第2章 精细有机合

1、1第二章第二章 精细有机合成工艺学基础精细有机合成工艺学基础2.1 工艺学主要内容工艺学主要内容2.2 精细有机合成中的溶剂效应精细有机合成中的溶剂效应2.3 精细有机合成新技术精细有机合成新技术22.1 工艺学主要内容工艺学主要内容一、化学计量学一、化学计量学二、物料衡算与热量衡算二、物料衡算与热量衡算三、工艺流程的组织三、工艺流程的组织四、精细化工常用设备四、精细化工常用设备五、工艺设计的主要内容五、工艺设计的主要内容3一、化学计量学一、化学计量学1、反应物的摩尔比、反应物的摩尔比2、限制反应物和过量反应物、限制反应物和过量反应物3、过量百分数、过量百分数4、转化率、转化率5、选择性、选择

2、性6、理论效率、理论效率7、重量收率、重量收率8、原料消耗定额、原料消耗定额9、单程转化率与总转化率、单程转化率与总转化率2.1 工艺学主要内容工艺学主要内容4化学计量比化学计量比 1 2投料摩尔数投料摩尔数 5 10.7反应物的摩尔比反应物的摩尔比 1 2.14 1、反应物的摩尔比、反应物的摩尔比指加入反应器中的几种反应物指加入反应器中的几种反应物之间的物质的量（摩尔）之比。之间的物质的量（摩尔）之比。2、限制反应物和过量反应、限制反应物和过量反应物物 化学反应物不按化学计量比投料时，化学反应物不按化学计量比投料时，以最小化学计量数存在的反应物叫做以最小化学计量数存在的反应物叫做限制反限制反

3、应物应物，而投入量超过限制反应物完全反应的，而投入量超过限制反应物完全反应的理论量的反应物叫做理论量的反应物叫做过量反应物过量反应物。限制反应限制反应物物%7%10025257 .10例例:过量反应过量反应物物53、过量百分数、过量百分数ne过量反应物的物质的量过量反应物的物质的量nt与限制反应物完全反应与限制反应物完全反应所消耗的过量反应物物质的量所消耗的过量反应物物质的量过量反应物超过理论量过量反应物超过理论量部分占所需理论量的百部分占所需理论量的百分数分数4、转化率、转化率(X) 某一反应物某一反应物A反应掉的量反应掉的量nA,R占其投料量占其投料量nA,in的百分数叫做的百分数叫做反反

4、应物应物A的转化率的转化率XA100%ettnnn过量百分数硝酸过量多少？硝酸过量多少？,100%100%A RA inA outA inA innnnnnAX %7%10025257 .10硝酸的过量百分数硝酸的过量百分数65、选择性、选择性(S) 某一反应物转化为目某一反应物转化为目的产物理论消耗的物质的产物理论消耗的物质的量占该物质在反应中的量占该物质在反应中实际消耗的量物质的量实际消耗的量物质的量的百分数，叫做选择性的百分数，叫做选择性aA bBpP,100%100%ppA RA inA outaannppnnnAS化学计量比化学计量比6、理论收率、理论收率(Y) 生成的目的产物的物质

5、的量生成的目的产物的物质的量占占输入的限制反应物输入的限制反应物的物质的量的物质的量的百分数，叫做的百分数，叫做理论收率理论收率。 生成的目的产物的物质的量生成的目的产物的物质的量占占理论上应得到的目的产物理论上应得到的目的产物的物的物质的量的百分数，叫做质的量的百分数，叫做理论收率理论收率。,100%pAinanpnpY,100%pAinnpnapYYX S7例：例：100mol 87mol 2mol 少量焦油100 2100% 98100苯胺X %87 1S100% 88.7100-2%98%88.78787100%100 1Y = XS苯胺%7、质量收率、质量收率(Y质质)例：例：目的产

6、物的质量占某一输入反目的产物的质量占某一输入反应物的质量百分数。应物的质量百分数。NH2H2SO4NH2SO3H+质量 100kg 217kg纯度 99 97相对分子量 93 231.28、原料消耗定额、原料消耗定额每生产每生产1吨产品需要消耗的各吨产品需要消耗的各种原料的量（种原料的量（t或或kg）。）。苯胺的消耗定额苯胺的消耗定额1002170.461t461kgY217 100 100217质217 97231.2Y100%85.6%100 9993 1总收率总收率(Y总总)例：例： 反应物经过预处理、化学反应和后处反应物经过预处理、化学反应和后处理之后，所得目的产物的收率为理之后，所得

7、目的产物的收率为总收率总收率。H2NH2SO4H2NSO3H+100mol 89mol 2mol 100mol 89mol 2mol 少量少量H2N+焦油焦油反应后反应后分离精制后分离精制后 87mol87molY Y分分8787898910010097.897.8Y Y总总Y Y反反Y Y分分898997.897.887%87%苯胺的消耗定额苯胺的消耗定额NH2H2SO4NH2SO3H+质量质量 100kg 163.5kg100kg 163.5kg纯度纯度 9999 98%98%相对分子量相对分子量 93 17393 173例：例：苯胺的消耗定额苯胺的消耗定额1001009999163.51

8、63.598980.618t0.618t618kg618kg9、单程转化率、单程转化率(X单单)和总转化率和总转化率(X总总) 反应物反应物A输入和输出反应器的物质的量输入和输出反应器的物质的量 反应物反应物A输入和输出全过程的物质的量输入和输出全过程的物质的量RRA,inA,outRA,inn-nX100%n单SSA,inA,outSA,inn-nX100%n总SSA,inA,outnn，RRA,inA,outnn，例例100mol 40mol 38mol 1mol 61mol回收60mol60mol60mol40mol40mol产物产物氯苯氯苯 38mol38mol二氯苯二氯苯 1mol1

