MolDraw › Narzędzia chemiczne › Kalkulator wskaźników zielonej chemii
Kalkulator wskaźników zielonej chemii
W skrócie: ten kalkulator zielonej chemii oblicza ekonomię atomową z uzgodnionego równania, z masami molowymi ze wzorów, a następnie wydajność procentową, E-factor, intensywność masową procesu (PMI), efektywność masową reakcji (RME) i efektywność węglową z użytych mas. Zawiera drogi syntezy ibuprofenu Boots i BHC, reakcję Dielsa-Aldera i reakcję Wittiga. Jest darmowy i działa w przeglądarce.
Wpisz uzgodnione równanie ze wzorami, np. C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3, i wybierz pożądany produkt, aby otrzymać ekonomię atomową. Dodaj masę każdego substratu, masę wyizolowanego produktu oraz rozpuszczalniki, wodę, reagenty lub katalizatory, aby uzyskać wskaźniki odpadów.
Inne użyte materiały (rozpuszczalniki, woda, reagenty, katalizatory)
Wskaźniki zielonej chemii i wzory
Ekonomia atomowa (%) = ν × M(pożądany produkt) / Σ ν × M(substraty) × 100
Wydajność procentowa (%) = masa rzeczywista / masa teoretyczna × 100 RME (%) = masa produktu / Σ masa substratów × 100
E-factor = (całkowita masa wejściowa − masa produktu) / masa produktu PMI = całkowita masa wejściowa / masa produktu = E-factor + 1
Efektywność węglowa (%) = mol C w produkcie / mol C w substratach × 100
| Wskaźnik | Na podstawie | Ideał | Czego nie uwzględnia |
|---|---|---|---|
| Ekonomia atomowa | Uzgodnione równanie | 100% | Wydajności, nadmiaru reagentów, rozpuszczalników |
| Wydajność procentowa | Wynik laboratoryjny | 100% | Produktów ubocznych i innych odpadów |
| Efektywność masowa reakcji | Masy substratów i produktu | 100% | Rozpuszczalników i obróbki |
| Efektywność węglowa | Atomy węgla na wejściu i wyjściu | 100% | Odpadów bezwęglowych, np. soli |
| E-factor (prosty) | Wszystkie materiały poza rozpuszczalnikami i wodą | 0 | Odpadów rozpuszczalników |
| E-factor (pełny) i PMI | Każdy użyty materiał | 0 i 1 | Zagrożeń i zużycia energii |
Typowe wartości E-factor w przemyśle
| Sektor | Roczna produkcja (tony) | E-factor (kg odpadów/kg produktu) |
|---|---|---|
| Rafinacja ropy | 10⁶ do 10⁸ | poniżej 0,1 |
| Chemikalia masowe | 10⁴ do 10⁶ | od poniżej 1 do 5 |
| Chemikalia wysokowartościowe | 10² do 10⁴ | od 5 do ponad 50 |
| Farmaceutyki | 10 do 10³ | od 25 do ponad 100 |
12 zasad zielonej chemii
- Zapobieganie: unikaj powstawania odpadów zamiast je unieszkodliwiać.
- Ekonomia atomowa: wbuduj jak najwięcej substratów w produkt.
- Mniej niebezpieczne syntezy: używaj i wytwarzaj substancje o niskiej toksyczności.
- Bezpieczniejsze chemikalia: projektuj produkty skuteczne, ale mniej toksyczne.
- Bezpieczniejsze rozpuszczalniki i substancje pomocnicze: używaj mniej rozpuszczalników i bezpieczniejszych.
- Efektywność energetyczna: prowadź reakcje w temperaturze i ciśnieniu zbliżonych do pokojowych.
- Surowce odnawialne: tam, gdzie to praktyczne, używaj surowców z biomasy.
- Ograniczanie pochodnych: unikaj grup ochronnych i innych tymczasowych etapów.
- Kataliza: katalizatory są lepsze od reagentów stechiometrycznych.
- Projektowanie z myślą o degradacji: produkty po użyciu powinny rozkładać się w sposób nieszkodliwy.
- Analiza w czasie rzeczywistym: monitoruj reakcje, aby powstrzymać zanieczyszczenia, zanim powstaną.
- Zapobieganie wypadkom: wybieraj substancje i warunki zmniejszające ryzyko pożarów, wybuchów i uwolnień.
Rozwiązane przykłady
Estryfikacja
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O. Na wejściu 60,05 + 46,07 = 106,12 g/mol, na wyjściu 88,11 g/mol estru.
12,0 g kwasu i 11,5 g etanolu dają 13,2 g estru (teoretycznie 17,6 g).
AE 83,0%, wydajność 75,0%, RME 56,2%
Diels-Alder
Cyklopentadien + bezwodnik maleinowy → addukt: C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃.
66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, tyle samo co produkt.
AE 100%
Reakcja Wittiga
Ph₃P=CH₂ + cykloheksanon → metylenocykloheksan + Ph₃PO.
96,17 / (276,32 + 98,14) × 100. Tlenek trifenylofosfiny (278,29 g/mol) jest odpadem.
