Syntheseroutes

Leerdoelen

•Je kunt uitleggen wat een syntheseroute is.

•Je kunt een blokschema maken op basis van een tekst over een fabriek.

•Je kunt de begrippen duurzaamheid, bioplastic en polymeren uitleggen.

Wat is een syntheseroute?

Het proces van meerdere opeenvolgende reacties die in een fabriek nodig zijn om een gewenst product te maken, wordt een syntheseroute genoemd. Een bekend voorbeeld van een meerstapsynthese is de productie van paracetamol.

In een syntheseroute zie je vaak meerdere reactievergelijkingen. Bij de productie van paracetamol worden bijvoorbeeld in de eerste stapNH_2OHNHOHen in de tweede stapH^{+}Htoegevoegd. Tussendoor vinden vaak scheidingsprocessen plaats, zoals het verwijderen van oplosmiddelen, die daarna hergebruikt kunnen worden.

Wat is een blokschema?

Een blokschema laat overzichtelijk zien welke stappen in een productieproces plaatsvinden. De blokken stellen reacties of scheidingsprocessen voor en de pijlen geven de stofstromen aan: stoffen die het proces ingaan, tussen stappen worden doorgegeven of het proces verlaten. Bij de pijlen staat vaak de naam of formule van de stof.

Een voorbeeld hiervan is de synthese van zink. Om zink te produceren, bijvoorbeeld voor het beschermen van metalen tegen corrosie, start men met zinksulfide ZnS\left.ZnS\right) uit de grond. In reactie 1 reageert ZnS met zuurstof O_2\left.O_2\right), waarbij zinkoxideen zwaveldioxide SO_2\left(SO_2\right. ontstaan:.

In het blokschema zie je dat SO_2\left.SO_2\right)het proces verlaat, terwijldoorgaat naar reactie 2. Daar wordt koolstofC\left.C\right)\left(C\right)C)toegevoegd. De koolstof neemt de zuurstofatomen over van het zinkoxide, waardoor koolstofdioxideCO_2\left(CO_2\right.en zuiver zink ontstaan:

Tot slot volgt een scheidingsstap waarbij hetCO_2\left(CO_2\right.wordt verwijderd en vloeibaar zinkZn\left(l\right)Zn\left(l\right)Zn\left(\right)Znoverblijft als eindproduct.

Blokschema maken

1.Zet elke reactie of scheiding in een apart blok.

2.Teken pijlen tussen de blokken voor de stoffen die doorgaan naar de volgende stap.

3.Teken pijlen voor de beginstoffen die een blok ingaan (meestal van links) en pijlen voor de producten die een blok verlaten (meestal naar rechts).

4.Teken stoffen die worden toegevoegd met een pijl naar het juiste blok.

5.Teken afvalstoffen of hergebruikte stoffen met een pijl uit het blok.

Duurzaamheid in de chemie

In de chemische industrie is duurzaamheid belangrijk: het voldoen aan de behoeften van nu zonder toekomstige generaties te beperken. Dit kan door:

•Gebruik van hernieuwbare grondstoffen (grondstoffen die binnen 100 jaar opnieuw aangroeien).

•Beperking van afvalstoffen.

•Zuinig omgaan met energie.

Een voorbeeld van een hernieuwbare grondstof is het gebruik van bioplastic uit plantaardige materialen in plaats van aardolie. Dergelijke bioplastics zijn, net als veel andere kunststoffen, polymeren.

Wat zijn polymeren?

Polymeren zijn lange moleculen opgebouwd uit veel kleine monomeren. Bijvoorbeeld: cellulose, een polymeer dat uit glucose-moleculen bestaat. Tijdens de vorming van cellulose reageren glucosemoleculen waarbijH_2OHOvrijkomt.

Productie van celluloseacetaat

Uit cellulose kan celluloseacetaat gemaakt worden, een kunststof die minder water aantrekt. Het productieproces verloopt in de volgende stappen:

1.Pulp, afkomstig van papier of hout, wordt gemengd met azijnzuur en zwavelzuur. Deze stoffen worden in overmaat toegevoegd, zodat de pulp volledig kan reageren. Tijdens deze reactie ontstaat celluloseacetaat.

2.Na de reactie bevat het mengsel celluloseacetaat, zwavelzuur en azijnzuur. In de volgende scheidingsstap wordt het product opgelost in aceton, dat in een gesloten systeem wordt hergebruikt. Het zwavelzuur en azijnzuur worden van het product afgescheiden en eventueel hergebruikt. Er ontstaat nu een oplossing van celluloseacetaat in aceton.

3.Daarna volgt een stap waarbij het aceton door indampen wordt verwijderd.

4.Na het verwijderen van het aceton blijft zuiver celluloseacetaat over als eindproduct.