétel első ízben volt alacsonyabb az előző évinél (98,7 %). Ennek oka a belföldi értékesítés mintegy 9 %-os csökkenése, melyet az export 1,3 %-os növekedése sem tudott ellensúlyozni. Utóbbi részaránya is nőtt, az árbevétel 83,7 %-a került exportra, •az államnak történő befizetések 5.6%-kal nőttek az előző évhez képest, a hazai gyógyszergyárak befizetése 72 MdFt-ra emelkedett, •a kutatás-fejlesztésre fordított kiadások az előző évhez képest több mint 11 %-kal voltak magasabbak, 68,3 MdFt-ra nőttek, •a beruházások tekintetében nagyobb mértékű csökkenés volt tapasztalható, az előző évi 79,5 MdFt-tal szemben a gyógyszeripar 2013-ban 61 MdFt-ot fordított beruházásra. http://www.magyosz.org/hu/oldal/a-magyar-gyogyszeriparrol

Polimerek, műanyagok

Természetes polimer: kaucsuk • 1656 John Tradescant: felfedezi a maláji kaucsukfák nedvéből nyert nyers guttaperchát. • 1735 Charles Marie de la Condamine a Francia Tudományos Akadémia perui expedíciójának vezetőjeként nagyobb mennyiséget hoz haza kísérleti célra.

• 1751-ben előadást tart az akadémián: az indiánok a kaucsukfa (Havea brasiliensis) kérgét bevágták, kifolyó tejszerű nedvét edényekbe gyűjtötték („latex”). Ebbe farudat mártottak, amit tűz fölé tartva jutottak a rugalmas anyaghoz („kaucsuk”). • 1770 Priestley: a kaucsuk radírgumiként használható. • 1763 és 1768: Macquert: a kaucsuk oldható terpentinben, ill. éterben. • 1791 Samuel Peal: vízhatlan szövet és cipő, de üldögélés közben a székhez ragadt és hidegben, ill. napfényen törékeny!

• 1820 Thomas Hancock: kaucsukhengerlő és vágógépek • 1823. jún. 17. Charles Macintosh: szénkátrány termékekben a kaucsuk feloldható, s a textíliák felületén az oldószer elpárolgása után vékony kaucsukréteg marad. Két textíliát összepréselve közötte vízhatlan réteg alakul ki!

Condamine

A gumi • 1841 Charles Goodyear (1800-1860): VULKANIZÁLÁS ként és ólomfehér festéket adott a kaucsukhoz és véletlenül túlhevítette. Rugalmas anyag keletkezett (mivel a kénből kialakuló diszulfid hidak összekapcsolták a láncokat), ami télen se válik törékennyé → GUMI! Több kén → keménygumi („ebonit”). • 1860 Charles Greville Williams: kaucsuk száraz desztillációja → IZOPRÉN. Még nem tudták, hogy a kaucsuk poli-izoprén, aminek a rugalmasságát a szén tetraéderes szerkezete miatt kialakuló hosszú, zegzugos láncok okozzák. • 1845 Robert W. Thomson: pneumatikus gumikerék! • 1870 körül gumikerekű kerékpár és lovaskocsi. • 1846 Kölle Károly és Jung: Első Magyar Ruganymézga Gyár • 1890 Magyar Ruggyantaáru gyár • Guttaperchaból nem lehet rugalmas gumit csinálni, de parafatörmelékkel melegen összehengerelve: műanyag lapok! • Megpróbálták máshol is termeszteni a gumifát (Brazíliában halál várt a csempészekre!). • 1873-ban a Brit Kelet-Indiai Társaság 2000 magot juttat el a Kew Gardenbe → csíráztatás → India, de az éghajlat nem megfelelő!

Ch. Goodyear

R. W. Thomson

A műgumi • 1879 Gustave Bouchardat: izoprénből savval ragacsos, gumiszerű termék keletkezik • 1901 Ivan Lavrentevics Kondakov (a prágai egyetem professzora): fém nátriummal metil-izoprénből kaucsukszerű anyag • 1907-1909 Fritz Hofmann: izoprén polimerizációjával vulkanizálható gumi. A német vegyipar az első világháború alatt (a természetes kaucsuk hiányában, viszont az izoprén előállítására alkalmas nagymennyiségű aceton birtokában) ezen az elven állított elő metilizoprénből „metil-kaucsuk”-ot, de minősége meg sem közelítette a természetesét! • 1903 Vlagyimir Nyikolajevics Ipatyev: etil-alkohol → butadién, amit Szergej Vasziljevics Lebegyev még egyszerűbbé tett. • 1915 A BASF vegyészei: butadién fémnátriummal segített polimerizációja BUNA (butadién+Na) műkaucsuk. • 1930 Wallace Hume Carothers és Julius Arthur Nieuwland az amerikai Du Pont laboratóriumában: KLOROPRÉN → polimerizációjával → NEOPRÉN műkaucsuk (1932-től). • Carothers kidolgozta az EMULZIÓS POLIMERIZÁCIÓ módszerét, ami más műanyagok gyártásánál is alkalmazható.

F. Hoffman

OH + HO

J. A. Nieuwland

Al2O3/ZnO 400-500 oC

Cellulóz alapú műszálak • A vegyipar a műanyagból készült textíliák létrehozásával rótta le háláját a textiliparnak… (valójában persze gazdasági szükségszerűség: olcsó hulladék cellulózból műszál gyártás!) • 1844 John Mercer: cellulóz+cc. NaOH+nyújtás→ fényesebb és könnyebben festhető szál („hidrátcellulóz”, „mercerizálás”) • 1884 Lous Marie Hilaire de Chardonnet: első műselyem textilipari pamuthulladék + nitrálóelegy + alkoholos-éteres oldás → kollódium, amit szálhúzófejen át vízbe, majd 1889-től ammónium-szulfidba préselt, de így is TŰZVESZÉLYES!

• 1857 Matthias Eduard Schweizer: a cellulóz réz• sók ammóniás vizes oldatában oldódik, ebből 1890-ben F. Despaissis kénsavas fürdőben húzott szálat („réz-oxidműselyem”) - drága! • 1865 Paul Schützenberger: cellulóz-acetát, 1921-ben a Dreyfuss testvérek Angliában és az USA-ban: „acetátműselyem”, de még ez is DRÁGA! • 1892-1895 Charles Frederick Cross és Edward John Bevan: viszkóz műselyem (még a XX. sz. második felében is gyártják!) – cellulóz+NaOH+oldás CS2-ban →cellulóz-xantogenát Na-sója (sárgás, viszkózus) 10%-os NaOH-ban oldva, majd kénsavoldaton átpréselve → finom, fényes szál!

J. Mercer

de Chardonnet

Szintetikus műszálak • 1932-1935 Wallace Hume Charoters (a NEOPRÉN műkaucsuk előállítója) az amerikai Du Pont cég 27 millió dolláros befektetése segítségével az első poliamidtípusú műszál: adipinsav + hexametilén-diamin → „NYLON 66” (a név eredete nem tisztázott - New York Pylon ?)

• 1938: NYLONHARISNYA! • 1938-1952 Schlanck - I. G. Farbenindustrie kaprolaktám kondenzációja → „PERLON”

• 1941-1950 Du Pont: poli-akril-nitril („ORLON”) • 1939-ben John Rex Whinfield és J. T. Dickinson a Calico Printers Association cégnél: tereftálsav + etilén-glikol → első poliészter: „TERILÉN”, melyet a német I. G. Farbenindustrie működésének ellensúlyozására létrehozott angol Imperial Chemical Industrie (ICI) 20 millió font befektetésével fejlesztett termékké 1946-ra.

Egyéb műanyagok • 1860 F. Walton: pamutszövetre lenolaj → megszáradás után LINÓLEUM (1864-től ipari méretű gyártás • 1897 Adolf Spiteler: kazeinből formaldehiddel → MŰSZARU • 1905 Leo Hendrik Baekeland (1863-1944) az USA-ba áttelepült flamand vegyész: BAKELIT, az első valódi szintetikus műanyag (első fenol-formaldehid műgyanta), mely kitűnő elektromos szigetelő. Baekeland 1907-ben magáról nevezte el, 1908: szabadalom! Fenol + formaledhid polimerizálása → Bakelit A → hevítésekor megolvad → Bakelit B → formákba sajtolva térhálós, hőre nem lágyuló Bakelit C • 1912 Fritz Klatte: p-vinil-acetát, hidrolízisével p-vinil-alkohol

L. H. Baekeland

Egyéb műanyagok • 1935 Feretti: a tejből előállított kazein oldása NaOHban → szálképző fej → savas fürdőben kicsapás → formaldehiddel keményítés → MŰGYAPJÚ • 1928 Herbert Rein és Hubbert: PVC (poli-vinilklorid), de szükség volt a lágyítók és a fröccsöntés feltalálására → tömeggyártás csak 1935-től – cső, padló stb., de égéskor HCl! • 1928 német, angol, amerikai és francia kutatók egyidejűleg(!): akrilsav polimerizációjával törhetetlen „PLEXIÜVEG” • 1930 polisztírol (poli-vinil-benzol) • 1935 ICI: polietilén, 1952-54: Karl Ziegler: alacsony nyomáson

• 1937-től Farbenfabriken Baeyer: poliuretán (ma habosítva) • 1943 Du Pont: atombombához TEFLON (politetrafluor-etilén) • 1976 „Kevlar”: golyóálló mellényekhez

Szilikon-alapú műanyagok • 1901 Kipping: különféle szilánok előállítása Grignard reakcióval és a klórszilánok hidrolízisével polimerek • 1940-es évek: a szilikonok kereskedelmi termékekké válnak, miután a szilikon gyanták hőstabilitása és elektromos ellenállása ismertté válik és Rochow a General Electric-nél közvetlen módszert dolgoz ki a szilíciumból és metilkloridból való előállításukra. • Gyakorlati felhasználásuk pl.: • Extrém hideg- és melegtűrés → űrkutatás • Nagy elektromos ellenállás → elektromos szigetelők • Víztaszító jelleg → szigetelés, vízálló bevonatok és ragasztók az építőiparban • Biokompatibilitás implantáttumok, gyógyszerészeti és gyógyászati eszközök

Kőolaj, földgáz • Mai civilizációnk a fosszilis energiahordozók fölhasználására épül, amiket az emberiség ősidők óta ismer. • Felhasználásuk azonban a XVIII-XIX. sz. előtt nagyon korlátozott volt (pl. világítás, szigetelés). • 1830 körül: első kézi erővel működtetett fúrótornyok (merítés, szivattyúzás). A kőolajat egyszerű folyamatos desztillálással néhány frakcióra bontották és a paraffint ill. petróleumot világításra használták. • 1841 Ohio: egy kősótelep feltárásának próbafúrásakor olaj és sós víz keveréke. • Samuel M. Kier (120-150 m!) mélyfúráskor kapott olajjal szennyezett kősója eladhatatlan, csőd fenyegeti, ezért gyógyszerként hozza forgalomba (a petróleumot ekkoriban használták „gyógyításra”). A „természetes” eredet hangsúlyozására a fúrótorony képét is rányomatta az üveg címkéjére. Georg H. Bissel ötlete: az olajat mélyfúrással kell felhozni: 1854 Pennsylvania Rock Oil Company (a világ első olajcége). • 1855 Benjamin Silliman (Yale Egyetem prof.): mintát kap Bisseltől és dolgozat a kőolajvizsgálatok eredményeiről • Bissel megbízza Edwin Drake-et a kőolajforrás feltárásával - 1859. aug. 27. a világ első mélyfúrásos kőolajfeltárása! • 1870 John Rockefeller: Standard Oil szervezése

Kőolajfinomítás 1855 Kier: Az első ipari kőolajdesztilláló egyszerű, henger alakú üst, amibe 300-800 liter olaj fért. Szakaszos lepárlás és a robbanásveszélyes, haszontalannak ítélt benzint eltávolították... A főpárlat a világítóolaj, a maradék a fűtőolaj. 1871: 2 tartály összekötve csővel, a fölsőben desztillálták ki az alacsony forráspontú vegyületeket, majd az alsóba folyatva a petróleumot→néhány napig folyamatosan működött („deflegmáció”)! 1875-ben már a desztillálók egész sorát kötötték össze és az egyik tartályból a másikba való átfolyást csövekkel biztosították. 1881-ben a Nobel-család bakui kőolajlepárlója már 17 egységből ált.

A robbanómotorok • • • • • • •

1861 Nikolaus August Otto: négyütemű gázmotor. 1881-ig Wilhelm Maybach, Gottlieb Wilhem Daimler és Otto együtt dolgozott → 1885: első motorkerékpár! 1886 Carl Friedrich Benz ill. Maybach és Daimler (függetlenül) megkonstruálja az első gépkocsit! 1892 Gottlieb Wilhelm Daimler: gyújtógyertynélküli „Diesel-motor” 1893: szabadalom 1897-től gyártás!

Műbenzin • 1862 Amerika: fűtőolajból hőbontással petróleum – KRAKKOLÁS! • XX. sz.: az olcsó gáz-, majd elektromos világítás miatt kevés petróleum kell, viszont a közlekedéshez egyre több benzin. • Az oleffintartalmú krakkgázok polimerizálásával →„polimerbenzin” (1932: Ipatyev és H. Pines) • 1912 Friedrich Bergius ötlete: szén+hidrogén → szénhidrogén, és már 1916-tól az ipari megvalósítás lehetőségét vizsgálja, de a gyakorlati nehézségek miatt az I. G. Farbenindustrie csak 1927-ben kezdi meg a cseppfolyós üzemanyagok gyártását → • 1935: benzin előállítás. • Varga József (181-1956): barnaszén is használható erre! • 1923-1925 Francz Fischer és Hans Tropsch: a szén elégetésével termelt hőt („melegre fúvatás”) használták fel az izzó kokszra fúvatott vízgőz endoterm reakciójához („hidegre fúvatás”) → VÍZGÁZ. A CO és a H2 arányát a CO egy részének CO2-dá alakításával és annak eltávolításával az adott szintézishez szükséges arányra állították be SZINTÉZISGÁZ → MŰBENZIN, METANOL stb.

Aromás szénhidrogének (BTX frakció) • Az aromás szénhidrogének közül a benzol (B), toluol (T) és a xilolok (X) a széleskörű átalakíthatóságuk miatt kiemelkedő szerepet töltenek be a szerves vegyiparban.

• Az egyéb kondenzált policiklusos származékok (naftalin, antracén, stb.) szerepe elhanyagolható. • A benzol számos értékes kiindulási vegyületté alakítható tovább: sztirol, kumol, ciklohexán, adipinsav, anilin, stb.