9、mol苯苯 1mol1mol氯苯氯苯 38mol38mol二氯苯二氯苯 1mol1mol苯苯 61mol61molX X单单苯苯 100mol100mol(100(10061)61)1001001001003939X X总总(100(10061)61)(100(10060)60)10010097.597.5S S38381 1(100(10061)61)100100=97.44%=97.44%二、物料衡算与热量衡算二、物料衡算与热量衡算1、物料衡算、物料衡算 2、能量衡算、能量衡算 根据反应方程式，运用化学计量系数进行计算根据反应方程式，运用化学计量系数进行计算 “直接计算法直接计算法”以物料

10、衡算为基础，选定计算基准，以物料衡算为基础，选定计算基准，298K系统中积累的能量系统中积累的能量 输入系统中的总能量输入系统中的总能量从系统中输出的能量从系统中输出的能量或：或：系统与环境换热量的和系统与环境换热量的和=离开系统各物料的焓离开系统各物料的焓-进入系统各物料的焓进入系统各物料的焓1、确定合成路线、确定合成路线三、工艺流程的组织三、工艺流程的组织2、工艺流程图、工艺流程图1）初步设计阶段初步设计阶段带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图 包括：包括：设备、物料管路及主要的辅助管路、表示出控制点和主要的阀件、设备、物料管路及主要的辅助管路、表示出控制点和主要的阀件、 主要管路的管

11、径等。主要管路的管径等。2）施工图阶段施工图阶段管道仪表流程图管道仪表流程图 包括：包括：全部工艺设备、物流管路、阀件，进出设备的辅助管路、工艺和全部工艺设备、物流管路、阀件，进出设备的辅助管路、工艺和 自控仪表的图例、符号等。自控仪表的图例、符号等。 区别：区别：更详细；着重表达全部设备的全部管道连接关系、更详细；着重表达全部设备的全部管道连接关系、测量、控制测量、控制和和 调节调节手段。手段。 图组成：图组成：图形、标注、图例、标题栏等图形、标注、图例、标题栏等生产磷酸二铵生产磷酸二铵(DAP) 的工艺流程图的工艺流程图热塑性聚氨酯弹性体热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的工艺流程图）的工艺流程

12、图间歇与连续反应的区别间歇与连续反应的区别间歇操作间歇操作：反应物料一次性加入、一次性卸出：反应物料一次性加入、一次性卸出 反应器内物系的组成仅随时间而变化，反应器内物系的组成仅随时间而变化，属非稳态过程属非稳态过程 适于多品种、小批量、反应速率较慢的反应过程适于多品种、小批量、反应速率较慢的反应过程连续操作连续操作：原料连续流入反应器，反应产物则连续从反应器出。：原料连续流入反应器，反应产物则连续从反应器出。 反应器内任何部位的物系组成均不随时间变化，反应器内任何部位的物系组成均不随时间变化，属稳态操作属稳态操作 适于大批量生产。适于大批量生产。间歇半连续操作间歇半连续操作：指原料与产物只有

13、其中一种为连续输入或输出，而其：指原料与产物只有其中一种为连续输入或输出，而其 余则为分批加入或输出的操作，同时兼有间歇操作和余则为分批加入或输出的操作，同时兼有间歇操作和 连续操作某些特点。连续操作某些特点。四、精细化工常用设备四、精细化工常用设备1、按结构和用途分类、按结构和用途分类2、按材质分类、按材质分类3、按受压情况分类、按受压情况分类容器、塔器、换热器、反应容器、塔器、换热器、反应器（反应釜、塔式、管式、固器（反应釜、塔式、管式、固定床、流化床反应器）、搅拌定床、流化床反应器）、搅拌器、分离器、贮存器器、分离器、贮存器金属设备金属设备：碳钢、合金钢、铸铁、铝、铜、不锈：碳钢、合金钢

14、、铸铁、铝、铜、不锈钢、铂钢、铂非金属设备非金属设备：陶瓷、玻璃、塑料、搪瓷、木材：陶瓷、玻璃、塑料、搪瓷、木材非金属材料衬里设备非金属材料衬里设备：衬橡胶、塑料、耐火材料、：衬橡胶、塑料、耐火材料、搪瓷等搪瓷等 1、按结构和用途分类、按结构和用途分类2、按材质分类、按材质分类 常压设备常压设备 （P0.07MPa）低压设备（代号低压设备（代号L） （0.1MPaP1.6Mpa）中压设备中压设备（代号（代号M） （1.6MPaP10Mpa）高压设备高压设备（代号（代号H） （10MPaP100Mpa）超高压设备超高压设备（代号（代号U）（）（P100Mpa）3、按受压情况分类、按受压情况分类间

15、歇釜式反应器间歇釜式反应器塔式反应器塔式反应器管式反应器管式反应器固定床、流化床反应器固定床、流化床反应器丙烯腈流化床.swf常常 用用 搅搅 拌拌 器器推推 进进 式式桨桨 式式螺螺 杆杆 式式锚、框式锚、框式特殊框式特殊框式涡轮式涡轮式 五、工艺设计的主要内容五、工艺设计的主要内容1、方案设计（包括工艺路线的确定和生产流程的设计）方案设计（包括工艺路线的确定和生产流程的设计）2、对单元反应确定最佳工艺条件对单元反应确定最佳工艺条件 3、化工计算化工计算（工艺设计的核心）（工艺设计的核心）4、车间布置设计车间布置设计（绘制车间平面和立面布置图）（绘制车间平面和立面布置图） 5、化工管路设计化

