MolDraw › Kimya araçları › Yeşil Kimya Ölçütleri Hesaplayıcı
Yeşil Kimya Ölçütleri Hesaplayıcı
Kısaca: Bu yeşil kimya hesaplayıcı, mol kütlelerini formüllerden alarak denkleştirilmiş denklemden atom ekonomisini, ardından kullandığınız kütlelerden yüzde verimi, E-faktörünü, proses kütle yoğunluğunu (PMI), tepkime kütle verimliliğini (RME) ve karbon verimliliğini hesaplar. Boots ve BHC ibuprofen yollarını, bir Diels-Alder ve bir Wittig tepkimesini içerir. Ücretsizdir ve web tarayıcınızda çalışır.
Atom ekonomisini bulmak için C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3 gibi formüllerle denkleştirilmiş bir denklem yazın ve istenen ürünü seçin. Atık ölçütlerini almak için her girenin kütlesini, elde ettiğiniz ürünün kütlesini ve tüm çözücüleri, suyu, reaktifleri veya katalizörleri ekleyin.
Kullanılan diğer malzemeler (çözücüler, su, reaktifler, katalizörler)
Yeşil kimya ölçütleri ve formülleri
Atom ekonomisi (%) = ν × M(istenen ürün) / Σ ν × M(girenler) × 100
Yüzde verim (%) = gerçek kütle / teorik kütle × 100 RME (%) = ürün kütlesi / Σ girenlerin kütlesi × 100
E-faktörü = (toplam giren kütle − ürün kütlesi) / ürün kütlesi PMI = toplam giren kütle / ürün kütlesi = E-faktörü + 1
Karbon verimliliği (%) = üründeki C molü / girenlerdeki C molü × 100
| Ölçüt | Dayanağı | İdeal | Neyi kaçırır |
|---|---|---|---|
| Atom ekonomisi | Denkleştirilmiş denklem | 100% | Verim, aşırı reaktifler, çözücüler |
| Yüzde verim | Laboratuvar sonucu | 100% | Yan ürünler ve diğer atıklar |
| Tepkime kütle verimliliği | Girenlerin ve ürünün kütleleri | 100% | Çözücüler ve ayırma işlemleri |
| Karbon verimliliği | Giren ve çıkan karbon atomları | 100% | Tuzlar gibi karbon içermeyen atıklar |
| E-faktörü (basit) | Çözücüler ve su hariç tüm girdiler | 0 | Çözücü atığı |
| E-faktörü (tam) ve PMI | Kullanılan her malzeme | 0 ve 1 | Tehlike ve enerji kullanımı |
Sektörlere göre tipik E-faktörleri
| Sektör | Yıllık üretim (ton) | E-faktörü (kg atık/kg ürün) |
|---|---|---|
| Petrol rafinasyonu | 10⁶ – 10⁸ | 0,1’in altında |
| Temel kimyasallar | 10⁴ – 10⁶ | 1–5’in altında |
| İnce kimyasallar | 10² – 10⁴ | 5 ile 50’nin üzeri |
| İlaçlar | 10 – 10³ | 25 ile 100’ün üzeri |
Yeşil kimyanın 12 ilkesi
- Önleme: atığı arıtmak yerine hiç oluşturmayın.
- Atom ekonomisi: girenlerin mümkün olduğunca fazlasını ürüne katın.
- Daha az tehlikeli sentezler: düşük toksisiteli maddeler kullanın ve üretin.
- Daha güvenli kimyasallar: işlevini gören ama daha az toksik ürünler tasarlayın.
- Daha güvenli çözücüler ve yardımcı maddeler: daha az ve daha güvenli çözücü kullanın.
- Enerji verimliliği: tepkimeleri oda sıcaklığı ve basıncına yakın koşullarda yürütün.
- Yenilenebilir hammaddeler: uygun olduğunda biyokütleden elde edilen hammaddeler kullanın.
- Türevleri azaltın: koruyucu gruplardan ve diğer geçici adımlardan kaçının.
- Kataliz: katalizörler stokiyometrik reaktiflerden üstündür.
- Bozunabilir tasarım: ürünler kullanımdan sonra zararsız şekilde parçalanmalıdır.
- Gerçek zamanlı analiz: kirlilik oluşmadan önlemek için tepkimeleri izleyin.
- Kaza önleme: yangın, patlama ve sızıntı riskini azaltan maddeler ve koşullar seçin.
Çözümlü örnekler
Esterleşme
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O. 60,05 + 46,07 = 106,12 g/mol giriyor, 88,11 g/mol ester çıkıyor.
12,0 g asit ve 11,5 g etanol 13,2 g ester verir (teorik 17,6 g).
AE %83,0, verim %75,0, RME %56,2
Diels-Alder
Siklopentadien + maleik anhidrit → katılma ürünü: C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃.
66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, ürünle aynı.
AE 100%
Wittig tepkimesi
Ph₃P=CH₂ + sikloheksanon → metilensikloheksan + Ph₃PO.
96,17 / (276,32 + 98,14) × 100. Trifenilfosfin oksit (278,29 g/mol) atıktır.