BTX frakció termelési adatai a

amillió

tonna/év

K. Weissermel and H.J. Arpe?: Industrial Organic Chemistry; Wiley, 1997

• Az 1970-es évek közepéig benzol volt a legfontosabb vegyipari alapanyag, azonban a propilén felhasználás növekedésével jelentőségük csökkent, de a benzol még mindig a harmadik legfontosabb vegyipari alapanyag: • Benzol: 6,69 millió tonna/év (2015) – Nyugat-Európa • Propilén: 14,6 millió tonna/év (2015) – Nyugat-Európa • Benzolból mintegy 40 millió tonnát használ fel a vegyipar évente! (2010) http://www.petrochemistry.eu/about-petrochemistry/facts-and-figures/capacity-and-production-data.html

Benzol

A BTX frakció komponenseinek előállítása, forrásai

• Kisebb szénatomszámú vegyületekből történő felépítésük lehetséges, azonban nem gazdaságos. M. Berthelot, C. R. Hebd, Seances Acad. Sci., (1866), 62, 905 W. Reppe, O. Schlichting, K. Klager, T. Toepel, Justus Liebigs Ann. Chem.,(1948), 560, 1 K. Peter C. Vollhardt, Acc. Chem. Res., (1977), 10(1), 1 • A fosszilis tüzelőanyagokból (szén, olaj) történő izolálásuk nem gazdaságos, mivel rendkívül kis mennyiségben találhatóak meg benne. • A fosszilis tüzelőanyagokból (szén, olaj) történő izolálásuk nem gazdaságos, mivel rendkívül kis mennyiségben találhatóak meg benne. • Az aromás vegyületek hozzáférhetőségére négy módszer ismert: • A kőszén kokszolásával. • Katalitikus reformálás: az alapvetően paraffinokból, nafténekből és kis mértékben aromás vegyületekből álló alapanyag molekulái egy adott hőmérséklet és nyomás mellett platina-rénium, vagy platina-iridium stb. katalizátoron keresztülvezetve átrendeznek . • Vízgőzös krakkolás: A vízgőzös krakkolás (steam cracking) egy pirolízis eljárás, amikor szénhidrogéneket gőz jelenlétében olyan hőmérsékletre hevítenek, hogy a szénhidrogén molekulák termikusan bomlanak. • Hidrodealkilezés: Az alkilezett aromás szénhidrogéneket (pl: toluol, xilol) oxidkatalizátorok (Cr2O3, Mo2O3) jelenlétében, 5-600 °C-on és 30-50 bar H2 nyomáson benzollá dezalkilezik

Aromás szénhidrogének a kinyerése a kőszén kokszolása során. A kőszén felhasználása az energia előállításában egyre kevésbé jelentős mivel földgázból, fűtőolajból az olcsóbban és kisebb környezetszennyezéssel lehet előállítani. Emellett a belőle nyerhető vegyipari alapanyagok is a kőolajból állítódnak elő, jóllehet a technológia rendelkezésre áll. Azonban a koksz, mint kohászati alapanyag továbbra is kőszénből készül. • A kőszén, egy üledékes kőzet, amely hőmérséklet- és nyomásnövekedés hatására, betemetett növényi anyagból jött létre. Kémiailag nem egységes, szénhidrogéneken kívül O-, S-, N-tartalmú vegyületeket is tartalmaz. A benne lévő policiklusos aromás vegyületek móltömege 3000 – 500000 között van, és hő hatására „depolimerizálhatnak”. • Kokszolás: szénlepárláson vagy a szén kigázosítása során a szén levegő kizárásával végrehajtott hevítését, kigázosítását értjük, melynek során koksz-gáz, koksz-víz, kátrány valamint a koksz. A folyamat során a szén 350 - 480 °C között a meglágyul és a keletkező gázok felfújják. A folyamat ~ 900 °C-on ér véget, és a szén minőségétől és a kokszolókamra méretétől függően 14 – 20 órát vesz igénybe. • 1000 kg feketeszénből átlagosan 730 kg koksz, 435 m3 kokszkemencegáz, 36 kg kőszénkátrány, 11 kg benzol és 2,4 kg ammónia keletkezik.

• A kokszgázból az aromás komponensek kivonása történhet valamilyen magas forráspontú oldószerrel történő mosással, vagy aktív szénen történő adszorpcióval. • Az aromás komponensek desztillációval, vagy deszorpcióval nyerhetőek ki. • A telítetlen szénhidrogének és a N- és S-tartalmú vegyületeket kénsavas mosással, vagy katalitikus hidrogénezést kivetően könnyen elválaszthatóak. • Kokszgáz „extraktum” összetétele: Komponens

Mennyiség (%)

Könnyű olaj

2

Benzol

65

A kőszénkátrány frakcionál desztillációja Mennyisége Fő komponens Fp határ (C)

Toluol

18

180

Könnyű olaj

<3

BTX aromások, piridin bázisok

Xilol

6

210

Fenol olaj

<3

Fenolok

Etilbenzol

2

230

Naftalin olaj

10 – 12

Naftalin

Polikondenzált aromások

7

290

Mosó olaj

7–8

Metilnaftalinok

400

Antracén olaj

20 – 28

Antracén, fenantrén, karbazol

>400

Gyanta

50 - 55

• A koksz-víz mintegy 0.3 v/v%-ban tartalmaz fenolokat, melyeket extrakcióval lehet eltávolítani (benzol vagy butil-acetát segítségével). Ennek legnagyobb része fenol (52 v/v %) a a többi krezol és egyéb fenolszármazékok keveréke. • A kőszénkátrány számos fontos policiklusos aromás vegyületet tartalmaz, melyek desztillációval nyerhetőek ki, és további tisztítási műveletekkel (extrakció, kristályosítás) kaphatóak tiszta formában.

A BTX frakció kinyerése/előállítása a kőolaj feldogozás során • 1949-ben az USA-ban felhasznált benzolt teljes mértékben kőszénkátrányból nyerték, azonban az 50-es évek végére már 50 % alá csökkent ennek a részesedése. 1970-es évek elején kevesebb mint 6 %, míg az ezredfordulóra 1% alá esett. • A benzol fő forrása a pirolízisgáz, a könnyűbenzin reformálása, toluol dealkilezése és a toluol diszproporcinálása. • Európában és Japánban a benzol és a toluol fő forrása a pirolízis benzin. A xilol esetében is ez a fő forrás, azonban probléma az elválasztás az etilbenzoltól. • Az USA-ban 33%-a, míg Európában 60 %-a a benzolnak a pirolízis benzinből származik!

• A katalitikus reformálással kapott elegyben 50 – 55 % toluol, 30 – 35 % xilol (xilolok) és mindösszesen 10 – 15 % benzol van. • A toluol jól használható oktánszám növelésre, és kevésbé toxikus mint a benzol! • A toluol nagy részét hidrodealkilezéssel benzollá alakítják át: 2009-ben a toluol 82%-át hidrodealkilezték! • Az USA-ban a hidrodealkilezés mellett a diszproporcionálás a jelentősebb forrása a benzolnak. • A diszproporcionálás főterméke a p-xilol, ami a tereftálsav előállítására használható – lásd PET!

Benzin aromás tartalma – magasabb oktánszám! • 1995 előtt a benzin ~3% benzolt tartalmazhatott és az összes aromás komponens 36%. • 1995-től az USA-ban maximum 1 % benzol, és az összaromás tartalom nem lehet több mint 25%! Következmény: a benzol fő felvevő piaca a vegyipar! Benzol vegyipari felhasználása (millió tonna/év)

Katalitikus reformálás • A reformálás alapvető célja a közép- és nehézbenzinek aromás tartalmának a növelése. • Magasabb oktánszám, de az előírások miatt közvetlen nem alkalmazható. • Alkalmazható nagy oktánszámú motorbenzin keverőkomponensként, ill. egyedi aromások gyártásához (benzol, toluol, xilolok: BTX) alapanyagként. • Aromás szénhidrogének előállíthatók a velük azonos szénatomszámú nafténekből vagy paraffin szénhidrogénekből. • A folyamat fő reakciói: • Dehidrogéneződés

• Dehidroizomerizáció

• Dehidrociklizáció

endoterm folyamat

endoterm folyamat

endoterm folyamat

Az aromás szénhidrogének képződése növelhető a hőmérséklet emelésével, a hidrogén/szénhidrogén mólarány csökkentésével, és a nyomás csökkentésével.