16、工管路设计6、提供设计条件、提供设计条件 (非工艺专业的设计条件非工艺专业的设计条件 )7、经济核算经济核算1、方案设计、方案设计 1）工艺路线的确定）工艺路线的确定2）生产流程的设计）生产流程的设计 原料的预处理原料的预处理 (提纯、粉碎、干燥、溶解、蒸发等提纯、粉碎、干燥、溶解、蒸发等)化工过程化工过程（即单元反应）（即单元反应）产物后处理产物后处理 (精馏、吸收、萃取精馏、吸收、萃取 、结晶、过滤、干燥等、结晶、过滤、干燥等)3、化工计算、化工计算1）包括物料衡算、能量衡算、设）包括物料衡算、能量衡算、设 备选型和计算。备选型和计算。在这三项计算的基础上绘制物料流在这三项计算的基础上绘制

17、物料流程图、主要设备图、带控制点的工程图、主要设备图、带控制点的工艺流程图。艺流程图。4、经常分析比较的技术经济指标、经常分析比较的技术经济指标1）产品成本）产品成本 原材料、原材料、 辅助材料、水电气、工资、辅助材料、水电气、工资、 设备折旧和维修等设备折旧和维修等2）基建投资）基建投资3）劳动生产率、投资回报率、消耗定额、）劳动生产率、投资回报率、消耗定额、 劳动力需求量、工资总额等。劳动力需求量、工资总额等。2、确定最佳单元反应的条件、确定最佳单元反应的条件1）工艺条件（反应物分子比，反应温度、压力等）工艺条件（反应物分子比，反应温度、压力等）2）合成技术（均相反应、非均相反应）合成技术

18、（均相反应、非均相反应）3）反应操作方法（间歇、连续、生产周期、生产规模等）反应操作方法（间歇、连续、生产周期、生产规模等）1、确定合成路线、确定合成路线C10H21C HCH2+AlCl3C12H25H2SO4C12H25SO3HNaOHC12H25SO3Na增效剂复配干燥成品洗涤剂十二烷基磺酸钠十二烷基磺酸钠2、流程简图、流程简图2.2 精细有机合成中的溶剂效应精细有机合成中的溶剂效应 一、溶剂的作用一、溶剂的作用二、溶剂的分类和性质二、溶剂的分类和性质三、离子化作用和离解作用三、离子化作用和离解作用一、溶剂的作用一、溶剂的作用 1、溶解作用、溶解作用 2、与溶质发生各种相互作用、与溶质发

19、生各种相互作用二、溶剂的分类和性质二、溶剂的分类和性质无机溶剂无机溶剂有机溶剂有机溶剂2、按、按Bronsted 酸碱理论分酸碱理论分质子给体溶剂质子给体溶剂：主要是酸，如：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH质子受体溶剂质子受体溶剂：主要是碱，如：主要是碱，如NH3、CH3CON(CH3)2两性溶剂两性溶剂：既可接受质子，又可提供质子，如：既可接受质子，又可提供质子，如H2O 1、按化学结构分、按化学结构分3、按偶极矩和介电常数分、按偶极矩和介电常数分1）偶极矩（）偶极矩（）指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中的一个电荷的电量指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中的一个电荷的电量q与这两个电

20、荷间距离与这两个电荷间距离d的乘积，单位：德拜（的乘积，单位：德拜（D）q d 即：即：Cl1.54d有机溶剂有机溶剂=05.5D极性溶剂极性溶剂：分子中具有永久偶极的溶剂。：分子中具有永久偶极的溶剂。 无极性溶剂无极性溶剂 分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。2.5D的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等。的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等。 2）介电常数（）介电常数（）也叫电容率或相对电容率）也叫电容率或相对电容率具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制形成一个有序排具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制形成一个有序排列，即列，

21、即极化作用极化作用。极化作用越大，介电常数越大。极化作用越大，介电常数越大。表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它偶极定向的能力。表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它偶极定向的能力。是表示是表示电介质或绝缘材料电性能的一个重要参数。电介质或绝缘材料电性能的一个重要参数。 主要影响溶剂中离子的主要影响溶剂中离子的溶剂化作用溶剂化作用和离子体的和离子体的离解作用离解作用。主要影响在溶质（分子或离子）周围溶剂分子的主要影响在溶质（分子或离子）周围溶剂分子的定向定向。 极性溶剂极性溶剂：1520 Fm-1 非极性溶剂：非极性溶剂：1520Fm-1越大越大,溶剂极性越强。溶剂极性越强。 极

22、性溶剂：极性溶剂： 1520 Fm-1或或2.5D非极性溶剂：非极性溶剂： 1520 Fm-1或或2.5D即：即：3）溶剂极性的本质）溶剂极性的本质溶剂化作用溶剂化作用 每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象，称的现象，称溶剂化作用溶剂化作用。它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一。它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。性相互作用的总和。4）溶剂极性参数）溶剂极性参数 实验极性参数实验极性参数ET(30)值值第第30号染料在不同溶剂中的最长波长溶剂化显色吸收谱带的跃迁能。号染料在不同溶剂中的最

23、长波长溶剂化显色吸收谱带的跃迁能。2,4,6-三苯基三苯基-N-(2,6-二苯基酚氧负离子二苯基酚氧负离子)-吡啶鎓盐吡啶鎓盐 常用溶剂的介电常数常用溶剂的介电常数4、按、按Lewis酸碱理论分类酸碱理论分类EPA溶剂溶剂：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂，：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂， 择优使择优使EPD或负离子溶剂化。或负离子溶剂化。 如水、醇、酚、羧酸等。如水、醇、酚、羧酸等。EPD溶剂溶剂：具有富电子或碱性部位，亲核试剂，具有富电子或碱性部位，亲核试剂， 择优使择优使EPA或正离子溶剂化。或正离子溶剂化。 如醇、醚、羰基化合物中的如醇、醚、羰基化合物中的氧氧原子，原子， 氨类和氨类和