AE %25,7
İbuprofen: Boots yolu (6 adım)
Tüm adımlardaki reaktifler: C₁₀H₁₄, C₄H₆O₃, C₄H₇ClO₂, C₂H₅ONa, H₃O⁺, NH₂OH ve 2H₂O = 206,3 g ibuprofen başına 515,0 g.
AE %40,1
İbuprofen: BHC yolu (3 adım)
C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH. Çıkan 206,3 g başına giren 266,3 g.
AE %77,5 (genellikle %77 olarak verilir; asetik asit geri kazanılırsa yaklaşık %99)
E-faktörü ve PMI
Yukarıdaki esterleşme, 1,0 g H₂SO₄, 20 g karbonat çözeltisi ve 50 g su ile yıkama ile: 94,5 g giriyor, 13,2 g çıkıyor.
Tam E-faktörü 6,16, PMI 7,16
Sık yapılan hatalar
- Denkleştirilmemiş denklem kullanmak. Katsayılar girenlerin kütlesini değiştirir. Önce denkleştirin.
- Atom ekonomisini verimle karıştırmak. %95 verimli bir Wittig tepkimesi bile girenlerin kütlesinin yaklaşık dörtte üçünü boşa harcar.
- Katalizörleri ve çözücüleri atom ekonomisine katmak. AE’ye dahil edilmezler, ancak E-faktörü ve PMI’ye dahildirler.
- Ürünün katsayısını unutmak. Denklem 2 mol ürün veriyorsa payda 2 × M kullanın.
- Basit ve tam E-faktörlerini karıştırmak. Çözücülerin ve suyun dahil olup olmadığını belirtin. Çoğu zaman toplamın büyük kısmını onlar oluşturur.
- Teorik verim için aşırı reaktifi kullanmak. Teorik verim sınırlayıcı bileşenden hesaplanır.
Sentez yollarını mı karşılaştırıyorsunuz? Her yolu, reaktifler okların üzerinde olacak şekilde ücretsiz çevrimiçi kimyasal yapı editörü MolDraw’da çizin.
MolDraw editörünü açSıkça sorulan sorular
Atom ekonomisi nedir ve nasıl hesaplanır?
Atom ekonomisi, %100 verim varsayılarak tüm girenlerin kütlesinin istenen üründe yer alan yüzdesidir. Atom ekonomisi = (katsayı × istenen ürünün mol kütlesi) / (tüm girenlerin katsayı × mol kütlesi toplamı) × 100. CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O için 88,11 / 106,12 × 100 = %83,0’dır.
Atom ekonomisi ile yüzde verim arasındaki fark nedir?
Atom ekonomisi yalnızca denkleştirilmiş denklemden gelir ve girenlerin kütlesinin ne kadarının ürüne geçebileceğini söyler. Yüzde verim laboratuvarda ölçülür ve teorik verime göre gerçekte ne kadar ürün elde ettiğinizi söyler. Bir tepkime, Wittig tepkimesinde olduğu gibi %100 verimle bile düşük atom ekonomisine sahip olabilir.
İyi bir E-faktörü nedir?
Düşük olan daha iyidir ve ideali 0’dır. Tipik değerler petrol rafinasyonu için 0,1’in altında, temel kimyasallar için 1–5’in altında, ince kimyasallar için 5 ile 50’nin üzeri, ilaçlar için 25 ile 100’ün üzeri arasındadır. İnce kimyasallarda ve ilaçlarda atığın çoğu çözücüdür.
Proses kütle yoğunluğu E-faktörüyle nasıl ilişkilidir?
PMI, kullanılan her şeyin toplam kütlesinin ürün kütlesine bölümüdür. Tam E-faktörü, atık kütlesinin ürün kütlesine bölümüdür. Atık = toplam girdi − ürün olduğundan PMI = E-faktörü + 1’dir.
Diels-Alder tepkimesinin atom ekonomisi neden %100’dür?
Bu bir katılma tepkimesidir: dien ve dienofil tek bir üründe birleşir ve hiçbir şey kaybolmaz. Siklopentadien + maleik anhidrit için 66,10 + 98,06 = 164,16 g/mol, yani tam olarak katılma ürününün mol kütlesidir. Çevrilme tepkimeleri ve çoğu katılma tepkimesi de %100’e ulaşır.
BHC ibuprofen sentezi neden Boots sentezinden daha yeşildir?
Boots yolu altı adım sürer ve atom ekonomisi yaklaşık %40’tır. BHC yolu üç katalitik adım sürer ve %77,5’e, asetik asit yan ürünü geri kazanıldığında yaklaşık %99’a ulaşır. Ayrıca çok daha az atık tuz üretir ve geri dönüştürülebilir katalizörler kullanır.
Tepkime kütle verimliliği nedir?
RME, elde edilen ürün kütlesinin kullanılan girenlerin toplam kütlesine bölümünün 100 ile çarpımıdır. Atom ekonomisini, verimi ve aşırı reaktif kullanımını tek bir sayıda birleştirir: RME = atom ekonomisi × verim ÷ aşırılık faktörü.
İlgili kimya araçları
Daha fazla örnekle yöntemin tamamını mı istiyorsunuz? Yeşil kimya ölçütleri rehberini (İngilizce) okuyun. Rapor için molekül mü çizmeniz gerekiyor? MolDraw ile kimyasal yapıları çevrimiçi çizin.
Son güncelleme: