過(guò)氧化氫在有機(jī)化工合成的應(yīng)用

劉軍杰，索振華

（冀中工程技師學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

過(guò)氧化氫作為推動(dòng)有機(jī)化工合成生產(chǎn)的主要化合物，要充分運(yùn)用現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件，讓過(guò)氧化氫在各類(lèi)型的化學(xué)合成反應(yīng)中發(fā)揮最大效用價(jià)值，不僅可以起到保護(hù)化學(xué)資源的綠色生態(tài)發(fā)展作用，也可以提高有機(jī)化工合成的生產(chǎn)效益。在有機(jī)化工合成的各類(lèi)具體應(yīng)用中，需要嚴(yán)格把控每一道生產(chǎn)工序，對(duì)過(guò)氧化氫在每種化學(xué)合成反應(yīng)中的用量進(jìn)行科學(xué)配比，按照規(guī)范化的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有機(jī)化工合成。

1 概述

有機(jī)化工合成是將各類(lèi)可以產(chǎn)生有效化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)放在特定條件中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，生產(chǎn)出用途更為廣泛的復(fù)雜有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，作為各類(lèi)生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品原材料。有機(jī)化工合成是化學(xué)生產(chǎn)常見(jiàn)的技術(shù)手段，過(guò)氧化氫則是在有機(jī)化工合成中常見(jiàn)的應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)。

過(guò)氧化氫相比較其它化合物的優(yōu)勢(shì)在于，在特定的化學(xué)反應(yīng)條件下，可以生產(chǎn)出高純度的過(guò)氧化氫，運(yùn)用過(guò)氧化氫參與化學(xué)反應(yīng)，能夠有效促進(jìn)氧化產(chǎn)物的合成，適用于多個(gè)化學(xué)基本反應(yīng)類(lèi)型中，包括芳香烴的氧化反應(yīng)，芳烴的臭氧化開(kāi)環(huán)反應(yīng)，羥基化合物的氧化反應(yīng)，醇的氧化反應(yīng)，烯烴的氧化反應(yīng)，含氯、硫、磷等化合物的氧化反應(yīng)等。

過(guò)氧化氫，H2O2，俗稱雙氧水。由過(guò)氧化氫的化學(xué)分子構(gòu)成可以看出，過(guò)氧化氫具有較強(qiáng)的氧化性和還原性，經(jīng)常作為催化劑應(yīng)用于化學(xué)合成反應(yīng)。在有機(jī)化工合成生產(chǎn)中，過(guò)氧化氫根據(jù)其化學(xué)特性可分為2 種類(lèi)型，一種是在酸性介質(zhì)中，過(guò)氧化氫的氧化性發(fā)揮要比堿性介質(zhì)的發(fā)揮更加廣泛；另一種是在堿性介質(zhì)中，過(guò)氧化氫的還原性發(fā)揮要比酸性介質(zhì)的發(fā)揮更加廣泛。在不同介質(zhì)中過(guò)氧化氫發(fā)揮著不同化學(xué)性質(zhì)的用途，促進(jìn)化學(xué)合成反應(yīng)變化。過(guò)氧化氫的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型可以根據(jù)化學(xué)特性的2 種不同反應(yīng)分為氧化化學(xué)反應(yīng)和還原化學(xué)反應(yīng)，在這2 種化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型中，都能夠生產(chǎn)出無(wú)污染、無(wú)毒性的水和氧氣，推動(dòng)有機(jī)化工合成的綠色生產(chǎn)發(fā)展。同時(shí)根據(jù)過(guò)氧化氫在有機(jī)化工合成中的具體應(yīng)用，其產(chǎn)量需求大幅度提高，要配備足夠產(chǎn)量的過(guò)氧化氫，將其應(yīng)用到化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)的工序中，并進(jìn)一步完善過(guò)氧化氫在有機(jī)化工合成中的應(yīng)用深度，降低化工生產(chǎn)應(yīng)用的潛在安全隱患，不斷推動(dòng)有機(jī)化工合成取得長(zhǎng)足發(fā)展。

2 過(guò)氧化氫在有機(jī)化工合成中的具體應(yīng)用

2.1 芳香烴的氧化反應(yīng)

芳香烴作為主要化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)在完成氧化反應(yīng)時(shí)，可分為以下2 種表現(xiàn)形式。

（1）將金屬離子作為參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，過(guò)氧化氫會(huì)和芳香烴發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中根據(jù)反應(yīng)物質(zhì)的用量、濃度配比產(chǎn)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)，基本化學(xué)表現(xiàn)較為強(qiáng)烈，在金屬離子參與的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型中，經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)物質(zhì)的合成變化，所得合成產(chǎn)物中的化學(xué)分子構(gòu)成種類(lèi)較多，常見(jiàn)為混合物類(lèi)型。化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的穩(wěn)定性表現(xiàn)較差，要注意化學(xué)分子式的變化發(fā)展。

（2）將過(guò)氧化氫直接與芳香烴進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在該化學(xué)類(lèi)型表現(xiàn)中會(huì)加入一種物質(zhì)為醋酸，幫助清理化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程環(huán)境，提高化學(xué)物質(zhì)參與反應(yīng)的純凈程度，獲得高純度的合成產(chǎn)物，提高有機(jī)化工合成的生產(chǎn)產(chǎn)物質(zhì)量水平，在運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)技術(shù)的條件下，優(yōu)化有機(jī)化工合成產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)條件。

2.2 芳烴的臭氧化開(kāi)環(huán)反應(yīng)

芳烴類(lèi)化合物中的苯環(huán)在過(guò)氧化氫的氧化反應(yīng)中不容易被氧化，萘環(huán)在過(guò)氧化氫參與化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中容易改變?yōu)殚_(kāi)環(huán)的氧化狀態(tài)，生成芳烴的臭氧化開(kāi)環(huán)反應(yīng)，比如用間甲酚、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯胺等化學(xué)物質(zhì)常用作參與臭氧化反應(yīng)。

根據(jù)3 種不同芳香族化合物質(zhì)的反應(yīng)速率可以得到化學(xué)反應(yīng)結(jié)果，在溫度、pH 值相同的反應(yīng)條件下，間甲酚的臭氧化反應(yīng)速率較慢，對(duì)硝基苯胺的臭氧化反應(yīng)速率與對(duì)硝基苯酚的臭氧化反應(yīng)速率數(shù)值接近，對(duì)硝基苯胺的臭氧化反應(yīng)速率較快。在酸性介質(zhì)中，臭氧分解速率較慢，O3參與主要氧化過(guò)程；在堿性介質(zhì)中，臭氧分解速率較快，羥基自由基參與主要氧化過(guò)程。

運(yùn)用不同的芳香族化合物參與臭氧化化學(xué)反應(yīng)，會(huì)得到不同的有機(jī)物合成產(chǎn)物結(jié)果，從中找出生產(chǎn)效益最佳的化學(xué)物質(zhì)與過(guò)氧化氫參與化學(xué)合成反應(yīng)。

2.3 羥基化合物的氧化反應(yīng)

羥基化合物作為主要化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)在完成氧化反應(yīng)時(shí)，能夠保持較為穩(wěn)定的氧化性質(zhì)，確保化學(xué)合成反應(yīng)的合成產(chǎn)物穩(wěn)定性。常見(jiàn)參與共同化學(xué)的化合物應(yīng)用分為醛類(lèi)化合物、醇類(lèi)化合物、酮類(lèi)化合物3 種。

醛類(lèi)化合物，主要由羥基和醛基2 大類(lèi)化合物質(zhì)按照分子連接組成，同時(shí)醛類(lèi)化合物的氧化性較強(qiáng)，解除密封后接觸到外界空氣就開(kāi)始參與氧化反應(yīng)過(guò)程，也可以在銀氨溶液、氫氧化銅懸濁液的化學(xué)試劑溶液中完成氧化反應(yīng)。

醛類(lèi)化合物與過(guò)氧化氫完成化學(xué)反應(yīng)后，可以合成羧酸類(lèi)化合物。芳香醛作為醛類(lèi)化合物中的一種，參與化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中要保證其在堿性介質(zhì)中完成與過(guò)氧化氫的化學(xué)反應(yīng)，能夠產(chǎn)生的合成產(chǎn)物為甲酸酯。

醇也是羥基化合物中的重要組成部分，在烴類(lèi)化合物中，通過(guò)運(yùn)用羥基化學(xué)物質(zhì)參與反應(yīng)的變化過(guò)程來(lái)替換烴類(lèi)化合物中的氫原子，獲得醇類(lèi)化合物。醇類(lèi)化合物和羥基化合物在一般情況下處于穩(wěn)定飽和狀態(tài)，在羥基和苯環(huán)相連的情況下，可以變化合成烯醇類(lèi)化合物，由此得到參與氧化反應(yīng)的化合物質(zhì)，將醇類(lèi)化合物和烯醇類(lèi)化合物共同和過(guò)氧化氫完成化學(xué)氧化反應(yīng)。

酮類(lèi)化合物在羥基化合物的氧化反應(yīng)中的穩(wěn)定性最佳，對(duì)有機(jī)化工合成的氧化劑氧化含量的要求更高，要投入較大產(chǎn)量的過(guò)氧化氫，即選擇強(qiáng)氧化劑用于參與化學(xué)反應(yīng)，才能夠獲得有機(jī)化工物質(zhì)的合成結(jié)果。

在特定化學(xué)反應(yīng)條件中，設(shè)定好溫度、pH 值，運(yùn)用過(guò)氧化氫參與化學(xué)反應(yīng)，所得合成化合物能夠在其它化學(xué)合成反應(yīng)中作為催化劑進(jìn)行使用。由于酮類(lèi)化合物與氧化性較強(qiáng)的過(guò)氧化氫參與反應(yīng)，所得化合產(chǎn)物的分子構(gòu)成式也較為復(fù)雜，需要較強(qiáng)的化工生產(chǎn)技術(shù)條件作為現(xiàn)實(shí)支撐。

2.4 醇的氧化反應(yīng)

醇系列化合物只需要少量的過(guò)氧化氫就能發(fā)揮氧化作用完成化學(xué)反應(yīng)，過(guò)氧化氫作為醇系列化合物參與化學(xué)合成反應(yīng)的水溶劑，將醇系列化合物的氧化反應(yīng)作用發(fā)揮到最大化。

醇系列化合物作為經(jīng)常用于生產(chǎn)溶劑、燃料原材料的主要化學(xué)物質(zhì)之一，其中一些醇系列化合物與過(guò)氧化氫參與化學(xué)反應(yīng)后能夠轉(zhuǎn)化成醛類(lèi)化合物、酮類(lèi)化合物。比如將過(guò)氧化氫與甲醇共同作用于有機(jī)化工合成的化學(xué)反應(yīng)，可以生成多種化學(xué)合成物。

常見(jiàn)的化學(xué)合成物分為乙二醇和甲醛2 類(lèi)。

（1）乙二醇。需要在光線條件較為明亮的情況下完成氧化反應(yīng)，所得產(chǎn)物為乙二醇。乙二醇是化工生產(chǎn)中常見(jiàn)的產(chǎn)品原材料化學(xué)物質(zhì)，可以與水分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，降低作用物質(zhì)的凝固點(diǎn)，比如將乙二醇廣泛應(yīng)用于防凍裝置中。

值得注意的是，甲醇參與氧化反應(yīng)中，因甲醇化學(xué)反應(yīng)中所需過(guò)氧化氫含量較低，要特別重視過(guò)氧化氫的用量選擇，確保有機(jī)化工合成中生產(chǎn)過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。

（2）甲醛。甲醛產(chǎn)物需要對(duì)甲醇進(jìn)行催化氧化，由于甲醛具有刺激性氣味，吸入過(guò)多可對(duì)人體器官機(jī)能健康產(chǎn)生危害，在化學(xué)合成過(guò)程中也需要特別注意生產(chǎn)安全。醇系列化合物與過(guò)氧化氫參與反應(yīng)合成的常見(jiàn)醛類(lèi)化合物中，包括有仲醇、伯醇等，此類(lèi)化合物不具備參與氧化反應(yīng)的條件。

2.5 烯烴的氧化反應(yīng)

烯烴與過(guò)氧化氫共同作用于參與有機(jī)化工合成反應(yīng)，是化工生產(chǎn)中的重要生產(chǎn)工序。比如在大分子烯烴化合物中，過(guò)氧化氫的用途是作為催化劑與其它催化劑按照規(guī)范用量比例進(jìn)行配比融合后作用于大分子烯烴化合物的氧化反應(yīng)，在烯烴化合物中包含的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸醋，經(jīng)過(guò)過(guò)氧化氫的催化作用，能夠應(yīng)用到塑料的生產(chǎn)工藝中。

過(guò)氧化氫配合鎢酸的應(yīng)用，能夠?qū)㈤L(zhǎng)鏈進(jìn)行氧化，產(chǎn)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)，然后合成鄰二醇，首先過(guò)氧化氫作為氧化劑發(fā)生化學(xué)作用，合成鄰二醇，然后再發(fā)揮催化劑的化學(xué)作用，將烯烴氫基轉(zhuǎn)化為順式鄰二醇。

過(guò)氧化氫在烯烴的氧化反應(yīng)中要明確何時(shí)作為氧化劑發(fā)揮主要作用，何時(shí)作為催化劑發(fā)揮主要作用，將產(chǎn)生不同的有機(jī)化合物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一系列的氧化和催化完成合成反應(yīng)。

2.6 含氯、硫及磷等化合物的氧化反應(yīng)

含氯化合物在過(guò)氧化氫條件的支持下，常與胺系列化合物完成有機(jī)化工合成，所得合成物質(zhì)是硝基、亞硝基類(lèi)化合物等，可以應(yīng)用到各類(lèi)生產(chǎn)行業(yè)的污水處理方面，消除污水中的各類(lèi)有機(jī)污染物，使得污水排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，降低對(duì)自然環(huán)境的污染危害，起到凈化大氣層環(huán)境的保護(hù)作用。

含硫化合物參與氧化反應(yīng)中的化學(xué)表現(xiàn)較不穩(wěn)定，在過(guò)氧化氫條件下，常見(jiàn)所得合成物質(zhì)亞砜類(lèi)化合物。比如硫酸與過(guò)氧化氫共同參與完成化學(xué)反應(yīng)，可以生成亞砜類(lèi)化合物；硫醚類(lèi)化合物也能夠在過(guò)氧化氫的氧化反應(yīng)中生成亞砜類(lèi)化合物。另外在酸性介質(zhì)中，甲酸鹽可以經(jīng)過(guò)化學(xué)氧化反應(yīng)后作為殺蟲(chóng)劑的生產(chǎn)原材料，所得合成物為一類(lèi)二硫化合物。

含磷化合物與過(guò)氧化氫參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在堿性介質(zhì)中，含磷化合物能夠經(jīng)過(guò)過(guò)氧化氫產(chǎn)生耦合反應(yīng)，所得產(chǎn)物為烯烴類(lèi)化合物，可以用于生產(chǎn)胡蘿卜素，能夠有效促進(jìn)烯烴類(lèi)化合物在有機(jī)化工合成中的技術(shù)應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

在有機(jī)化工合成中的過(guò)氧化氫具體應(yīng)用是根據(jù)不同化學(xué)反應(yīng)的具體表現(xiàn)展開(kāi)研究，結(jié)合現(xiàn)代化化學(xué)技術(shù)在有機(jī)化工合成中的實(shí)踐應(yīng)用，將過(guò)氧化氫作為主要化合物拓展化工生產(chǎn)渠道。同時(shí)大部分化工生產(chǎn)領(lǐng)域從生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備等方面都在不斷優(yōu)化，為過(guò)氧化氫的化學(xué)合成反應(yīng)創(chuàng)造更加便利的生產(chǎn)條件，在確保生產(chǎn)安全的前提下對(duì)不同化學(xué)合成反應(yīng)進(jìn)行靈活性的創(chuàng)新應(yīng)用，開(kāi)拓過(guò)氧化氫的應(yīng)用新價(jià)值。