24、N杂环化合物中的杂环化合物中的氮氮原子。原子。 A + :B A:B 酸酸(EPA) 碱碱(EPD) 酸碱配合物酸碱配合物 亲电试剂亲电试剂 亲核试剂亲核试剂 EPA/EPD配合物配合物5、按其氢键给体的作用分类、按其氢键给体的作用分类质子传递型溶剂质子传递型溶剂：氢键给体，质子给体，：氢键给体，质子给体，EPA。 如羟基、氨基、羧基和酰胺基如羟基、氨基、羧基和酰胺基非质子传递型溶剂非质子传递型溶剂：氢键受体，：氢键受体，EPD 。 如如O、N非质子溶剂不是氢键的给体，非质子溶剂不是氢键的给体，有些是氢键的受体，如有些是氢键的受体，如CH3COCH3、HCON（CH3）2等，等，有些不是氢键的

25、受体，如有些不是氢键的受体，如C6H6、n-C7H16等。等。6、按专一性溶质、溶剂相互作用分类、按专一性溶质、溶剂相互作用分类 1）极性质子溶剂）极性质子溶剂： 大，极性强，有能电离的质子的溶剂。如水，醇等。大，极性强，有能电离的质子的溶剂。如水，醇等。 能与阴离子或强电负性元素形成氢键，发生能与阴离子或强电负性元素形成氢键，发生强溶剂化作用强溶剂化作用 使使阳离子成为裸阳离子阳离子成为裸阳离子，利于共价键断裂（异裂），利于共价键断裂（异裂） 可促进离子型反应。可促进离子型反应。2）极性非质子溶剂）极性非质子溶剂： 大，极性强，有电负性较强的元素的溶剂。如大，极性强，有电负性较强的元素的溶剂

26、。如DMF等。等。能与阳离子产生强溶剂化作用，使能与阳离子产生强溶剂化作用，使阴离子成为裸阴离子阴离子成为裸阴离子，可促进离子型反应。，可促进离子型反应。二甲亚砜二甲亚砜(DMSO) (CH3)2S=O二甲基乙酰胺（二甲基乙酰胺（DMAC） CH3CON(CH3)2 丙酮丙酮 (CH3)2C=O 二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺(DMF） HCON(CH3)2六甲基磷酰三胺六甲基磷酰三胺(HMPA) (CH3)2N3P=O 3）非极性质子溶剂）非极性质子溶剂：如叔丁醇、异戊醇等。：如叔丁醇、异戊醇等。 4）非极性非质子溶剂）非极性非质子溶剂：如苯、四氯化碳、脂肪烃等。：如苯、四氯化碳、脂肪烃等。溶剂极

27、性对反应速度的影响溶剂极性对反应速度的影响Houghes-Ingold规则规则溶剂对溶剂对亲电取代反应亲电取代反应的影响的影响溶剂对溶剂对亲核取代反应亲核取代反应的影响的影响硬软酸碱原则（硬软酸碱原则（HSAB）与溶剂效应的关系）与溶剂效应的关系1 、Houghes-Ingold规则规则 对于从起始反应物变为活化配合物时对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度增电荷密度增加加的反应，的反应，溶剂极性增加，使反应速度加快溶剂极性增加，使反应速度加快。异性电荷分离异性电荷分离电荷密度增加电荷密度增加S SN N1 1反应反应RX+RX-R+X-+k1+-H3C CCH3CH3ClH3C CH3C

28、CCH3CH3Cl25离 解+-+CH3CH3Cl溶剂溶剂C2H5OHCH3OHHCOOH H2O 24.5524.5532.7032.7058.558.578.3978.39(D)(D)1.731.731.701.701.821.821.821.82极性极性小小k k1(1(相对相对) )1 19 91220012200335000335000例：例： 对于从起始反应物变为活化配合物时对于从起始反应物变为活化配合物时电荷电荷密度降低密度降低的反应，的反应，溶剂极性增加，使反应速溶剂极性增加，使反应速度减慢度减慢。S SN N2 2反应反应电荷分散电荷分散电荷密度降低电荷密度降低YRX-RXY

29、-+RX-Y+例：例：溶剂溶剂CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2O20.720.724.5524.5532.732.737.737.778.3978.39(D)(D)2.862.861.731.731.701.702.282.281.821.82k k（相对）（相对）13000130004444161617171 1I*-+ CH3Ik I* -CH3I -* ICH3I-+对于从起始反应物变为活化配合物时对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度变电荷密度变化很小或无变化化很小或无变化的反应，的反应，溶剂极性的改变对反应溶剂极性的改变对反应速度的影响极小速度的影响极小。

30、局限性局限性： 忽略了溶剂的类型、溶剂的忽略了溶剂的类型、溶剂的EPDEPD和和EPAEPA性质性质及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。溶剂对亲电取代反应速度的影响溶剂对亲电取代反应速度的影响OOHBrBrOHBrBr-OBr+ HBr（溶剂化）（溶剂化）（溶剂化）（溶剂化）Br2+（溶剂化）（溶剂化）（溶剂化）（溶剂化）（弱极性）（弱极性）（非极性）（非极性）（-配合物，极性较强配合物，极性较强）（-配合物，强极性配合物，强极性） 络合物是环状络合物是环状碳正离子中间体碳正离子中间体溶剂溶剂转化率转化率/%/%偶极矩偶极矩/D/D介电常数介电常数二氧六环二