Katalizátorok: általában γ-alumínium-oxid-hidrát módosulaton és/vagy zeolit hordozón, 0,3-0,6 m/m%-nyi mennyiségben egyenletesen eloszlatott platinát, vagy a platina mellett más fémeket (pl.: rénium) is tartalmazó (kétfémes katalizátorok) katalizátorok. A fém komponense(i)k a hidrogénező-dehidrogénező, míg a hordozó (savas jellegénél fogva) a vázátrendeződéssel járó reakciólépéseket katalizálja. A katalizátorok 12 mm átmérőjű, 5-10 mm hosszú extrudátum vagy 1-2 mm átmérőjű gömböcskék formájában készülnek nagy fajlagos felülettel (150-400 m2/g). Néhány kombináció: a. 0,2-0,4 % platina + 0,15-0,5 % rénium, b. 0,15-0,4 % platina + 0,1-0,3 % rénium és/vagy 0,15-0,5 % ón vagy irídium. A katalizátorok általában tartalmaznak 0,6-1,2 % szerves, elsősorban halogéntartalmú vegyületeket is, amivel az alkalmazott katalizátor savasságát (vázátrendező képességét) lehet szabályozni. A kétfémes katalizátorok élettartama 5-8-szorosa a csak platinát tartalmazókhoz képest.

• Sebességmeghatározó lépés az izomerizáció. • A dehidrogéneződés (aromatizáció) a leggyorsabb lépés.

• Gyakorlati reakciókörölmények: • Egyfémes katalizátorok esetén: 10-20 bar nyomáson 5-8 mol H2/mol szénhidrogén arány • Kevertfémes katalizátorok esetén: 6-15 bar üzemnyomáson még 3-5 mol H2/mol szénhidrogén gázarány • Hőmérséklet: 450 – 530 C • Adiabatikus reaktorok • Endoterm folyamatok • A folyamat során több, egyre nagyobb térfogatú katalizátort tartalmazó, sorba kapcsolt reaktort alkalmaznak. A szükséges katalizátormennyiséget általában 34 reaktorban osztják el, és az egyes reaktorok között egy beépített kemencével fűtik fel egyre nagyobb hőmérsékletre az endoterm reakciók miatt lehűlt reakcióelegyet. • Kokszosodás miatt a katalizátorokat időnként regenerálni kell.

Technikai megvalósítási lehetőségek • Az aromásképződésnek az a kis nyomás kedvez (mólszám növekedésével járó átalakulások), azonban ilyenkor a katalizátor kokszosodik a dehidrogéneződési reakciók miatt. • A reformálás különböző technológiai módozatai elsősorban az alkalmazott a nyomás, és a katalizátor regenerálásának gyakoriságában térnek el. • A reformáló üzemeket a katalizátor regenerálásának módja szerint csoportosíthatjuk a) időnkénti regenerálással működő, un. fixágyas (szemiregeneratív) (SR) b) váltott fix-ágyas reaktorokkal üzemelő és c) mozgó katalizátorággyal működő üzemeket megkülönböztetve. • Jellemzőik: a) viszonylag nagy, kb. 25 bar üzemnyomáson 8-10 hónapig működhetnek, a katalizátor regenerálása nélkül. (lásd 46. dia folyamatábrája) b) A rendszerbe a szükségesnél eggyel több reaktort építenek be. Két megvalósítási formája van. i. Mivel az utolsó reaktorban a legnagyobb a katalizátor kokszosodása, ezért ezt lehet kiváltani vele – párhuzamosan kötött utolsó reaktorok. ii. „Lengő-reaktor” alkalmazása: bármelyik reaktor bármelyik reaktorral helyettesíthető legyen. c) A katalitikus reformálás legkorszerűbb változata, a 6-8 bar nyomáson üzemelő, mozgó katalizátorral működő, folyamatos reformáló üzem. A reaktorok közvetlenül egymás fölött toronyszerűen helyezkednek el. A katalizátor egy speciális zsilipelő szeleprendszeren keresztül folyamatosan halad lefelé.

SR

CCR

Hidrogén

1.7

3.0

C5 + reformátum

81.0

83.4

LPG/gázok

17.3

13.6

SR

CCR

Benzol

5.8

9.0

Toluol

16.9

21.0

Xilolok

20.6

23.7

C9 aromások

11.3

17.0

Nem aromások

45.4

29.3

Összes aromás

54.5

70.7

Hidrodealkilezés • • • • • • •

A katalitikus reformálással kapott toluol átalakítható benzollá (ha sok a toluol és kevés a benzol). Hidrogén atmoszférában Katalizátor: króm, molibdén vagy platina alumínium-oxid hordozón Hőmérséklet: 500 – 600 C Nyomás: 40 – 60 atm Exoterm folyamat Hozam: ~ 90% benzol; ~ 10% egyéb.

Toluol diszproporcionálása • • • •

• • • • •

A benzol mellett a p-xilol előállításának legfontosabb folyamata. Előnye a katalitikus reformálással szemben, hogy nem kell elválasztani az etilbenzoltól a xilol izomereket! 2009-ben az USA-ban 900000 tonna benzolt állítottak elő. Katalizátor: • Nemes fém katalízis: Pt és Pd alumina hordozón + Ce és Nd • Nem nemesfém katalízis: Cr aluminium/szilika hordozón Paraméterek: 350-500°C; 10-35 bar Hozamok: benzol: 40%; xilolok: 55% 1980-as években a Mobil kifejlesztet egy szeletív módszert (STD) ZSM-5 katalizátor (zeoli + antimon); 300 C;45 bar A xilol 98-99%-a a p-xilol!

• Egyéb lehetőségek:

Benzol mint vegyipari alapanyag I.

• 2014 évi adatok alapján a benzol 70-75%-át etilbenzollá és kumollá alakítják tovább. • Az etilbenzol ~ 50%-át sztirollá alakítják • Ez etilbenzol felhasználás 2-3%-os növekedése prognosztizálható 2014 – 2019 közötti időszakban.

https://www.ihs.com/products/benzene-chemical-economics-handbook.html

Fenol ipari előállítása I. • Az első „tonnás” léptékű szintézis XIX. sz. végén • Hátránya: a nagymennyiségű szervetlen só • Napjainkban már nem használják.

• 1924-ben kidolgozott módszer. • Drága módszer, csak nagy mennyiségben gazdaságos (100000 t/év). • Napjainkban már nem használják.

• • • •

Rasching – Hooker regeneratív eljárás. Kis konverzió ez első lépésben (10 – 15%) Melléktermék képződés. Korrózióálló berendezés.

Fenol ipari előállítása II.

• • • •

10 millió t/év ZSM-5 zeolit típusú katalizátor Benzol – propén = 3:1 Az oxidáció autokatalitikus folyamat (KHP katalizálja)

http://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/phenol.html

Mechanizmus

Fenol ipari előállítása III. • • • •

A toluol túltermelés hatására dolgozták ki. Az első fázis oldat fázisú oxidáció. Második lépésben olvadék fázisú reakció. A fenol kidesztillálható a benzoesav mellől.

• 90%-os szelektivitás. • Előnye az olcsó kiindulási anyag. • DE! Gazdaságossága függ attól, hogy mekkora igény van a benzolra (hidrodealkilezés) • A kumolból kiinduló módszer gazdaságosságát növeli a „melléktermék” (aceton) eladhatósága. • 2000-es évek elején ~ 144000 t/év USA és NyugatEurópa • 120000 t/év – Japán • Melléktermékként benzaldehid és benzoesav állítható elő, ami növeli a gazdaságosságát! • Mechanizmusa csak feltételezett.

