原子经济反应PPT学习教案

1、会计学1原子经济反应原子经济反应2009261原子经济性原子经济性 原子经济性的概念可用原子利用率原子利用率（Atom Utilization，AU）来表示： AU%=预期（目的）产物的摩尔质量所有反应物的摩尔质量总和 100%产率或收率（%）=目的产物质量目的产物理论上应得质量 100%原子经济性原子经济性：1991年，美国Stanford大学的B.M.Trost教授首次提出了反应的“原子经济性”（Atom Economy）的概念。他认为高效的化学反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合成目标产物。 第1页/共19页20093计算由乙烯制备环氧乙烷反应的原子利用率。计算由乙烯制备环

2、氧乙烷反应的原子利用率。 （1）经典方法 二步法 CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + HClClCH2CH2OH + Ca（OH)2 +HCl C2H4O + CaCl2+2H2O C2H4 + Cl2 + Ca（OH）2C2H4O+CaCl2+H2O 28 71 74 44 (2）新方法 一步法 C2H412O2AgC2H4O原子利用率=4428+16100%=100%原子利用率=44100%=100%28+71+78第2页/共19页20094Witing 反应是一个精细合成中非常有用的反应，Witing因此于1979年获得诺贝尔化学奖。Witing反应过程为：

3、 第3页/共19页200956.1.2 E-因子的概念因子的概念 其中废弃物是指预期产物以外的任何副产物。常见的废弃物 有无机盐如氯化钠、硫酸钠、硫酸镁等，重金属化合物和各种反应中间体。 实际E-因子除理论的副产物外，还有由于化学平衡转化率小于100%造成的废弃物；为充分利用某一昂贵的反应物，而加入的大量过量的另一反应；分离产物时中和等操作步骤，加入的酸碱等物；同一产物的不同旋光异构体；分离效果不完全造成的产物的流失；分离过程加入的溶剂等。第4页/共19页20096几个行业的环境因子几个行业的环境因子 生产规模生产规模/kg /kg E E因子因子 石油精炼石油精炼 基本化工基本化工 精细化工

4、精细化工 制制 药药 1091091011 1011 107107109 109 105105107 107 104104106 106 0.1 0.1 1 15 5 5 550 50 2525100 100 可以看出，产品越精细复杂，E值越大。这是因为产品越复杂，生产步骤越多，原子利用率越低的缘故。第5页/共19页200976.1.3原子经济性或原子经济性或E-因子概念的局限因子概念的局限 6.2有机合成中各种反应的原子经济性分析有机合成中各种反应的原子经济性分析 6.2.1分子间结构互变或异构化的重排反应克莱森重排：烯醇或酚的烯丙基醚当加热到一定温度时，可发生分子内重排。苯酚的烯丙基醚在2

5、00时，不用催化剂顺利的重排。第6页/共19页20098比克曼重排：酮污转化为酰胺。 R1R1R2R2CCONHNOH酸6.2.2加成反应 CH2=CH2+HBr CH3CH2Br ClClClClClClCl ClClClClCl第7页/共19页200996.2.3 取代反应 AB + CD AC + BD 例如丙酸乙脂与甲胺的取代反应 6.2.4 消除反应 第8页/共19页2009106.3 提高化学反应原子经济性的途径及反应实例提高化学反应原子经济性的途径及反应实例 1.1.采用新合成原料提高反应的原子经济性采用新合成原料提高反应的原子经济性 传统工艺传统工艺绿色工艺绿色工艺投资成本降低

6、投资成本降低 第9页/共19页2009112.2.开发新催化材料提高化学反应原子经济性开发新催化材料提高化学反应原子经济性 TS-1分子筛催化有机氧化反应分子筛催化有机氧化反应-环氧丙烷的生产环氧丙烷的生产 原子利用率76.3% +CH3CHCH2OHClClOHCH3CHCH2+Ca(OH)2CH3CHCH22O+CaCl22H2O氯醇法2CH3CHCH2 2HOClCH3CHCH2OH Cl+ClOHCH3CHCH2+次氯酸次氯酸石灰石灰原子经济性原子经济性=？%皂化皂化废渣废渣废水废水第10页/共19页200912新型过渡金属配合物催化剂 环加成反应环加成反应 烯炔偶联反应烯炔偶联反应

7、第11页/共19页2009133新合成路线提高新合成路线提高反应原子经济性反应原子经济性 Boots公司的公司的Brown方方法合成布洛芬法合成布洛芬镇静、止痛药镇静、止痛药原子经济性原子经济性40%第12页/共19页200914BHC公司新发明的绿色方法公司新发明的绿色方法原子经济性原子经济性99%获获1997年美国总统年美国总统“绿色化学挑战奖绿色化学挑战奖”简单！简单！第13页/共19页200915抗帕金森药物抗帕金森药物Lazabemide的绿色合成的绿色合成（1）从）从2-甲基甲基-5-乙基吡啶出发乙基吡啶出发（2）从）从2,5-二氯吡啶出发二氯吡啶出发用钯催化羰基化反应用钯催化羰基

8、化反应原子利用率达原子利用率达100%第14页/共19页200916己二晴的生产己二晴的生产 以前的合成方法： Cl2H2Cu（CN）2HCNCH2CHCHCH2PdCNNCCH2CH2CH2CH2DuPont公司的新方法 Ni，Complex3050CH2CHCHCH2HCN2CNNCCH2CH2CH2CH2其原子利用率为100%。 乙酸合成乙酸合成Kolbe合成法:CCS2CCl4Cl2C=CCl2FeCl2红热管H2O， O2Cl3CCOOHCH3COOHCl2C=CCl2hv电解CH3OHCOCH3COOHRh185甲醇羰基化法:原子利用率100%第15页/共19页2009176.4

9、化工生产的化工生产的“零排放零排放” 磷铵副产磷石膏制硫酸联产水泥新技术，将磷铵、硫酸、水泥三套生产装置有机地排列组合为一体，形成绿色环保产业链。 1.磷铵部分 Ca5F(PO4)35H2SO410H2O3H3PO45CaSO42H2OHFH3PO4NH3NH4H2PO4(NH4)2HPO4NH4H2PO4NH3、硫酸、水泥部分 2CaSO4CCaO2SO2CO2900-1200212CaO 5SiO27Ai2O34Fe2O33CaOSiO25CaOAi2O34CaO Fe2O32SO2O22SO3V2O5SO3H2OH2SO4第16页/共19页2009186.5 原子经济反应的发展与未来合成效率：一是选择性， 一是原子经济性。有机合成-依靠催化剂-解决选择性和原子经济性有机合成优化和设计-计算机辅助分子设计-组合化学第17页/共19页200919思考题1 什么是原子经济性什么是原子经济性?以一个化学反应为例计算反应的原子经济性以一个化学反应为例计算