Войти
В химии, выход, также называемый выход реакции, является мерой количества моль продукта , образованного в соотношении к израсходованному реагенту, полученному в химической реакции, обычно выражается в процентах. Урожайность - один из основных факторов, который ученые должны учитывать в органических и неорганических процессах химического синтеза. В химической инженерии реакции «выход», «конверсия » и «селективность» - это термины, используемые для описания соотношений того, сколько реагента было израсходовано (конверсия), сколько желаемого продукта образовалось (выход) в отношение к нежелательному продукту (селективность), представленное как X, Y и S.
В инженерии химических реакций "yield" "," конверсия "и" селективность "- это термины, используемые для описания соотношений того, сколько реагента прореагировало - конверсия, сколько желаемого продукта образовалось - выход и сколько желаемого продукта было образовано. по отношению к нежелательному продукту - селективность, представленная как X, S и Y.
В соответствии с руководством Elements of Chemical Reaction Engineering, выход относится к количеству определенного фиктивный продукт, образованный на моль израсходованного реагента. В химии моль используется для описания количества реагентов и продуктов в химических реакциях.
В Сборнике химической терминологии выход определяется как «[r] atio, выражающее эффективность процесса преобразования массы. Коэффициент выхода определяется как количество клеточной массы (кг) или образовавшийся продукт (кг, моль), связанный с израсходованным субстратом (источник углерода или азота или кислород в кг или молях) или с производством внутриклеточного АТФ (моль). »
В разделе« Расчет выходов в мониторинг реакций »в 4-м издании Учебника практической органической химии Фогеля 1996 г. (1978) авторы пишут, что« теоретический выход в органической реакции - это вес продукта, который был бы получен, если бы реакция продолжалась до завершение в соответствии с химическим уравнением. Выход представляет собой массу чистого продукта, выделенного из реакции ». В издании Vogel's Textbook от 1996 года процентный выход выражается как:
Согласно изданию Vogel's Textbook 1996 г., урожайность, близкая к 100%, называется количественной, урожайность выше 90% называется отличной, урожайность выше 80% очень хорошие, доходность выше 70% - хорошая, доходность выше 50% - удовлетворительная, а доходность ниже 40% называется плохой. В своей публикации 2002 года Петруччи, Харвуд и Херринг написали, что названия в Учебнике Фогеля были произвольными и не общепринятыми, и в зависимости от характера рассматриваемой реакции эти ожидания могут быть нереалистично завышенными. Выход может составлять 100% или выше, если продукты нечистые, так как измеренный вес продукта будет включать вес любых примесей.
В своем лабораторном руководстве по экспериментальной органической химии 2016 г. авторы описали " выход реакции »или« абсолютный выход »химической реакции как« количество чистого и сухого продукта, полученного в результате реакции ». Они писали, что знание стехиометрии химической реакции - числа и типов атомов в реагентах и продуктах в сбалансированном уравнении «позволяет сравнивать различные элементы с помощью стехиометрических факторов». Коэффициенты, полученные с помощью этих количественных соотношений, полезны при анализе данных.
Процентный выход представляет собой сравнение между фактическим выходом, который представляет собой массу предполагаемого продукта химической реакции в лабораторных условиях - и теоретический выход - измерение чистого заданного изолированного продукта на основе химического уравнения безупречной химической реакции, и определяется как
Идеальное соотношение между продуктами и реагентами в химической реакции можно получить, используя уравнение химической реакции. Стехиометрия используется для проведения расчетов химических реакций, например, стехиометрического мольного отношения между реагентами и продуктами. Стехиометрия химической реакции основана на химических формулах и уравнениях, которые обеспечивают количественное соотношение между количеством молей различных продуктов и реагентов, включая выходы. Стехиометрические уравнения используются для определения ограничивающего реагента или реагента - реагента, который полностью расходуется в реакции. Ограничивающий реагент определяет теоретический выход - относительное количество молей реагентов и продукта, образующегося в химической реакции. Сообщается, что другие реагенты присутствуют в избытке. Фактический выход - количество, физически полученное в результате химической реакции, проводимой в лаборатории, - часто меньше теоретического выхода. Теоретический выход - это то, что было бы получено, если бы весь ограничивающий реагент прореагировал с образованием рассматриваемого продукта. Более точный выход измеряется на основе того, сколько продукта было фактически произведено по сравнению с тем, сколько могло быть произведено. Соотношение теоретического выхода и фактического выхода дает выход в процентах.
Когда в реакции участвует более одного реагента, выход обычно рассчитывается на основе количества ограничивающего реагента, количество которого меньше стехиометрически эквивалента (или просто эквивалента) количеств всех других присутствующих реагентов. Другие реагенты, присутствующие в количествах, превышающих необходимые для взаимодействия со всем присутствующим ограничивающим реагентом, считаются избыточными. В результате выход не следует автоматически принимать в качестве меры эффективности реакции.
В своей публикации 1992 года General Chemistry, Whitten, Gailey и Davis описали теоретический выход как количество, предсказанное стехиометрический расчет, основанный на количестве молей всех присутствующих реагентов. Этот расчет предполагает, что происходит только одна реакция и что ограничивающий реагент реагирует полностью.
Согласно Уиттену, фактическая доходность всегда меньше (процентная доходность меньше 100%), часто даже очень, по нескольким причинам. В результате многие реакции остаются незавершенными, и реагенты не полностью превращаются в продукты. Если происходит обратная реакция, конечное состояние содержит как реагенты, так и продукты в состоянии химического равновесия. Две или более реакции могут происходить одновременно, так что некоторые реагенты превращаются в нежелательные побочные продукты. Потери происходят при отделении и очистке желаемого продукта от реакционной смеси. В исходном материале присутствуют примеси, которые не реагируют с образованием желаемого продукта.
Это пример реакции этерификации, где одна молекула уксусной кислоты (также называемая этановой кислотой) реагирует с одной молекулой этанола, образуя одну молекулу этилацетата (бимолекулярная реакция второго порядка типа A + B → C):
В своем Руководстве по синтетической органической химии за 2016 г. Майкл Пиррунг написал, что выход является одним из основных факторов, которые должны учитывать химики-синтетики. оценка синтетического метода или конкретного преобразования в «многоступенчатом синтезе». Он написал, что выход на основе регенерированного исходного материала (BRSM) или (BORSM) не обеспечивает теоретический выход или «100% рассчитанного количества продукта», которые необходимы для того, чтобы сделать следующий шаг в многоступенчатой системе..
Стадии очистки всегда снижают выход из-за потерь, возникающих при перемещении материала между реакционными сосудами и устройством очистки или несовершенного отделения продукта от примесей, что может потребовать удаления фракций, считающихся недостаточно чистыми. Выход продукта, измеренный после очистки (обычно до>95% спектроскопической чистоты или до достаточной чистоты для прохождения анализа горения), называется выделенным выходом реакции.
Выходы также можно рассчитать путем измерения количества образовавшегося продукта (обычно в неочищенной неочищенной реакционной смеси) относительно известного количества добавленного внутреннего стандарта, используя такие методы, как Газовая хроматография (ГХ), Высокоэффективная жидкостная хроматография, или Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия), или спектроскопия магнитного резонанса (MRS). Урожайность, определенная с использованием этого подхода, известна как выход внутреннего стандарта. Выходы обычно получают таким образом, чтобы точно определить количество продукта, полученного в результате реакции, независимо от потенциальных проблем выделения. Кроме того, они могут быть полезны, когда выделение продукта сложно или утомительно, или когда желательно быстрое определение приблизительного выхода. Если не указано иное, выходы, указанные в литературе по синтетической органической и неорганической химии, относятся к выделенным выходам, которые лучше отражают количество чистого продукта, которое, вероятно, будет получено при указанных условиях при повторении экспериментальной процедуры.
В своей статье 2010 Synlett Мартина Вернерова и химик-органик Томаш Гудлицки выразили озабоченность по поводу неточного отчета по выходам и предложили решения, включая надлежащую характеристику соединений. После проведения тщательных контрольных экспериментов Вернерова и Худлики сказали, что каждая физическая манипуляция (включая экстракцию / промывку, сушку над осушителем, фильтрацию и колоночную хроматографию) приводит к потере выхода примерно на 2%. Таким образом, изолированные выходы, измеренные после стандартной водной обработки и хроматографической очистки, редко должны превышать 94%. Они назвали это явление «инфляцией урожайности» и заявили, что в последние десятилетия в химической литературе рост урожайности постепенно увеличивался. Они объяснили рост урожайности небрежным измерением урожайности по реакциям, проводимым в небольшом масштабе, принятием желаемого за действительное и желанием сообщить более высокие цифры для целей публикации. Статья Худлики 2020 года, опубликованная в Angewandte Chemie - после того, как она была отозвана - отметила и повторила часто цитируемый 30-летний обзор органического синтеза Дитера Зеебаха за 1990 год, который также был опубликован в Angewandte Chemie. В своем 30-летнем обзоре Angewandte Chemie 2020 года Худлики сказал, что предложения, которые он и Вернерова сделали в своей статье Synlett 2020 года, «были проигнорированы редакциями органических журналов и большинством рецензентов».