Egyéb módszerek

• A Wacker reakció analógja • Co-oxidáns alkalmazásával katalitikussá tehető (Cu2+) • Magas hozam • 80-as években az ecetaldehid iránti kereslet csökkenésével csökkent a módszer jelentősége. • • • •

1990-es években kidolgozott eljárás Olcsó N2O szükséges N2O üvegházhatást fokozó gáz Adipinsav gyártásnál keletkezik, így a két technológia egyesíthető

A fenol ipari felhasználása • 2009-ben 3,3 millió tonna fenolt alakítottak biszfenol-A-vá, míg 2,0 millió tonnát egyéb fenolszármazékká. • Korábban a fenol-formaldehid gyanták volta a fő termékek. • A fenolgyanták előnyei: ellenálló kémiai anyagokkal és hősvel és vízzel szemben; kiváló dielektromos sajátságok; kemény felület és méret stabilitás. • Olcsók, és szükségletnek megfelelően formálhatók. • Hátrány: kis színválaszték – sötét színek. Katalizálható: • HCl/ 50 C – korrozív; HCl maradvány • Kationcserélő gyanta, 70 - 90 C • Izomerek elválasztása desztillációval és kristályosítással. • Az epoxigyantákhoz az izomerek keveréke használható, míg a többi polimer esetében tiszta p,p’-izomer szükséges. • 2009-ben az USA-ban a buszfenol-A 73%-át polikarbonát, míg 21%-át epoxi gyantákká alakították. • Ugyanez Nyugat-Európában 67 és 29% volt. • Egyéb felhasználása: poliszulfonok; poli(éter-imidek); poliarilátok • Tűzálló polimerek: TBBPA

Epoxigyanták Az epoxigyanta a hőre keményedő műgyanták közzé tartozik, kiváló mechanikai tulajdonságokkal és vegyi ellenállóképességgel bír.

Polikarbonátgyanták • A polikarbonát gyanták termoplasztikusa, víztiszták, ütés és lángállók. Kevésbé karcállóak de jó mérettartó. Fényáteresztő képességük vetekszik az üvegével. • Előállításuk klasszikus módja, a biszfenol-A reagáltatása foszgénnel:

Polikarbonátgyanták • Probléma: a foszgén toxikus; a biszfenol-A nátriumsójának olvadékát kell reagáltatni a foszgénnel (gáz). • Megoldás: • Fázistranszfer katalízis (PTC) alkalmazása: a biszfenol-A nátrium sójának vizes szuszpenziójához a foszgén szerves oldószerrel készült oldatához adják (pl.: CH2Cl2), ami katalitikus mennyiségben tartalmaz bázist (pl.: piridin). Ez tekinthető a PTC első ipari alkalmazásának!

•

A General Electric 1995-ös szabadalmában 50%-os NaOH vizes oldatában oldják a biszfenol-A-t és fázistranszfer katalizátorként Bu4NOH-t alkalmaznak. A foszgén feleslege így ~2%-ra volt csökkenthető a korábbi 30%-os felesleggel szemben. • A foszgén toxicitása miatt egyéb foszgénmentes módszerek kidolgozása vált szükségessé!

Polikarbonátok foszgénmentesen • 1990-ben a General Electric foszgén mentes üzemet épített japánban. A technológia lényege, hogy a foszgén mentesen előállított difenil-karbonátot reagáltatják a biszfenol A-val olvadék fázisban. Hasonló módszert alkalmaz a Bayer és az Asahi.

• A fenolát jobb távozócsoport mint a motanoát, ezért célszerű előbb ezzé alakítani.

• A difenil-karbonát előállítására számos egyéb módszert dolgoztak ki!

• Bayer és az Ube által kidolgozott módszer során metanolból kiindulva NO alkalmazásával metil-nitritet állítottak elő, amely azután dimetil-karbonáttá alakítható. • Asahi Chemicals etilén-oxidot CO2-val reagáltattak katalitikus mennyiségű NR4X jelenlétében, majd a terméket metanollal átészteresítve kapták dimetil-karbonátot.

• A karbamid reakciója alkoholokkal ismert, azonban a metanollal keletkező karbamát származék átalakul cianurinsavvá, így a hozama alacsony. • A Mitsubishi Gas Chemical n-butanolt alkalmazva dibutil-karbonátot használt. Jobb elválaszthatóság!

A biszfenol A egyéb felhasználási lehetőségei • Poliszulfon/poliéterszulfonok előállításához a biszfenol A kevesebb mint 3%-a fordítódik.

• Tulajdonságai: kiváló termikus és hidrolitikus stabilitás és korrózió ellenállás • Felhasználás: elektronikai ipar; gépjárműipar; orvosi műszerek korrózióvédelme; membránok előállítása ultraszűréshez. • Poliéterimidek:

A fenol egyéb felhasználása I. • A kaprolaktám előállításához használ ciklohexanon 33%-a ebből a forrásból származik. A többit benzolból állítják elő. • Nonilfenol, oktilfenol, dodecilfenol és ezek származékai: nemionos felületaktív anyagok - tisztitószerek

A fenol egyéb felhasználása II.

• • • • •

2,4-D: széleskörűen alkalmazott gyomírtószer 2,4-D + 2,4,5-T: Agent Orange Klórozott fenolok zsírban oldódnak Akkumulálódnak Dioxinmérgezés

• • • •

A reakciót atmoszférikus nyomáson végzik. o- és p-krezol a melléktermék o-krezolt rovarölők előállítására használják Xylenol oxidatív kapcsolással poli(fenilénéter)-é alakítható

Ciklohexán • A ciklohexán legnagyobb mennyiségben benzolból állítják elő katalitikus hidrogénezéssel. Ezen felül a könnyűbenzin frakcióból extrakcióval nyerhető. • A hidrogénezés feltétele, hogy a benzol kéntartalma kevesebb legyen 1 ppm-nél. • Körülmények: folyadékfázis: Ni/Pt; ~ 230 C; 1,5 – 2,5 bar; gázfázis: 600  C; 25 – 50 bar. • A hidrogén a katalitikus reformálásból származik!

• A ciklohexán használható oldószerként, azonban a legnagyobb mennyiségben adipinsav és kaprolaktám előállítására használják melyekből a Nylon-6 és a Nylon-66 készül.

Adipinsav • Az adipinsav előállítása történhet: • a.: egylépéses közvetlen oxidációval (HNO3 vagy O2 / Co(OAc)2) – alacsony hozam; sok salétromsav szükséges • kétlépses oxidációval (b.: Co(naft-2-COO)2 vagy Mn(naft-2-COO)2, 150 C, 10 - 15 bar); konverzió 10-12 %; De így alacsony a glutársav (C5) és a szukcinsav (C4) képződése! ol/én szelektivitás maximum 85% (ezt nevezik kevert olajnak). • bórsav hozzáadásával növelhető az ol/én arány (1:1 – 9:1!!) • c.: oxidáció salétromsavval fémréz és ammónium-vanadát katalizátor mellett! Hozam max. 12%! NOx – Green hous effect!

Ciklohexanol salétromsavas oxidációjának mechanizmusa

A salétromsavas oxidáció folyamata véggáz

H2O

H2O KA NOx

d a

b

e

c

levegő

f

g

HNO3 Cu, V

f

g

h

melléktermék kinyerés katalizátor visszanyerése

i

adipinsav

• KA: ciklohexanol-ciklohexanon keverék • A salétromsav miatt rozsdamentes acél eszközök vagy titán! • Folyamatos áramlású rendszer, a salétromsav anyalúg (SAL) visszatáplálásával (vastag nyíl). • a: hőcserélővel ellátott reaktor, 60 – 80  C; 0,1 – 0,4 Mpa; SAL visszatáp + KA + HNO3 + Cu + V katalizátor. Savtartalom 50 – 60 %; tartózkodási idő Í 5 perc. • b: 100 – 120 C a reakció teljessé tétele, valamint a szennyeződések csökkentése érdekében. • c: a fölös oldott NOx-t levegővel kifújatják és ez az elnyeletőbe jut (d) ahol újra salétromsav lesz belőle. Ezt bekoncentrálják (e) – általában vákuumban, és hozzáadják az adipinsavas anyalúghoz. • Az adipinsavat ezután kristályosítással (f) kinyerik és szűréssel/centrifugálással eltávolítják az anyalúgból (f, g). • Az anyalúgból a melléktermékeket (szukcinsav, glutársav) és a katalizátorokat kinyerik, és visszavezetik a reaktorba (a). • A nyers adipinsavat újrakristályosítják (f, g) majd, szárítják (h, i).