AE 25,7%
Ibuprofen: droga Boots (6 etapów)
Reagenty ze wszystkich etapów: C₁₀H₁₄, C₄H₆O₃, C₄H₇ClO₂, C₂H₅ONa, H₃O⁺, NH₂OH i 2H₂O = 515,0 g na 206,3 g ibuprofenu.
AE 40,1%
Ibuprofen: droga BHC (3 etapy)
C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH. 266,3 g na wejściu na 206,3 g na wyjściu.
AE 77,5% (często podawane jako 77%; ok. 99% po odzyskaniu kwasu octowego)
E-factor i PMI
Powyższa estryfikacja z 1,0 g H₂SO₄, 20 g roztworu węglanu i 50 g wody do przemywania: 94,5 g na wejściu, 13,2 g na wyjściu.
Pełny E-factor 6,16, PMI 7,16
Częste błędy
- Używanie nieuzgodnionego równania. Współczynniki zmieniają masę substratów. Najpierw uzgodnij równanie.
- Mylenie ekonomii atomowej z wydajnością. Reakcja Wittiga z 95% wydajnością nadal marnuje ok. trzech czwartych masy substratów.
- Wliczanie katalizatorów i rozpuszczalników do ekonomii atomowej. Pomija się je w AE, ale należą do E-factor i PMI.
- Zapominanie o współczynniku produktu. Jeśli z równania powstają 2 mole produktu, w liczniku użyj 2 × M.
- Mieszanie prostego i pełnego E-factor. Podaj, czy uwzględniono rozpuszczalniki i wodę. Często dominują w sumie.
- Liczenie wydajności teoretycznej z reagenta w nadmiarze. Wydajność teoretyczna wynika z odczynnika limitującego.
Porównujesz drogi syntezy? Narysuj każdą drogę z reagentami nad strzałkami w MolDraw, darmowym edytorze struktur chemicznych online.
Otwórz edytor MolDrawNajczęściej zadawane pytania
Czym jest ekonomia atomowa i jak się ją oblicza?
Ekonomia atomowa to procent masy wszystkich substratów, który trafia do pożądanego produktu, przy założeniu 100% wydajności. Ekonomia atomowa = (współczynnik × masa molowa pożądanego produktu) / (suma współczynników × mas molowych wszystkich substratów) × 100. Dla CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O wynosi 88,11 / 106,12 × 100 = 83,0%.
Czym różni się ekonomia atomowa od wydajności procentowej?
Ekonomia atomowa wynika wyłącznie z uzgodnionego równania i mówi, jaka część masy substratów może trafić do produktu. Wydajność procentową mierzy się w laboratorium i mówi, ile produktu faktycznie otrzymano w porównaniu z wydajnością teoretyczną. Reakcja może mieć 100% wydajności, a mimo to niską ekonomię atomową, jak reakcja Wittiga.
Jaki E-factor jest dobry?
Im niższy, tym lepiej; ideałem jest 0. Typowe wartości to poniżej 0,1 w rafinacji ropy, od poniżej 1 do 5 dla chemikaliów masowych, od 5 do ponad 50 dla chemikaliów wysokowartościowych i od 25 do ponad 100 dla farmaceutyków. Większość odpadów w produkcji chemikaliów wysokowartościowych i leków to rozpuszczalniki.
Jak intensywność masowa procesu ma się do E-factor?
PMI to całkowita masa wszystkich użytych materiałów podzielona przez masę produktu. Pełny E-factor to masa odpadów podzielona przez masę produktu. Ponieważ odpady = całkowite wejście − produkt, PMI = E-factor + 1.
Dlaczego reakcja Dielsa-Aldera ma 100% ekonomii atomowej?
To reakcja addycji: dien i dienofil łączą się w jeden produkt i nic nie jest tracone. Dla cyklopentadienu + bezwodnika maleinowego 66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, dokładnie tyle, ile wynosi masa molowa adduktu. Przegrupowania i większość addycji również osiągają 100%.
Dlaczego synteza ibuprofenu metodą BHC jest bardziej zielona niż metodą Boots?
Droga Boots ma sześć etapów i ekonomię atomową ok. 40%. Droga BHC ma trzy etapy katalityczne i osiąga 77,5%, a ok. 99% po odzyskaniu ubocznego kwasu octowego. Wytwarza też znacznie mniej odpadowych soli i używa katalizatorów nadających się do recyklingu.
Czym jest efektywność masowa reakcji?
RME to masa wyizolowanego produktu podzielona przez całkowitą masę użytych substratów, razy 100. Łączy w jednej liczbie ekonomię atomową, wydajność i użycie nadmiaru reagentów: RME = ekonomia atomowa × wydajność ÷ współczynnik nadmiaru.
Powiązane narzędzia chemiczne
Chcesz pełną metodę z większą liczbą przykładów? Przeczytaj przewodnik po wskaźnikach zielonej chemii. Potrzebujesz narysować cząsteczki do sprawozdania? Rysuj struktury chemiczne online w MolDraw.
Ostatnia aktualizacja: