精细有机概论第一章绪论.ppt

2019/7/22,1,精细化工概论,2019/7/22,2,本课程的目的,系统掌握各类精细化工产品的代表物的结构、制备、性质、用途及其工艺技术（生产原理、工艺过程、三废治理、产品的用途等 ） 增强独立分析问题、解决问题的能力，使毕业后能具备从事精细化工产品的生产管理与新产品开发的能力,2019/7/22,3,本课程的主要内容,合成材料助剂 粘合剂 涂料 食品添加剂,感光材料 农药 染料 香料,系统阐述各类精细化学品的定义、分类、制备方法、构效关系。,2019/7/22,4,学习的基本要求,熟悉精细化学品的定义、分类、典型品种； 了解精细化工产业的历史与发展趋势 了解精细化学品的研究现状与发展前景； 掌握各大类精细化工产品的化学结构特征、理化性质、代表性合成方法与生产工艺； 初步掌握研究开发精细化学品的思路与方法。增强独立分析问题、解决问题的能力，具备从事精细化工产品的生产管理与新产品开发的能力,2019/7/22,5,什么是工艺,劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理，最终使之成为产品的方法与过程。 制定工艺的原则是： 技术上的先进 经济上的合理。 由于不同的工厂的设备生产能力、精度以及工人熟练程度等因素都大不相同，所以对于同一种产品而言，不同的工厂制定的工艺可能是不同的；甚至同一个工厂在不同的时期做的工艺也可能不同。,2019/7/22,6,课程体系,有机化学 物理化学 化工原理 化工设备 化工计算与工艺设计,2019/7/22,7,参考文献,杨先麟，精细化工产品配方与实用技术,湖北科学技术出版社； W CarruthersSome modern methods of organic synthesis.Third editionCambridge， Cambridge University Press 丁新腾译,有机合成设计,上海科学技术文献出版社; 宋启煌主编，精细化工工艺学， 化学工业出版社； 相关期刊:精细化工 ,精细与专用化学品 ,精细化工中间体 相关网站:中国精细化工网,2019/7/22,8,第一章 绪论,2019/7/22,9,精细化工的诞生 精细化工产品的特点 精细化工产品的分类 精细化工产品的生产过程和发展模式,教学内容,2019/7/22,10,教学重点,精细化学品的定义、特点； 精细化工的历史与发展趋势； 精细化学品的研究现状与发展前景；,2019/7/22,11,一、精细化工的诞生,1960 日本最先提出Fine Chemicals 的概念 1980精细化工学会成立 1983年，我国框定精细化工的范围，并提议建立精细化工专业 1986年化工部提出了精细化工产品暂行分类办法 精细化工在国民经济中的地位,2019/7/22,12,精细化工的诞生过程,A 直接利用自然资源 烟叶汁农药，防止农业病虫害 天然植物（茜草，靛兰）染布，染指甲，胭脂，香料 B 简单加工利用自然资源 压榨、萃取、蒸馏（水蒸气蒸馏）从动植物中直接提取香料、药物（中草药），麝香、薄荷油、龙涎香、海狸香、檀香油、玫瑰花露 C 利用合成与复配技术获得在应用性能上取代甚至超过天然物质的产品 （标志精细化工的诞生） D 1990高效、低毒、环境友好的精细化工产品,2019/7/22,13,1800从天然香料中分离出单一的香精，并首次复配香精,麝香的合成(香料工业的诞生),2019/7/22,14, 1856年，茜素的合成 W.H. Perkin 煤焦油品红、苯胺紫 (染料工业的诞生 ),茜素的合成:1,2-二羟基蒽醌.赭黄色粉末。不溶于水， 难溶于醚，溶于乙醇中呈红黄色，溶于碱中呈紫色。,2019/7/22,15, 1900(1939年)合成农药的诞生 医药（中草药)工业，表面活性剂工业,六六六,2019/7/22,16,DDT(二氯二苯三氯乙烷),2019/7/22,17,氯氰菊酯:2，2-二甲基-3-(2，2-二氯乙烯基)-环丙烷羧酸-氰基-3-苯氧基苄基酯灭百可；兴棉宝；安绿宝,2019/7/22,18,除草剂2，4，5T:2，4，5-三氯苯氧乙酸,2019/7/22,19,高效、低毒、环境友好的精细化工产品,2019/7/22,20,碳酸二甲酯分子中含有羰基、甲基、甲氧基、羰甲基，因而具有多种反应活性，且无毒，无腐蚀性，在许多化学反应场合可替代硫酸二甲酯、氯甲酸甲酯等化学品，作为重要的羰基化和甲基化试剂。 碳酸二甲酯作为一种清洁化工原料，在农药、医药、塑料、染料、电子化学品、饲料添加剂等工业得到广泛应用。,2019/7/22,21,原形发展阶段 雏型发展阶段 性能发展阶段 功能发展阶段,Know the developing rule of fine chemicals,2019/7/22,22,原形发展阶段,原形发展阶段是发展的起点,是一种科学发现,原形的发现是该类产品研究和发展的依据,为开发该产品提供了基本思路。 