31、氧六环0 00.450.452.212.21氯苯氯苯1.371.371.541.545.655.651,1,2,2-1,1,2,2-四氯乙烷四氯乙烷3.313.311.711.718.008.001,2-1,2-二氯乙烷二氯乙烷8.378.371.861.8610.4510.45乙酐乙酐15.3215.322.822.8220.7020.70N,N-N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺17.5617.563.863.8636.7136.71硝基苯硝基苯28.6728.674.214.2134.8234.82表表 苯绕蒽醌在不同溶剂中一溴化的转化率苯绕蒽醌在不同溶剂中一溴化的转化率 质子传递型溶剂对

32、质子传递型溶剂对SN1反应速度的影响反应速度的影响 质子传递型溶剂使负离子溶剂化，有利于质子传递型溶剂使负离子溶剂化，有利于负离子的离去和碳正离子的形成，负离子的离去和碳正离子的形成，使反应速度使反应速度加快加快。RX + HSR+X-HSR + X+-HS+ Y-RY 质子型传递溶剂对质子型传递溶剂对SN2反应速度的影响反应速度的影响情况一情况一：对活化配合物负端对活化配合物负端的氢键缔合作用比对反的氢键缔合作用比对反应质点应质点Y Y的氢键缔合作用强。的氢键缔合作用强。有利于离去基团的离去，使反应加速有利于离去基团的离去，使反应加速Y + RX + HSY+RX-HSY R + X+-HS

33、情况二情况二：对反应质点的专一性溶剂化作用强。：对反应质点的专一性溶剂化作用强。降低了亲核试剂的反应活性，降低了亲核试剂的反应活性，使反应速度降低使反应速度降低Y-RX-SHHS + Y + RX-例：例： I- Br- Cl- F-专一性溶剂化作用专一性溶剂化作用 小小 大大反应活性反应活性 大大 小小 属于属于EPDEPD溶剂，优先使正离子专一性溶剂化，溶剂，优先使正离子专一性溶剂化，并使负离子成为裸露负离子并使负离子成为裸露负离子亲核活性增加亲核活性增加。 非质子传递极性溶剂对非质子传递极性溶剂对SN反应速度的影响反应速度的影响硬软酸碱原则（硬软酸碱原则（HSAB原则）与溶剂效应的关系原

34、则）与溶剂效应的关系 硬酸和硬碱：硬酸和硬碱：指的是由指的是由电负性高电负性高的的小原子或小原子或小分子小分子构成的酸和碱。构成的酸和碱。硬酸硬酸：H+、Li+、Na+、BF3、AlCl3、氢键给体、氢键给体HX等；等；硬碱硬碱：F-、Cl-、RO-、H2O、ROH、R2S、NH3等。等。 软酸和软碱：指的是由软酸和软碱：指的是由电负性低电负性低的的大原子或大原子或大分子大分子构成的酸和碱。构成的酸和碱。软酸软酸：AgAg+ +、LiLi+ +、HgHg+ +、I I2 2、1,3,5-1,3,5-三硝基甲苯、四氰基乙烯；三硝基甲苯、四氰基乙烯；软碱软碱：H H- -、I I- -、R R-

35、-、RS-RS-、RSHRSH、烯烃、苯等。、烯烃、苯等。 通常地，硬酸容易和硬碱结合，软酸容通常地，硬酸容易和硬碱结合，软酸容易和软碱结合。易和软碱结合。 硬软酸碱原则硬软酸碱原则 三、离子化作用和离解作用三、离子化作用和离解作用1、离子原和离子体、离子原和离子体2、离子化过程和离解过程、离子化过程和离解过程3、离解性溶剂和离子化溶剂、离解性溶剂和离子化溶剂水的溶剂作用水的溶剂作用1、离子原和离子体、离子原和离子体离子原离子原指在固态时具有分子晶格的偶极型化合物，在液体时仍以分子状态存在，指在固态时具有分子晶格的偶极型化合物，在液体时仍以分子状态存在，与溶剂发生作用时可形成离子。与溶剂发生作

36、用时可形成离子。如氯化氢、烷基卤和金属有机化合物等。如氯化氢、烷基卤和金属有机化合物等。离子体离子体固态时具有离子晶格结构，在熔融状态或稀溶液中以离子形式存在的化合固态时具有离子晶格结构，在熔融状态或稀溶液中以离子形式存在的化合物。如金属卤化物等。物。如金属卤化物等。2、离子化过程和离解过程、离子化过程和离解过程离子化过程离子化过程：离子原的共价键发生异裂产生：离子原的共价键发生异裂产生离子对离子对的过程。的过程。离解过程离解过程：离子对或缔合离子转变为：离子对或缔合离子转变为独立离子独立离子的过程。的过程。如氯化钠水溶液中，如氯化钠水溶液中，NaNa+ +和和ClCl- -的溶剂化的溶剂化A

37、 -B A -B A+B-A -B A+B-溶离解缔合A+溶 +溶 B-溶离子原溶剂化溶剂化离子化离子体溶剂化的离子对（缔合离子）溶剂化正离子溶剂化负离子溶剂化的独立离子A+与与B-的作用力与的作用力与溶剂的溶剂的成反比成反比溶剂必须对离子原溶剂必须对离子原的共价键进行进攻的共价键进行进攻常用有机溶剂性质表常用有机溶剂性质表1solventpolarityViscosity(cp20)Boiling point()UV cutoff(nm)i-pentane(戊烷戊烷)0-30-n-pentane00.2336210Petroleum ether(石油醚石油醚)0.010.330-60210H

