化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應


化學反應中不僅要關注原料的安全性、主反應和主產物,還要判斷在反應過程中或在后處理過程是否會生成富含能量或有毒的副產物。

某些富含能量或有毒的副產物有其獨特的形成機理,需要仔細判斷,要求從各反應物之間,反應物與溶劑之間,反應物與生成物之間,生成物與溶劑之間的相互關系上,以及反應條件(溫度、壓力、操作程序、反應內在環境如酸堿度等反應液面上空環境)上進行系統分析和評估。


可能生成危險性產物(副產物)的反應如下;
1) 可能生成爆炸性產物(副產物)的反應。
2) 可能生成有毒有害產物(副產物)的反應。
3) 可能生成腐蝕性、刺激性產物(副產物)的反應。

一、可能生成爆炸性產物(副產物)的反應



Example 1:

化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖1

這是一個硝基甲烷在堿性條件下與醛基的親核加成反應(HenryReaction)。然而硝基甲烷在強堿性條件下,自身可能會生成爆炸性極強的含能硝基乙醛肟。

化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖2

在放大前,要驗證是否有硝基乙醛肟產生,如有生成,產生量是多少?在萃取時,是伴隨在產物中,還是在母液里,要做安全評估。



Example 2:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖3

用MDSO或DMF做溶劑,在NaH強堿作用下,理論上有發生自身縮合反應、劇烈放熱而爆炸的可能性。雖然現實中極少出現這種情況,但是一旦被某種未知因素觸發,后果將不堪設想,建議改換其他安全可靠的溶劑。



Example 3:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖4

產物從除了一個原有的對熱敏感的硝基外,還產生一個易開環聚合放熱的環 氧乙烷,因此反應后處理過程中需要注意如下幾點:一是有機相濃縮的過程中確 保較低的旋蒸溫度;二是濃縮后,處理產品不能接觸金屬,做好嚴密的個人防護;三是產品不能完全脫溶蒸干,以溶液的狀態進行后續的反應。



Example 4:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖5

Oxone 為過一硫酸氫鉀復合鹽,本身比較穩定,是使用方便的酸性氧化劑。然而,Oxone 除了氧化反應底物硫醚為砜外,還會氧化反應溶劑丙酮,使之生成具有爆炸性的過氧丙酮,因此溶劑替換為二氯甲烷或者乙酸乙酯更穩妥。即使這樣,反應結束后有機相也要用 10%亞硫酸鈉溶液將多余的 Oxone 徹底淬滅掉才更安全。



Example 5:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖6

丙烯酸酯在加熱情況下可能發生放熱聚合反應,密閉情況風險很大,不建議這樣做,或加合適阻聚劑方可進行。



Example 6:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖7

高溫下需要注意三氯化鋁升華,會凝聚在反應瓶(釜)上部,可能會發生堵而發生危險。本身的反應會大量放熱,加底物會推高溫度的快速上升,加上又在高溫下進行,危險性極大,另外,一定要用機械攪拌,才能充分攪拌起來。

二、可能生成有毒有害產物(副產物)的反應



Example 1:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖8

反應需要做尾氣吸收,并做在線 HCN檢測。操作區域的氫氰酸氣濃度報警和泄露警示監測有儀器和化學兩種方法。儀器方法:可用便攜式氫氰酸氣體測定儀;化學方法:可用較精確的“聯苯胺”法。


Example 2:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖9

反應中有 HCN 和 NaCN生成,需搭好尾氣吸收裝置,保證尾氣能被次氯酸鈉充分吸收,并在負壓的通風櫥內完成所有操作,充分做好保護措施。



Example 3:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖10


五氧化二磷作為硫化試劑,能將醇、羰基中的氧轉變成相應的硫代化物。雖然是綠黃色結晶固體,但是遇空氣中的水汽易分解成有惡臭味的硫化氫,曾經發生過惡臭氣味四溢,導致整棟大樓許多員工頭暈惡心的事故。反應需要在負壓強大的通風櫥內操作,并做尾氣吸收,吸收液用 2M氫氧化鈉溶液或次氯酸鈉溶液。后處理的溶液也要用氫氧化鈉溶液或次氯酸鈉溶液做徹底淬滅處理。



Example 4:

化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖11

產物屬于異腈,強烈惡臭,令人惡心,注意個人防護。所有器皿都要在通風櫥內用鹽酸、次氯酸鈉或過氧化氫做淬滅處理。用碳酸氫鈉水溶液淬滅會有大量二氧化碳生成,注意防止因氣泡帶出液體而溢料。



Example 5:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖12


產物異氰酸酯有特殊刺激性,而且分子量小,易揮發,加重傷害程度。要格做好個人防護,做到不傷害自己也不要傷害別人。

三、可能生成腐蝕性、刺激性產物(副產物)的反應



Example 1:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖13


該反應有氯化氫氣體生成,反應式配平后就很明顯。計算好反應底物的摩爾數,就能推算出有多少摩爾的氯化氫氣體生成,這個反應不能用氣球密閉(一般超過 4L就會漲破),要將生成的腐蝕性氣體及時導出去,而且要有尾氣吸收裝置,用堿性溶液吸收。尾氣吸收裝置中間還要搭建一個緩沖安全瓶。后處理時,應將冷卻后的反應液慢慢倒入攪拌的冰水里,期間會大量放熱,注意冷卻,避免溢出沖料。 


Example 2:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖14

三溴化硼及其反應副產物有強烈的腐蝕性,脫芐沒有必要采用三溴化硼方法,建議采用氫化脫芐等溫和的方法。


Example 3:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖15

該反應在脫 Boc 后,游離胺會對鈀有致毒作用,使鈀失去活性,從而失去脫芐活性,所以要在酸性環境下進行。但是氫化瓶或者壓力釜的壓力表等金屬元件大多不耐強酸,2M 鹽酸的強酸性會腐蝕儀表器件,造成儀器過早損壞,而且也很危險。
可以再先用 2M 鹽酸溶液脫 Boc,產品為弱酸性的鹽酸鹽,再去氫化室加氫 脫芐。氫化瓶或高壓釜,偏酸性沒有關系,但不能在強酸性環境下進行。


Example 4:


化學工藝中可能產生危險性產物(副產物)的反應的圖16

反應熱大, 乙 醚的熱容量很小,如果反應量大,容易沖料。最好選擇異丙醚、二氯甲烷、正己烷等合適溶劑。產物具有強烈催淚性,還可能有致癌性,需要做好個人防護。用碳酸氫鈉淬滅,注意有大量二氧化碳氣體生成而可能導致溢出沖料。


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