1869年Ross发现磷化膜对金属有保护作用。150 年前发现的除虫菊花，数千年前发现的天然染料：植物中提取的靛蓝、由茜草提取的红色染料、由贝壳类动物提取的紫色染料等便是合成染料的原形。应时时刻刻关心自然，注意发现新的科学现象，做出创造发明。,2019/7/22,23,雏型发展阶段 原形发现导致一个全新的化工产品的雏型发明； 有时原形发现并不导致雏型发明，在弗莱明发明青霉素之前斯科特见过弗莱明观察到的现象，而弗莱明用类似的发现于1929年发明了青霉素，但不能用于实际治疗。 雏型发明的实用价值一般都很低，还需要进行性能改进。产品日益朝实际应用的方向发展，通常，雏型发现和发明容易引起人们的怀疑和抵制，因为它的出现会冲击人们的传统观念。,2019/7/22,24,性能发展阶段,当人们认识到了雏型发现和发明的前景时，便会广泛开展作用机理及化合物结构和性能特点的研究工作， 一般有两种方式对雏型发现和发明进行改性： 一方面通过机理研究找到在性能上优于雏型产品的新产品；如青霉素药剂、合成染料、磷化液、洗涤产品等。 另一方面使雏型产品在工艺上、生产方法上以及价格上实用化。如枪械发蓝液、保健食品。,2019/7/22,25,功能发展阶段,一种新型的化工产品达到广泛应用之后，便会面临更加活跃的功能发展阶段， 1、品种日益增多，形成系列产品。 2、产品的性能和功能日益脱离原形，更加优异。 3、产品的使用方式更加多样化。不同的包装、不同的使用对象、不同的使用场合。如娃哈哈饮料，纳爱斯、白猫洗涤产品等。,2019/7/22,26,性能(Performance) ：材料对外部作用的抵抗特性。例如: 对外力的抵抗表现为材料的强度、模量 等； 对热的抵抗表现为耐热性； 对光、电、化学药品的抵抗，则表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。,2019/7/22,27,功能(Function)：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。例如: 材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为材料的光电功能； 材料在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离性。 此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功能的范畴。,2019/7/22,28,精细化工在国民经济中的地位,精细化学品化学涉及有机合成、无机材料、分析分离技术、物理化学、生物学、材料学等诸多学科专业，学科的交叉及目标产品的商品化两大特征体现得尤为明显。 精细化率已成为衡量一个国家化学工业技术水平高低的主要指标 世界各国发展化学工业的战略重点。 国家综合技术水平的重要标志之一。,2019/7/22,29,Significance of developing fine chemical industry,精细化率（精细化工在整个化学工业中所占的比重） =（精细化工产值/化工产品总值）100%,2019/7/22,30,日本和美国,精细化工的年平均增长速度大大超过化学工业的平均增长速度，其精细化率达到50以上。 英、法等国也都在进行化工产品结构的调整，也将战略重点转向精细化工，精细化率也在加快。俄罗斯虽未将化学工业的重点转向精细化工，但也在加快精细化工的发展。,2019/7/22,31,中国,85期间 2833% 95期间 45% 世界工业发达国家都在加快精细化工的发展，都在调整化工产品的结构，并将化学工业的战略重点转向精细化工。精细化工已经成为人民生活水平提高、工农业发展潜力、军事与高新技术产业发展的象征。,2019/7/22,32,二、精细化工产品的分类 Classification of chemicals and Fine chemicals,定义 基本化学品 精细化学品 分类 精细化学品原料来源,2019/7/22,33,按用途分类,大宗化学品(Heavy Chemicals) 即基本化工产品,一般是指原料经初级加工得到的大吨位产品,如甲醇、乙醇、醋酸等 甲醇：CO + 2 H2 CH3OH (5-10kg/cm2,210-270, CuO-ZnO-AL2O3) 乙醇：C2H4 + H2SO4 C2H5HSO4 (20-30kg/cm2, 70-80) C2H5HSO4+ H2O C2H5OH+H2SO4 ( 100) C2H4 + H2O C2H5OH (磷酸催化剂) 醋酸：2 C2H5OH + O2 2CH3CHO + 2H2O (银网) 2CH3CHO + O2 2CH3COOH(醋酸锰),2019/7/22,35,精细化学品：Fine Chemicals 起初是指经过深度加工所制得的产品，现指能增进或赋予一种(类)产品以特定功能，或拥有特定功能的小批量、高纯度的化学品。 