• Egyéb oxidációs módszerek: • Halcon szabadalma – 1960-as évek: a második lépés Co(OAc)2 vagy Mg(OAc)2/O2/ecetsav (hozam: 80% vs 93% -95% HNO3!!) • BASF szabadalma – 1994: speciális katalizátor rendszer, 88,2% adipinsav; 6,2% glutársav; 3,6% szukcinsav. • Nagoya Egyetem: - 1998: ciklohexán oxidálása H2O2-val wolfrám katalizátor jelenlétében. • Butadién bázisú adipinsav gyártás (ARCO, BASF, Shell, DuPont, DSM, Idemitsu, Rhone-Poulenc) • 1970-es évek BASF dimetil-adipinát út:

• 1980-as évek közepe: DuPont szabadalom:

• • • •

Katalizátor: Rh, Pd, Ir A melléktermékek izomerizálhatóak adipinsavvá Halogenid promóter szükséges (pl.: HI) Oldószer: telített karbonsav (pl.: pentánsav)

Adipinsav – egyéb módszerek

Kaprolaktám • A folyamatok során jelentős mennyiségű szervetlen só keletkezik: Pl.: (NH4)2SO4

• DuPont és a DSM eljárása:

Anilin

• 2008-ban 800000 tonna anilint állítottak elő az USA-ban, melynek 75%-at izocianátok előállítására használták. • Előállítási lehetőségei: • Nitrálás cc. Savakkal ~50 C-on • 65% kénsav alkalmazásával a víz felveszi a reakcióban keletkező hőt! • Minimális m-dinitrobenzol is keletkezik! • A redukciót gőzfázisban 270  C-on 1,25 bar nyomáson Cu-szilika (fluidágyas) vagy NiS-Al2O3 katalizátor (fixágyas) alkalmazásával. • Klasszikus módszer a Bechamp redukció (Fe/ccHCl). • Fenol amonolízise: • Egyensúlyi folyamat, magas ammónia/fenol aránnyal tolható el az anilin felé. • 425  C/200 bar • Katalizátor: Al2O3-SiO2; Mg-, Al, W-oxid cokatalizátor alkalmazásával ( Ce-, Voxid) • Benzol amonolízise: • DuPont eljárása – széleskörűen nem terjedt el. 350 C/290 bar; Ni/ritkaföldfém-oxid katalizátor + sztöchiometrikus NiO (ez reagál a felszabaduló hidrogénnel; NiO + H2  Ni + H2O) • ICI eljárása: O2; V2O5 és g-Al2O3 katalizátor

Az anilin felhasználása

• Az anilint legnagyobb mennyiségben az MDI (4,4’-difenilmetán-diizocianát) előállítására használják. • Második legfontosabb felhasználási területe a gumiipari alkalmazása, számos adalékanyag szintézisének kiindulási vegyülete, mint például dibenztiazil-diszulfid (elsődleges gyorsító); difenilguanidin (másodlagos gyorsító); 4,4’- vagy p,p’-disztearildifenilamin ami antioxidáns és ózon inhibitor.

• Ezen felül az anilin fontos szintetikus intermediere festékeknek, gyógyszer hatóanyagoknak (pl: bamipin, tenalidin – antihisztaminok, ribiflavin), hidrokinonnak.

MDI (4,4’-difenilmetán-diizocianát) • Az MDI a poliuretánok előállításának legfontosabb alapanyaga. • 2008-ban az USA-ban 98000 tonnát állítottak elő. • Előállítási lehetőségek:

• A folyamat során az első lépésben a 4,4’-MDA izomer mellett a 2,4’-MDA és a 2,2’-MDA izomerek és oliomerek is képződhetnek. • Foszgénnel reagáltatva MDI keletkezik • Fölös formaldehiddel trimerek, tetramerek és magasabb oligomerek képződhetnek, melyekból foszgénnel MDI oligomerek keletkezhetnek (PMDI). • Ha a dimerre van szükség, akkor az MDA-t desztillációval kivonják a keverékből, és ezt reagáltatják foszgénnel, vagy a MDI/PMDI keverékből kidesztillálják az MDI-t. • A kondenzáció előtt az anilint sztöchiometrikus mennyiségű sósavval reagáltatják, majd a hidroklorid sót 37%-os formaldehid oldattal kevertetik 70 C-on néhány percig. A reakció teljessé tétele érdekében a hőmérsékletet azután 100 – 160  C-ra emelik és 1 órán át ezen a hőmérsékleten tartják. • A di és oligomer aminokat kivonják, és foszgénnel reagáltatják klórbenzolban. A karbamoil-klorid származék (RNHCOCl) 50 – 70 C-on képződik, ami 90 - 130 C-on izocianáttá bomlik!

Cl2

CO

Foszgén

Formalin

Anilin

PMDA https://www.google.com/patents/US20130172604

MDI/PMDI Desztilláció PMDI

MDI

Módosított MDI

MDI előállításának egyéb módszerei • Az ARCO módszere a nitrobenzol közvetlen karbonilezésével kerüli el a foszgén használatát. • Hátránya, hogy a katalizátor használt szelént nem tudják teljesen eltávolítani! • Nem terjedt el!

• Asahi eljárás anilinből indul ki, amit oxidatív karbonilezéssel alakít a megfelelő karbamáttá. • Katalizátor: Pd; promóter: jodid • Előnye, hogy a kondenzációs lépésben minimális az oligomerizáció!

• Catalytica Assiciate; Nipon Kokan, Halder Topsoe: anilin és nitrobenzol elegyét alkohol és CO jelenlétében karbamáttá alakítja. • A keletkező nascensz hidrogén redukálja a nitrobenzolt anilinné.

Alkilezett benzolszármazékok és maleinsavanhidrid • Legfontosabb alkilezett benzolszármazékok a C10 – C14 oldalláncot tartalmazó benzolszulfonsav származékok, melyek felületaktív tulajdonságuk révén alkalmaznak mosószerek előállításnál valamint lágyítószerként, kenőolajként. • Előállításuk a benzol Friedel-Craft alkilezésével történhet alkének, vagy alkil halogenidek alkalmazásával. • Az elágazó oldalláncú származékok nehezen bomlanak le a természetben (természetes vizek és a szennyvizek habzás), szemben a lineáris, elágazást nemtartalmazó származékokkal. • Tipikus katalizátorok az alkilezés során: HF; AlX3, újabban szilárd savas karakterű katalízis (pl.: zeolitok)

• A maleinsavanhidridet leggyakrabban a bután oxidációjával állítják elő (ritkábban a but-1-én vagy a but-2-én). • Régebbi módszer a benzol oxidációja, amely analógja a ftálsavanhidrid előállításának a naftalin oxidációjával. • A folyamat gőz fázisban megy végbe hordozóhoz kötött V2O5 katalizátoron 400 C-on. A reakcióben a maleinsav és a savanhidrid keveréke keletkezik, de elválasztás nélkül a maleinsav anhidriddé dihidratálható

Klórozott benzolszármazékok • Klórbenzolt a benzol közvetlen klórozásával (Cl2/FeCl3/r.t.) vagy oxiklórozással (HCl/O2/CuCl2-FeCl3/Al2O3) lehet előállítani. Az oxiklórozás során a reakciót 10 -15% konverziónál megállítják a di és poliklórozott származékok képződésének a visszaszorítása miatt. • Felhasználható oldószerként (pl.: MDI) átalakítható anilinné, fenollá. • A klórbenzolt triklóracetaldehiddel kondenzáltatva a DDTkapjuk (<80% para izomer). • Rovarölőszer, ami a zsírban felhalmozódik, és nehezen bomlik le. • Magyarországon a 60-as évek végén betiltották! • India, Észak-Korea és számos Ázsiai és Afrikai ország még használja (míg 1960: 82000t addig 2009: 3314t).

• p-diklórbenzol: molyírtó és WC fertűtlenítő (kellemetlen szagú) • A benzol közvetlen klórozásával állítják elő. • Elválasztás frakcionált kristályosítással (op: 53,5 C; többi izomer folyadék). • Kevésbé toxikus mint a naftalin (molyírtó) • o-diklórbenzol oldószer a TDI előállításánál (toluol-diizocianát).

Hidrokinon, rezorcin és pirokatechin • A hidrokinon a legfontosabb ezen vegyületek közül! • Az alkilezés ~90% hozammal megy végbe! • Az oxidáció: ~10% konverzió; 65% dihidroperoxid (+ 35% mono) – elválasztás lúgos extrakció, • Még mindig széleskörűen alkalmazzák az anilin oxidációját is, azonban ez nem gazdaságos módszer! • Az oxidációt MnO2-val vagy CrO3-val végzik savas közegben alacsony hőmérsékleten (10 C >), míg a redukciót Fe/H2SO4. • Benzol elektrolitikus oxidációja is alkalmazható az előállítására, ugyanúgy mint a fenol oxidációja H2O2-val Fe- vagy Co-sók jelenlétében. • A biszfenol-A báziskatalizált termikus bomlása p-izopropenilfenolt eredményez, ami H2O2-val hidrokinonná oxidálható! • Reppe módszer: acetilén szimultán ciklozációja és karbonilezése: Fe/Co katalízis vagy Ru/Re; H2 (víz helyett); 600-900 bar; 100 - 300 C.

Rezorcin

• A benzol szulfonálását két lépésben végzik. Először 100 C-on 100%-os kénsavval (óleum + 96% kénsav) majd óleummal 80 C-on történik a szulfonálás. • A diszulfonsav semlegesítése történhet Na2CO3-val vagy Na2SO3-val. • A szulfonsav nátriumsóját 300 C-on megömlesztik nátrium-hidroxiddal, majd semlegesítik.

Pirokatechin • A pirokatechin előállítható a klórfenol lúgos ömlesztéséve, a fenol hidroxilálásával. Ez utóbbi reakcióban hidrokinon is keletkezik, melytől desztillációval választják el. • A harmadik lehetőség a ciklohexanon klórozásával indul, majd egy nukleofil szubsztitúciót követően katalitikus dehidrogénezéssel kapjuk a terméket. • Propoxur - rovarírtószer

Antrakinon • Az antrakinon előállításának három lehetősége: • Benzol acilezése ftálsavanhidriddel 25 - 60 C-on, majd ciklizáció óleummal. A termék szublimációval tisztítható (380 C). Hozam: >95% • Antracén közvetlen oxidációja. • Sztirol dimerizációja, majd azt követő oxidatív átrendeződés.

• Felhasználása: festékek, pigmentek • H2O2 előállítás – Au-Pd katalizátor! Az antrakinon szerepe a hidrogén „transzfer”

A toluol mint vegyipari alapanyag • A toluol a katalitikus reformálás főterméke. Jóllehet, a vegyipar több benzolt használ fel, mint toluol. Toluolra nagyobb mennyiségben az ólommentes benzinben van szükség, magasabb oktánszáma, és alacsonyabb toxicitása miatt (aromás tartalom szabályozott). • Az USA-ban a katalitikus reformálás , míg Európában a Pygas (pyrolysis gasoline) a fő forrása. • 2009-ben 32.000.000 tonna toluolt állítottak elő, azonban ebből 31.000.000 tonnát benzollá és xilollá alakítottak tovább (lásd 44. – 50. dia).

• Egyebek: benzoesav, benzaldehid, benzil-klorid, benzolszulfonsav

A toluol felhasználása • A toluolt nagyrészét benzollá/xilollá alakítják át. Ezen felül oldószerként való alkalmazása is jelentős, valamint és egyéb származékokká (TDI, benzaldehid, benzoesav, benzil-klorid, stb.) alakítják át. Dinitrotoluol és 2,4- és 2,6- toluoldiizocianát (TDI) • A toluol legfontosabb felhasználási területe a TDI előállítása, ami a 2,4- és a 2,6-toluoldiizocianát keveréke jellemzően 4:1 arányban. Leggyakrabban poliuretán gyanták kiindulási anyagaként használják. • Éves szinten mintegy 1.700.000 tonnát állítanak elő belőle (2009), melynek 80%-át rugalmas habok, míg 10%-át bevonatok előállítására használják. • Az előállítása analóg az MDI előállításához:

• A második nitrálási lépésben a 3,4-izomer aránya <2,5%, míg a 2,3-, 2,5-, és 3,5-izomerek aránya összesen kevesebb mint 1,7%. Trinitro származékok képződése elhanyagolható. • A redukciós lépésben a nikkel katalizátor helyett Pd/Al2O3 vagy Pt/Al2O3 használható. • A toluol közvetlen amonolízise kiválthatná a nitrálást és a redukciót (lásd 71. dia).

• Az izomer diaminok keverékét foszgénnel reagáltatva a karbamoil-kloridok keverékét kapjuk, melyből melegítéssel az TDI keletkezik

• A reakció során a diamin izomerelegy 12 – 20%-os klórbenzollal készült oldatát reagáltatják foszgénnel 0 – 30 C-on • Az izocianát képzés 160 – 180 C-on megy végbe ~80%-os konverzióval. A feldolgozás után kapott maradékból lúgos kezelés után (reagálatlan karbamoil-klorid elbontása) a diamin visszaforgatható! • A foszgén toxikussága miatt más utakra is szükség van, azonban ezek még nem terjedtek el: • Pl.: EniChem

• Az uretán képzés során 99% konverzió mellet 94%-os szelektivitással kapták terméket. • A katalizátor eltávolítását követően a pirolízis során 73%-os konverzió mellett 93%-os szelektivitással kapták a TDI-t http://www.icis.com/resources/news/2001/11/26/151987/dmc-discoveries/

A toluol egyéb átalakításai • A benzaldehid előállítható klórozást követő hidrolízissel, valamint közvetlen oxidációval is. Ezt 100 C-on Co-só katalízis mellet végzik oxigénnel 3 bar nyomáson. • Hasonló módon állítható elő benzil-alkohol is monoklórozást követő hidrolízissel, vagy pedig ecetsav jelenlétében végzett oxidációval, ami benzil-acetátot eredményez. • A Hankel II. eljárással a benzoesav K sójának a diszproporcionálódsával teretftálsav sója keletkezik. • A tereftálsav előállítható a toluol karbonilezését (HF/BF3) követő oxidációval. • A toluol dehidrodimerizációja sztilbént szolgáltat (PbMgAl2O3; 600 C). A metatézis (CaO – WO3 –SiO2, 500  C) a sztirolt szolgáltatja.

A xilolok mint vegyipari alapanyagok • A xilolok legfontosabb forrása a katalitikus reformálás, jóllehet Európában a benzol legnagyobb része, és a toluol több mint 50%-a a könnyűbenzin pirolíziséből (pygas) származik. Ennek oka, hogy a pygas jelentős mennyiségű etilbenzolt is tartalmaz, amit nehéz elválasztani a xiloloktól. • A xilol izomerek elválasztása nem egyszerű feladat. A xilolok és az etilbenzol forráspontja 9 C-on belül van! • 150 – 200 tányéros kolonnán végzett frakcionált desztillációnál a fejpárlat 40% m-xilolt, 20% p-xilolt és 40% etilbenzolt tartalmaz. • Megoldás az alacsony hőmérsékletű kristályosítás: Komponens Olvadáspont Forráspont • -4 - -68 C: p-xilol válik ki! Ezen a ponton a p/m izomer eutektikuma kezd kiválni! Ezzel a p-izomer dúsítható (70 o-xilol -25,2 144,4 %) és többször ismételve 99,5%-ra növelhető a m-xilol -47,9 139,1 tisztasága. – Nagy az energia igénye a folyamatnak (hűtés/fűtés). Akkor alkalmazzák, ha magas a keverék pp-xilol 13,2 138,3 xilol tartalma (diszproporció) etilbenzol -95,0 136,2

• m-xilol extrahálható szelektíven komplexképzéssel : HF-BF3 –val szelektíven komplexet képez. • 1971: UOP Parex: szelektív abszorpció abszorbensek alkalmazásával alkalmazásával. • 1991: Eluxyl: ellenáramú folyamat. • o/m-xilol és tilbenzol: „felelsleges” termék: katalitikus izomerizáció: SiO2-Al2O3 vagy Pt-SiO2Al2O3 • ZSM-5 katalizátor: H2 atmoszféra / 25 – 30 bar

Xilolok mint alapanyagok • A xilolok keverékét a vegyiparban oldószerként használják, illetve a magas oktánszámuk miatt a könnyűbenzin fontos komponensei. A tiszta izomerek ezzel szemben konkrét vegyületek kiindulási anyagai. • Az o-xilol ftálsavanhidriddé oxdálható gáz és folyadék fázisban is, fix- és fluidágyas reaktorokban egyaránt. • Folyadék fázisú oxidáció esetén a katalizátornak oldódnia kell a reakcióközegben. • A gázfázisú fluidágyas eljárás előnye, hogy exoterm reakció jobban szabályozható, és megelőzhető a robbanás (375 – 410  C, V2O5 katalizátor). A hozam 80% alatt van. • További előnye, hogy ezen a hőmérsékleten a termék folyadék (op.: 130,8 C) így könnyebben kezelhető. • Melléktermékek: 2-metilbenzoesev és a ftalid. • Alternatív lehetőség a naftalin oxidációja ftálsavanhidriddé. Az USA-ban a ftálsavanhidrid kevesebb mint 2%-at állítják elő naftalinból. • Felhasználása: 60%-a lágyítóként, ~ 17%-a alkid gyanta; és a fennmaradó nagyrésze poliészter gyanta. • Minden esetben a ftálsavanhidrid észteresítésével képződnek.

• Pl.: a 2-etilhexán-1-ol kénsav jelenlétében gyorsan reagál a ftálsavanhidriddel, és félésztert ad, míg a második lépésben pTsOH katalizátor jelenlétében reagál 160 C-on. • 180 – 205 C-on katalizátor nélkül megy az észteresítés, nem kell eltávolítani. • A termék magas forráspontú, nehéz tisztítani – minél magasabb konverzió.

• A lágyítók szerep, a műanyagok fizikai sajátságának befolyásolása. • A bisz-(2etilhexil)-ftalát (DEHP) a leggyakrabban alkalazott PVC lágyító. • Néhány egyéb lágyító: dibutil- (DBP); di-noktil – (DNOP); diisononil – (DINP); diisodecil- (DIDP); butil-benzilftalát (BBzP) ftalát. • Fontos hogy a lágyító kompatibilis legyen a polimerrel (másodlagos kötőerők szerepe: H-híd; dipol-dipol; Wan der Wals erők). • Stabil legyen (termikus- és fotostabilitás) • Olcsó legyen. • Az USA-ban 360000 tonna lágyítót állítottak elő. • A PVC 5 – 50% lágyítót tartalmazhat. • Dialkil-adipinátok is jó lágyítók, jobb tulajdonságokkal alacsony hőmérsékleten. • Nem részei a polimer láncnak, így diffundálhatnak az élelmiszerekbe, levegőbe – környezetvédelmi probléma.

• Az SH (szulfanil) csoport segítségével a polimerhez kapcsolható! Nincs kioldódás, nincs környezeti és egészségi probléma! Újabb lépések (előállítása) – drága, nem terjedt el.

Alkidgyanták • Az alkidgyanták olyan poliésztergyanták, melyekben természetes zsírsavak is megtalálhatóak. Az 1930-as években fejlesztették ki ezeket, és elsősorban a festék és lakiparban használják, felvitelükhöz oldószer szükséges.

Ftálsavanhidrid egyéb felhasználása • Fenollal kénsav katalizált körülmények között fenolftaleinné alakítható. • Ammóniával reagáltatva ftálimiden keresztül ftalonitrillé alakítható, ami a ftalocianin festékek kiindulási anyaga. • Allil-alkohollal diallil-ftaláttá alakítható, mely hőre keményedő polimerek monomere.

m-Xilol és az izoftálsav • Ammoxidációval izoftalonitrilé alakítható, amit klórozva a gombaellenes (fungicid) hatású Daconil keletkezik. • Az izoftalonitril m-xililén-diaminná alakítható, ami epoxigyanták térhálósító komponense. • A m-xilolt oxidálva a Amoco – Mild Century eljárása alapján (O2/ 12 bar/ 200 C), izoftálsav keletkezik.

Az izoftálsav felhasználása: Magas hőmérsékletnek ellenálló nylon (aramid) Magas hőmérsékleten stabil polibenzimidazol

p-Xilol, tereftálsav • 2008-ban 35.000.000 tonna xilolt állítottak elő. 93%a para izomer, és ennek 94%-át tereftálsavvá alakították. • A p-xilol felhasználásának legfontosabb területe, az oxidációja tereftálsavvá, dimetiltereftaláttá. • Az oxidáció során a keletkező p-toluilsav nehezen oxidálódik tovább a COOH csoport elektronszívó tulajdonsága miatt. • Amoco – Mild Century eljárása: ecetsavban, Mgvagy Co-só katalízis és bróm promóter, ami a kevésbé reaktív metilcsoporto érzékeny benzil gyökké alakítja, elősegítve az oxidációt (O2, AcOH, Mn(OAc)2, Co(OAc); KBr) • A termék ecetsavban nem oldódik, így könnyű az izolálás.

• A nyers tereftálsav ppm mennyiségben tartalmaz 4formilbenzoesavat szennyezőként, melyet az elválasztás elősegítése miatt katalitikus hidrogénezéssel (H2/Pd/ 250 C/36 bar) 4-metilbenzoesavvá redukálnak.

• A tereftálsav tisztítása nem egyszerű, de szükséges, így dimetil-tereftaláttá alakítva (Fp.: 288 C) desztillálható. • A korai eljárások során a p-xilol oxidációját salétromsavval végezték, és a tereftálsavat észteresítették. • Másik eljárás szerint az oxidációt és az észteresítést 2 - 2 lépésben végezték:

• Ezek a módszerek háttérbe szorultak az Amco technológiája mellett. 2009-ben a gyártáskapacitások 94 %-a tisztított tereftálsavat állított elő (PTA). • Egyéb eljárások: • Korábban láttuk a Henkel II. eljárást, mely ben a benzoesav kálium sóját diszproporcionálva, dikáliumtereftalátot és benzolt kaptunk (85. dia). • Hasonló a Hankel I. eljárás (Zn-Cd kat; 400 C/20 bar):

• A p-xilol ammoxidációval tereftalonitrilé alakítható, ami tereftálsavvá hidrolizálható. W2O5/Al2O3 katalízis mellet, ami az oxigént is szolgáltatja.

Polietilén-tereftalát (PET) • • • •

Poliésztereket először az 1930-as években állítottak elő, • .elsődlegesen műszálként történő felhasználásra. A napjainkban gyártott PET túlnyomó részét még most is műszál-előállításra használják. Az 1970-es években megkezdődött a PET palackok gyártása. A PET törhetetlen, színtelen, könnyű és átlátszó polimer, jól ellenáll a hidegnek és a hőnek. Jó a mechanikai ellanállóképessége. • Könnyű, manapság egy palack csak 20-30 gram. • Elsődleges használata a palackgyártás. 2010-ben az összes palackozott víz és üdítőital 70%-át PET palackokba csomagolva értékesítették

http://asvanyvizek.hu/js/tinymce/plugins/filemanager/files/2013/Tenyek_a_PET-rl.pdf

• A polietilén-tereftalátot polikondenzációs folyamatbna állítják elő tereftálsavból és etilénglikolból kiindulva.

Investa eljárása

-Pet újrahasznosítása -