38、exane(己烷己烷)0.060.3369210Cyclohexane(环己烷环己烷)0.1181210Isooctane(异辛烷异辛烷)0.10.5399210Trifluoroacetic acid(三氟乙酸三氟乙酸)0.1-72-Trimethylpentane(三甲基戊烷三甲基戊烷)0.10.4799215Cyclopentane(环戊烷环戊烷)0.20.4749210n-heptane(庚烷庚烷)0.20.4198200Butyl chloride(丁基氯丁基氯; 丁酰氯丁酰氯)10.4678220Trichloroethylene(三氯乙烯三氯乙烯; 乙炔化三氯乙炔化三氯)10.5

39、787273Carbon tetrachloride(四氯化碳四氯化碳)1.60.9777265Trichlorotrifluoroethane(三氯三氟代乙三氯三氟代乙烷烷)1.90.7148231solventpolarityViscosity(cp20)Boiling point()UV cutoff(nm)i-propyl ether(丙基醚丙基醚; 丙醚丙醚)2.40.3768220Toluene(甲苯甲苯)2.40.59111285p-xylene(对二甲苯对二甲苯)2.50.65138290Chlorobenzene(氯苯氯苯)2.70.8132-o-dichlorobenzen

40、e(领二氯苯领二氯苯)2.71.33180295Ethyl ether(二乙醚二乙醚; 醚醚)2.90.2335220Benzene(苯苯)30.6580280Isobutyl alcohol(异丁醇异丁醇)34.7108220Methylene chloride(二氯甲烷二氯甲烷)3.40.4440245Ethylene dichloride(二氯化乙烯二氯化乙烯)3.50.7984228n-butanol(丁醇丁醇)3.92.95117210n-butyl acetate(醋酸丁酯醋酸丁酯; 乙酸丁酯乙酸丁酯) 4-126254n-propanol(丙醇丙醇)42.2798210Methy

41、l isobutyl ketone()4.2-119330Tetrahydrofuran( 四氢呋喃四氢呋喃)4.20.5566220常用有机溶剂性质表常用有机溶剂性质表2solventpolarityViscosity(cp20)Boiling point()UV cutoff(nm)ethanol4.31.279210Ethyl acetate4.30.4577260i-propanol(丙醇丙醇)4.32.3782210Chloroform(氯仿氯仿)4.40.5761245Methyl ethyl ketone(甲基乙基酮甲基乙基酮)4.50.4380330Dioxane(二恶烷二恶烷

42、; 二氧六环二氧六环; 二氧杂环二氧杂环己烷己烷)4.81.54102220Pyridine(吡啶吡啶)5.30.97115305Acetone(丙酮丙酮)5.40.3257330Nitromethane(硝基甲烷硝基甲烷)60.67101380Acetic acid(乙酸乙酸)6.21.28118230Acetonitrile(乙腈乙腈)6.20.3782210Aniline(苯胺苯胺)6.34.4184-Dimethyl formamide(二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺)6.40.92153270Methanol()6.60.665210Ethylene glycol(乙二醇乙二醇)6.919

43、.9197210Dimethyl sulfoxide()7.22.24189268water10.21100268常用有机溶剂性质表常用有机溶剂性质表3 离子化方式：离子化方式：EPD进攻：使正离子溶剂化进攻：使正离子溶剂化EPA进攻：使负离子溶剂化进攻：使负离子溶剂化EPD/EPA双进攻：生成溶剂化的正、负离子。双进攻：生成溶剂化的正、负离子。3、离解性溶剂和离子化溶剂、离解性溶剂和离子化溶剂离解性溶剂：具有高的介电常数。离解性溶剂：具有高的介电常数。离子化溶剂：具有强的离子化溶剂：具有强的EPD性质或性质或EPA性质。性质。水、甲酸既是良离解性溶剂也是良离子化溶剂；水、甲酸既是良离解性溶剂

44、也是良离子化溶剂；甲酚不是良离解性溶剂，是良离子化溶剂甲酚不是良离解性溶剂，是良离子化溶剂。2.3 精细有机合成新技术精细有机合成新技术一、相转移催化技术一、相转移催化技术二、微波促进有机合成技术二、微波促进有机合成技术三、超声有机合成技术三、超声有机合成技术四、电解有机合成技术四、电解有机合成技术一、相转移催化技术一、相转移催化技术(PTC)1968年，年，Starks首先提出，并逐渐发展起来的有机合成新方法首先提出，并逐渐发展起来的有机合成新方法技术特点：技术特点：条件温和，操作简单，产率高，速率快，选择性好条件温和，操作简单，产率高，速率快，选择性好2）特点）特点：既能溶于既能溶于水相水

45、相，又能溶于，又能溶于有机相有机相；能与其中一个反应物反应、；能与其中一个反应物反应、 反应生成的产物能与另一个反应物反应反应生成的产物能与另一个反应物反应。3）相转移催化剂）相转移催化剂 翁盐类翁盐类 季铵盐季铵盐：三乙基苯甲基氯化铵（：三乙基苯甲基氯化铵（TEBA）四正丁基溴化铵）四正丁基溴化铵（TBAB） 三辛基甲基氯化铵（三辛基甲基氯化铵（TOMAC） 1、相转移催化剂、相转移催化剂1）定义：）定义：能把反应物从一相转移到另一相的催化剂能把反应物从一相转移到另一相的催化剂。季磷盐季磷盐:结构和季铵盐相似、催化原理的也相同，但对碱和热的稳定性比季结构和季铵盐相似、催化原理的也相同，但对碱