1) C12H25N(CH3)2(C6H5CH2)CL(Br) 杀菌剂。 2) Petroleum Sulfonate 驱油剂 3) Lignin Sulfonate 水煤浆分散剂 4) Ga(CH3)3, In(CH3)3 制备半导体器件的材料( MOCVD技术)。,2019/7/22,36,A 按功能分三大类,精细有机化学品（包括高分子及天然有机物） 精细无机化学品（包括高分子及天然无机物） 生石灰静破碎剂 稀土金属；精细陶瓷等 精细生物化学品(包括微生物） 生物酶、氨基酸等,2019/7/22,37,B，日本日本1985年，精细化学品年鉴，51类,1)医药; 2)饲料添加剂与兽药;3)农药;4)染料;5)颜料;6)涂料; 7)保健食品; 8)成像材料;9)电机与电子材料;10)香料;11) 化妆品;12)肥皂; 13)表面活性剂;14)合成洗涤剂;15)催化剂;16)合成沸石;17)试剂; 18)胶粘剂;19)塑料增塑剂;20)塑料稳定剂;21)其他塑料添加剂; 22)橡胶添加剂;23)燃料添加剂;24)润滑油;25)润滑油添加剂;26)油墨; 27)食品添加剂;28)混凝土添加剂;29)水处理剂;30)高分子絮凝剂;31)工业杀菌防霉剂;32)金属表面处理剂;33)芳香除臭剂;34)炭黑;35)纤维用化学品;36)皮革用化学品;37)油田用化学品;38)汽车用化学品;39)溶剂与中间体;40)造纸用化学品; 41)脂肪酸及其衍生物; 42)稀有气体;43)稀有金属;44)精细陶瓷; 45)无机纤维;46)储氢合金; 47)非晶态合金;48)火药和推进剂;49)酶;50)生物技术;51)功能高分子,2019/7/22,38,C，化工部，18大类,1)医药与兽药; 2)农药;3)粘合剂;4)涂料; 5)染料和颜料; 6)表面活性剂和合成洗涤剂;7)塑料、合成纤维和橡胶用助剂; 8)香料;9)感光材料;10)试剂和高纯物11) 食品和饲料添加剂; 12)石油化学用品;13)造纸用化学品;14)功能高分子材料;15)化妆品;16)催化剂;17)生化酶试剂;18)无机精细化学品,2019/7/22,39,三、精细化工产品的特点,具有特定功能 大量采用复配技术 小批量、多品种 技术密集 附加值高 6) 综合生产流程和多功能生产装 7) 独到的商业特性,2019/7/22,40,具有特定功能,任何一种化工产品都具有各自的功能。 精细化学品则具有特定的功能，即应用对象比 较狭窄，专用性强而通用性弱。 例如，用作餐具的洗涤剂，它必须对油垢有良好的去污能力，并对皮肤没有刺激，当然必须保证无毒。工业洗涤剂就不能用于餐具的洗涤。利血平只能用于降低人的血压。,2019/7/22,41,大量采用复配技术 由于精细化学应用对象的特殊性,很难采用单一化合物满足要求,于是配方的研究成为决定性的因素。 如:合纤纺丝油剂应具备以下特性:平滑、抗静电、热稳定性好、挥发性低、对金属无腐蚀、可洗性好等。因此，合纤纺丝油剂都是多组分复配产品，主要成分以润滑油和表面活性剂为主，配以抗静电剂等助剂； 又如：金属清洗剂是溶剂和除锈剂的混合物。,2019/7/22,42,小批量、多品种 精细化学品本身用量不大，如医药在制成成药后，其形式有片剂、丸剂、针剂等，患者的服用量都以毫克计； 食品添加剂的用量是ppm级。 为了满足不同用途的需要，新的精细化学品不断涌现,仅据第三版统计,不同化学结构的染料品种有5232种。 小批量、多品种的特点决定了精细化学品的生产通常是以间歇反应为主，采用批次生产。,2019/7/22,43,表面活性剂：家用、工业用、日常用化妆品类等，5000多个品种 洗发精；化妆品:37大类，法国2000多个品牌 药品成药：不同剂型；同类药不同品牌 食品添加剂： 染料：纺织中用量3-5%,种类1976达到5232个 涂料：树脂类分，18大类 小批量是相对的 十二烷基磺酸钠：年产10万吨 阿司匹林：年产万吨(Aspirin) 朴热息痛：Paracemol(对乙酰氨基酚),2019/7/22,44,早在1853年夏尔.弗雷德里克.热拉尔（Gerhardt）就用水杨酸与醋酐合成了乙酰水杨酸，但没能引起人 们的重视；1898年德国化学家菲.霍夫曼（Felit Hoffmann）又进行了合成，并为他父亲治疗风湿关节炎，疗效极好；1899年由德莱塞（Dreser）介绍到临床，并取名为阿司匹林（Aspirin）。