做通一个反应要强于泛泛做十个反应。我一直认为,研发过程中流程的考虑是重要的,因为无论做什么化合物的研发,这些都是需要的,就和体育中的基本功一样,只要将这些训练好了,做其他反应就可以如鱼得水。比如以单个反应为例,反应中涉及的内容相当多,主要方面我想就有:
1、物理化学,主要是化学热力学和化学动力学
2、有机化学,主要研究骨架的构建和官能团的转化
3、化学工程,主要研究三传一反(即传热、传质、传递,反应器)
4、分析化学,主要为其它三种学科作强有力的支持
如何寻找与我们所研究的这个反应相关的这些方面的内容,这就是一个关系到资料查阅的比较重要的过程,直接影响到反应的进度和深度,因此将这个过程分析清楚并不断训练这方面技能,我想要比单纯泛泛去读一些书籍,记忆一些机理要有用多了吧。
其次需要了解一些文字背后的含义,并理解每一个学科的应用范围,有机化学知识主要用于路径设计与合成参考,而其他三个方面在工艺优化方面是非常常用的。研发在考虑问题方面是经历由简到繁再由繁到简的过程的,就以加料方式来说吧:原料A加入原料B中所包含的需有所考虑的信息我初步想了一下,需要考虑的有:
1、 各个原料的纯度
2、 加料方式,包括正加、反加、并加、滴加、一次加入等方面
3、 加料温度
4、 检测项目和检测点的设立
5、 是否需要使用反应溶剂进行溶解稀释加料,如使用选用什么溶剂合适
6、 物质量的配比
7、 加料器型式
8、 反应器型式
9、 加料时状态,如是否搅拌等
然后应从这些方面进行本质的研究,如因加料方式不同可能会有浓度(这很容易理解)、溶剂(B加入A中是以A为溶剂,反之亦然,如果有其他溶剂还需另行考虑)、反应本身特性(如双官能团等可能产物就会不一样)、热效应(如剧烈放热反应如何加料好)、反应是否可以平稳(是否放出气体)等方面所造成的影响,这些影响会产生什么样的后果,而这些后果又可以如何利用等,如在加料时有比较强热效应,就需要考虑滴加的形式,这样反应平稳,不致局部过热,然后就要考虑到其他的可以消除热效应的方式,如反应器型式、搅拌方式和转速等。这些问题如果考虑不周密,在中试和大生产中就很容易出问题,如热效应问题,气体排放问题等,在扩大过程中我所听到的就不是一次两次出现过事故。
细节往往决定成败,有一次我接手另一个研究人员做了一个多月没做好的项目,指导他继续做,他的反应收率一直做不好,我在看了些文献并看了他的反应状况后,告诉他,加大加热,提高搅拌转速,结果收率一下提高近十个百分点,其实道理很简单,文献所提供的温度是溶剂沸点温度约接近200度,反应是液固多相反应,所以此反应进行有一定困难,当时他严格控制反应温度,回流太小,再加上搅拌慢,反应状况不好是很自然的。其实我觉得对于他而言,要找出问题的原因也不是很复杂,如果他能够使用仪器跟踪反应的话,很快可以知道是反应速度问题,然后看哪些因素可以解决这个问题就可以了,不过因为当时这个化合物是一个比较新的化合物,文献介绍很少,分析方法需自己建立,而且这化合物在各种溶剂中溶解度都不是很好,研究分析条件很麻烦,再加上他也不是很重视分析,所以吃苦头是必然的,我发现,很多时候研发遇到困难主要是源于思想和行动的惰性,试想想,依照文献坐着等结果比忙着研究检测方法要舒服多了。
化学归根结底还是一门实验科学,因此,机理也好,假说也好,理论也好,没有实验的支撑,那什么都不是。在网上常可以看到机理的题目,有很多高手,画起来头头是道,让人一看很有道理,不过问题在于,他们的机理大多是在实验现象出来以后的一种解释,而更为重要的是,很多人仅仅停留在解释上,化学是一门严谨的科学,每一种解释或假说如果没有证据,就只能作为一个记忆的工具而已,而且单个证据也不是很充足。因此,我认为更为重要的一个过程是如何设计实验去验证这种假设,如果验证后,再如何设计实验去验证这个假说的适用范围,实际上,如果看多了高水平的文章,就会发现,他们有一个共同的特点,就是结构都是很严谨的,每一个说法都是有充足的证据的,甚至有时让人觉得似乎多此一举,但是科研只有这样,才可以维持正确的研究方向,才能做出高水平的东西。很多文章并不需要很高的实验水平,但是可以发在JACS,JOC上,就是在一些细节的处理上不一样啊。研发也一样,你只有有别人所忽视的东西,才可以保持技术的先进性。
研发中所涉及的对各种因素的考虑也是同样的道理,除非有充足的证据,否则就不能够想当然。实验很多时候就是一层窗户纸,但是如果没有合适的方法,连窗户都找不到,怎么可能去捅破这层窗户纸呢。有一个研发人员做一个简单的铁粉还原的反应,做了很久也没做好,他变化了很多条件,温度,溶剂等等,但是最终还是没有找出原因,当时我建议他说:“是不是你的铁粉有问题啊。”“我想过铁粉的问题,不过我们一般都在一家试剂商店买东西,只有这种铁粉,上其他地方买麻烦,不过看来要试一下了。”“你不妨这样做,找一个有你还原的官能团的普通化合物,以标准的方法用你的铁粉还原一下看看结果就可以了,这样你就可以确认铁粉究竟有没有问题,免得下次换了铁粉万一有问题还是找不出原因。”后来发现果然是铁粉影响反应。呵呵,如果上论坛搜索一下,会发现相当多的同类的因原料或催化剂、溶剂等造成或研发不成功或生产出问题的事件,而这些事件之所以让这些研究者印象深刻,是因为吃了苦头、耽误了时间的,而且,如果没有正确的方法,几乎可以肯定,同样的问题在一部分研究人员身上还会出现。
因此,我考虑:1、反应中的所有影响因素是可以考虑全的。2、逐个了解这些因素的影响是可能的。这两点是合成逻辑性可能性存在的基础。所以,我认为合成高手,是造势的高手,他能够运用设计实验,了解各种影响因素,同时运用一些辅助的措施,从而造成一种态势,使内行觉得他必定可以得到想要的结论,只是一个时间上的问题,这便是合成研发的逻辑性。
我觉得这个观念的意义不在观念本身,而在于完成了一个可以不断积累的可持续发展的架构,余下的工作只是向里面添加内容,依靠这样的方式,我想,在合成研发上应该会有所突破吧。
编辑:7100
作者: syn022
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