46、和热的稳定性比季铵盐好，催化性能上也比季铵盐好。铵盐好，催化性能上也比季铵盐好。季砷盐、季锑盐、季铋盐和季锍盐等翁盐也可以，但制备困难、价格昂贵，季砷盐、季锑盐、季铋盐和季锍盐等翁盐也可以，但制备困难、价格昂贵，目前只用于实验室研究。目前只用于实验室研究。有时也可以用有时也可以用叔胺叔胺(例如吡啶和三丁胺等例如吡啶和三丁胺等)作相转移催化剂，这是因为它们在作相转移催化剂，这是因为它们在反应条件下可生成季铵盐。反应条件下可生成季铵盐。l 开链聚醚（又称多足体）开链聚醚（又称多足体）：1970年开始做年开始做P.T.C.使用。使用。 常用链状聚乙二醇、它的单或双烷基醚常用链状聚乙二醇、它的单或双烷

47、基醚 。 价廉易得，耐热性好，使用方便，有发展前途。价廉易得，耐热性好，使用方便，有发展前途。 聚醚类聚醚类 l 环状冠醚环状冠醚用于氧化、还原等反应。用于氧化、还原等反应。l 常用常用18-冠冠-6，15-冠冠-5等。等。l 冠醚的催化效果非常好，但制备困难、价格贵，只有在高温相转移反应冠醚的催化效果非常好，但制备困难、价格贵，只有在高温相转移反应中季铵盐不稳定时，才考虑使用冠醚。中季铵盐不稳定时，才考虑使用冠醚。三相相转移催化剂三相相转移催化剂将翁盐或聚醚负载到高分子化合物（如聚苯乙烯）或吸附到将翁盐或聚醚负载到高分子化合物（如聚苯乙烯）或吸附到无机固相载体上的，不溶于水和有机溶剂的固态催

48、化剂。无机固相载体上的，不溶于水和有机溶剂的固态催化剂。季铵正离子的结构季铵正离子的结构 四个烷基的总碳原子数一般是四个烷基的总碳原子数一般是1525，使，使Q+两亲性佳两亲性佳季铵盐中负离子的种类季铵盐中负离子的种类 最常用最常用Q+Cl-，价廉、易得。当亲核试剂负离子，价廉、易得。当亲核试剂负离子Nu-(例如例如F-、 OH-)比比Cl-更难提取到有机相时，就需要使用季铵的酸性硫更难提取到有机相时，就需要使用季铵的酸性硫 酸盐酸盐Q+HSO4- ，但后者制备复杂、价格贵，很少使用。，但后者制备复杂、价格贵，很少使用。用量用量 1mol有机反应物用有机反应物用0.0050.100mol季铵盐

49、。季铵盐。溶剂溶剂 有水存在时，可用不溶于水的非质子传递溶剂有水存在时，可用不溶于水的非质子传递溶剂。 无水状态下进行固液相转移催化时，可用非质子传递强极性溶剂。无水状态下进行固液相转移催化时，可用非质子传递强极性溶剂。4）用季铵盐作相转移催化剂时的主要影响因用季铵盐作相转移催化剂时的主要影响因素素 2、相转移催化原理、相转移催化原理利用相转移催化剂利用相转移催化剂在两相之间在两相之间运送离子运送离子使反应发生使反应发生相转移催化剂相转移催化剂从上图可以看出；从上图可以看出； 相转移催化剂不断地将相转移催化剂不断地将CN-从水相运送到有机相从水相运送到有机相 然后然后又将又将X-从有机相运送到

50、水相从有机相运送到水相RX + Q+CN-反应物反应物Q+X- + RCN产物产物NaX + Q+CN-Q+X- + NaCN相转移催化剂相转移催化剂反应物反应物水相水相有机相有机相eg 2.3、相转移催化在有机合成中的应用、相转移催化在有机合成中的应用 (提高产率、降低反应温度、缩短反应时间。提高产率、降低反应温度、缩短反应时间。)eg 1.+ KMnO4NaOH(4%)CH2Cl2+ KMnO4NaOH(4%) CH2Cl2C6H5CH2N+(C2H5)3Cl-,0oCOHOH50%1-溴辛烷与氰化钠水溶液反应。不加溴辛烷与氰化钠水溶液反应。不加P.T.C.，加热两周也不反应。，加热两周也

51、不反应。醇在氢氧化钠水溶液中与卤代烷反应。不加醇在氢氧化钠水溶液中与卤代烷反应。不加P.T.C. ，需无水。，需无水。CH3(CH2)6CH2OH + CH3(CH2)3ClCH3(CH2)6CH2-O-(CH2)3CH3(C4H9)4NSO4H,95%NaOH,H2O,+ -CH3(CH2)6CH2Cl + NaCNCH3(CH2)6CH2CN回流1.5h,99%C16H33N(C4H9)3Br-+eg 3.卤素交换反应。可通过加入相转移催化剂而加速卤素交换反应。可通过加入相转移催化剂而加速eg 4.eg 5.二氯卡宾的产生和应用二氯卡宾的产生和应用 PTC技术最早和最特殊的应用技术最早和最

52、特殊的应用生成生成Q Cl + NaOH+-Q OH + NaCl+-Q OH + CHCl3+-Q CCl3+Q Cl + :CCl2+-水相水相有机相有机相CH3(CH2)7BrKI+80 C, 24h。无催化剂 ，H O2二环 己烷 并-18-冠-6,2H O80 C, 3hCH3(CH2)7I + KBrCH3(CH2)7I + KBr(90% yield95% yield95% yield90% yieldliquor acidZnNHOHMonel alloyH2SO4NH2HOHgfuming H2SO4NH2HOSO3HHgEtOH + H2SO4NH2EtO硝基苯在不同条件下