我国于1958年开始生产。到目前为止，已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上应用最广泛的解热，镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。 （其他名称）乙酰水杨酸；醋柳酸；巴米尔；Acetylsali-cylic,2019/7/22,45,Aspirin Paracemol,2019/7/22,46,技术密集 精细化学品的生产过程的工艺流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程需严格控制,并采用近代分析测试仪器跟踪反应。 新品种开发成功率低、时间长、费用高。 R&D研究和开发投资较高,如开发一种新药需要5-10年,耗资可达10亿美元。,2019/7/22,47,附加值高 技术垄断性强、销售利润高、附加价值高 据日本化学工业的统计： 1965年，精细化学品附加值率为46%， 无机化学品附加值率为37%；1970年精细化学品附加值率为51%， 无机化学品附加值率为39%；1975年精细化学品附加值率为50%， 无机化学品附加值率为35%。,2019/7/22,48,附加值和利润率,附加值产品从原材料开始加工到成品过程中实际增加的价值产品产值（原材料、税金、设备及厂房折旧）利润工人劳动动力消耗技术开发费用等。如1978年日本化工各行业产值与附加价值统计： 以氮肥附加价值为基数（100），石油化学品335.4，染料、有机颜料、环式中间体1219.2,塑料1213.2，合成纤维606,涂料，732.4，医药制剂，4078,农药，310.6，感光材料，589.4,表面活性剂，141.3,2019/7/22,49,利润率评价其高低的标准： 20%， 高利润率,2019/7/22,50,综合生产流程和多功能生产装置:工艺流程长；间歇装置 独到的商业特性 独家经营，技术保密 重视市场调研、适应市场需求 配有应用技术和技术服务 商品性强，市场竞争激烈,2019/7/22,51,精细化学品的发展趋势,新品种研发 新生产工艺和技术的研究 新设备和生产装置的研制 副产物的综合利用 化学与化工的融合,2019/7/22,52,新品种研发 (1) 农业的新技术要求生产超高效、低毒、环保型新农药； (2) 三次采油技术促进表面活性剂工业大力发展石油磺酸盐、烷基苯类磺酸盐、木质素磺酸盐等驱油表面活性剂； (3) 环境污染的控制加速了缓蚀剂、阻垢剂、絮凝剂、杀菌剂等水质处理剂的开发； (4) 保健品方面, 多元不饱和脂肪酸、各类磷脂、肽类化合物、糖醇 类、低聚糖等对抗衰老有疗效的功能性食品添加剂发展十分迅速；,2019/7/22,53,新生产工艺和技术的研究 (1) 使用催化剂技术改进传统工艺 (2) 特种技术:液相加氢技术; 微波的化学反应技术等 (3) 纳米材料与技术的运用 (4) 飞秒技术使实时跟踪化学反应成为可能,2019/7/22,54,新设备和生产装置的研制,电子秤 磁力搅拌反应 反应过程计算机控制 膜式磺化反应器等,2019/7/22,55,副产物的综合利用 化学工业中往往产生许多副产品，这些副产品是精细化学品的重要原料。 如乙二醇生产中产生的副产物：二乙二醇、三乙二醇和多乙二醇是合成其他精细化学品的原料。,2019/7/22,56,化学与化工的融合,化学:由下而上预测;分子结构介观层次 化工:由上而下控制;逐级控制各级时空结构,宏观系统介观层次 量子力学、统计力学、热力学、流体力学的融合 微观、介观、宏观多尺度的无缝链接,2019/7/22,57,四、精细化工产品的生产过程和发展模式,精细化工产品的生产过程= 化学合成与工艺 剂型加工商品化 合成路线的选择原则： 1，原料是否易得 2，操作是否易行 3，环境是否友好 4，经济是否合理,2019/7/22,58,The developing tendency of fine chemical industry,1.买资源向自开发技术的转化：原矿的 浮选与矿产品的深加工，太空资源的 开发、海洋开发等。 2.高新技术的开发应用：纳米材料、钻 石涂料、玻璃纤维（苏格兰桥）、高 档陶瓷、染料等。 3.特种食品：ATP、太空食品、保健食 品等。,2019/7/22,59,4 新药的合成：抗癌、抗爱滋、SARS、。 5 绿色材料与试剂：无甲醛黏合剂、无辐射装潢材料、太阳能发光涂料、CFC（氟氯烃）替代技术（保护臭氧层）等。 6 绿色能源：氢能、生物质能（沼气、生物质发电）、太阳能。,2019/7/22,60,7 仿生材料：纳米材料与荷叶、人工固氮和固碳、人造器官、仿生催化剂（酶）、ATP能量片与光和磷酸化、香蕉皮与润滑剂（石墨、二硫化钼）等，先仿后创。 8