53、的电解产物硝基苯在不同条件下的电解产物 4 电有机合成原子利用率高，电有机合成原子利用率高，E因子小，产废率低因子小，产废率低5 合成步骤简单，合成过程容易控制合成步骤简单，合成过程容易控制6 电有机合成放大效应小。电有机合成放大效应小。电有机合成的缺点电有机合成的缺点:最突出的缺点是生产费用和投资成本较高最突出的缺点是生产费用和投资成本较高一般每公斤电合成产品耗电一般每公斤电合成产品耗电3-30千瓦时，是其他化学合成法的千瓦时，是其他化学合成法的2-3倍倍电合成设备通用性较差，设备材料要求高，设计制造电化反应器就成本较高电合成设备通用性较差，设备材料要求高，设计制造电化反应器就成本较高HOC

54、COHOOPbO2/Pb anodePb cathodeion exchange membraneH2O, H2SO4 HCCOHOO 90%医药，香料中间体；日，中，德等生产NO2 Monel alloyor Pb anode Cu cathodedilute H2SO4NH2HOover 90%医药，染料中间体；美，英，日，印，中生产SCH2CHCOOHSCH2CHCOOHC anode, Pb cathode H+HSCH2CHCOOHNH2NH2NH2医药，香料中间体；中国等生产还原断链：还原断链：酸还原为醛：酸还原为醛：硝基还原为胺：硝基还原为胺：电有机合成实例电有机合成实例案例案例

55、1 烯腈阴极还原氢化制己二腈烯腈阴极还原氢化制己二腈 己二腈，己二腈，adiponitrile, 1,4-dicycnobutane, 稍带甜味的无色液体，稍带甜味的无色液体，m. p. 2.3, , b. p. 295,d,d 0.965 g/ cm3. 为溶解于水，二硫化碳，乙醚，溶于氯仿，为溶解于水，二硫化碳，乙醚，溶于氯仿，甲醇等。能燃烧；高温时分解放出有毒气体。空气中最高允许浓度为甲醇等。能燃烧；高温时分解放出有毒气体。空气中最高允许浓度为1-15mg /cm3. 己二腈主要用作己二腈主要用作尼龙尼龙66中间体己二胺和己二酸中间体己二胺和己二酸的原料；也被用来制造香的原料；也被用来制

56、造香蕉促进剂，机械防锈剂，溶剂，气相色谱固定液等。蕉促进剂，机械防锈剂，溶剂，气相色谱固定液等。 己二腈的制备主要有四条路线：己二腈的制备主要有四条路线： Cl2ClCl1. H2/Ni2. NaCNCNNC1.2 HCN2.Ni(膦 ）3.H2O电 解CNNCCNNCCN+ O2HOOCCOOHNH3+1, P2O5, 200-2202, H3PO4-Al2O3, 450NCCN4.反应的可能历程反应的可能历程+NCCNCN+ eCN.-+ H+CN.二 聚二 聚 偶 连NCCN-+ H+NCCN-+ H+CNNCCN-.+ eNCCN-+ H+NCCN-+ H+HOCN-+ H+HOCN+

57、 H+CN.HOCNOCNNC- H+ H+NCCNCN.NCCNCN+ eNCCN-+ H+NCCNpropionitrileacrylonitriledilute H2SO4electrolytic cellscatholyte surge tankanolyte surge tankADN-ANANcrude ADNto refiningorganic phasedecanteraqueous phase QAS concentratorrecycle QASrecycle ANEHD plant schematic flowsheet electrolysis and recovery

58、 areasAN = acrylonitrile AND = adiponitrilePN = propionitrile QAS = quaternary ammonium salt 隔离式电解制备己二腈流程示意图隔离式电解制备己二腈流程示意图案例案例2 布洛芬合成布洛芬合成O1. CO2, electrolysis Al anode; Pb cathode 2. HCl/H2OOHCOOHCOOHacidic cata lyst(-H2O)COOHH2(R)-BINAP -Ru95%over 95%96%(R,S)-ibuprofenH2 ( Pd/C )99%COOH(S)-ibupro

59、fenMonsanto 通过电解通过电解-不对称催化氢化制备外消旋和不对称催化氢化制备外消旋和(S)-布洛芬的生产工艺布洛芬的生产工艺O1. CO2, electrolysis Al anode; Pb cathode 2. HCl/H2OOHCOOHacidic cata lyst(-H2O)COOHCOOHH2(R)-BINAP -Ruselectivity, over 90%conversion, 80% 95% over 98% eeTON, 200000-400000MeOMeOMeOMeO(S)-naproxen通过电解通过电解-不对称催化氢化制不对称催化氢化制 (S)-萘普生萘普生(Solvent: anhydrous DMF, temp.: 0 )7、电解有机合成特有的主要影响因素、电解有机合成特有的主要影响因素1）电极电势）电极电势 阳极工作电势一般在阳极工作电势一般在+3V0V； 阴极工作电势一般在阴极工作电势一般在 0V3V。2）槽电压）槽电压3）电解质）电解质 电解质的基本作用是使电流能通过电解液。电解质的基本作用是使电流能通过电解液。4）溶剂）溶剂 当水对有机反应物的溶解度太差时，要用高介电常数当水对有机反应物的溶解度太差时，要用高介电常数 的极性有机溶剂或水的极性有机溶剂或水-有机溶剂混合液。溶剂在工作电有机溶剂混合