综合化学实验33精细化学品公开课获奖课件

精细

化学品第1页化学工业与国民经济各个领域，以及人们平常生活亲密有关。近按照用途不一样样，人们将化工产品划分为两在类，即基本化工产品（或通用化工产品）和精细化学品（Finechemicals）。基本化工产品是指某些应用范围广泛，生产中化工技术规定很高，产量大产品，例如石油化工中塑料、化纤及橡胶三大合成材料，化肥等。精细化学品（Finechemicals）是指具有专门功能和特定应用性能，配方技术左右着产品性能，制造和应用技术密集度高，产品附加值高，批量小、品种多一类化工产品，例如洗涤用化学品、染料、医药、功能高分子等。第一节精细化学品概念

第2页精细化学是研究多种精细化工产品分子设计、合成、构造、功能及其构效关系化学。“精细化学工业”（FineChemicalsIndustry）一般称为精细化工，包括精细化学品和专用化学品（SpecialtyChemicals）两部分，属高新技术行业。由于精细化工产品范围十分广泛，目前还很难明确专业学科领域，但从研制、生产、应用三个方面考虑，精细化工基础是应用化学。即把无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等化学基础知识用于精细化工产品工业过程。近20数年来，由于社会生产水平和生活水平提高，化学工业产品构造变化以及高新技术规定，精细化工产品越来越受到重视，它们产值比重逐年上升，精细化程度已经成为衡量一种国家化学工业水平尺度。并已经有将生产精细化工产品工业单独作为一种部门从化学工业中划分出来倾向。第3页第二节精细化学品特点

精细化学品特点与定义亲密有关，一般归纳为五方面:具有特定功能大量采用复配技术小批量、多品种技术密集度高附加值高第4页(1)具有特定功能精细化学品是根据产品性能销售化学品。精细化学品应用专用性强，通用性弱。多数精细化学品特定功能常常是与消费者直接有关，例如，化妆品、合成洗涤剂、装饰涂料、染料等。尚有针对专门消费者，如医药，具有专门功能药用于治疗特定疾病。人们对产品功能与否合乎他们规定会很快反应到生产厂商管理机构。从这点上来说，精细化工产品特定功能显得格外重要。第5页精细化学品特定功能还体现为它用量少而效益明显。如在人造卫星构造中采用构造胶粘剂替代金属焊接，节重1kg就有近十万元经济效益。使用立体专一性高效催化剂能获得光学纯度很高单一对映异构体，这对医药生产越来越重要。上述两个简朴例子充足阐明精细化学品特定功能完全依赖于应用对象规定，而这些规定伴随社会生产水平、生活水平、科技水平提高，将处在不停提高、永无止境变化中。第6页(2)大量采用复配技术第一种特点决定了要采用复配技术。由于精细化学品要满足多种专门用途，应用对象特殊，一般很难用单一化合物来满足规定，于是配方研究成为决定性原因。复配技术重要表目前两方面：1.剂型：粉末、溶液、分散液、乳液等剂型选择得当，可以使产品性能大为改观。农药常常采用缓释技术制造剂型。乳状液或分散体系规定愈稳定愈好，需要添加大分子表面活性剂作为分散剂使用。第7页2.复配：该技术被称为1＋1＞2技术。两种或两种以上主产品或主产品与助剂复配，应用时效果远优于单一产品性能。如表面活性剂与颗粒或乳粒互相作用，变化了粒子表面电荷性能或空间隔离性，使分散体系或乳液体系稳定。某些农药自身不溶于水，可溶于甲苯，在加有乳化剂时，可制成稳定乳状液；乳化剂调配合适初，可使该乳液在植物叶上接触角等于零，乳液在树叶上轻易完全润湿，杀虫效果好。化妆品、涂料基本都采用复配技术。在精细化工生产中配方一般是技术关键之一，也是专利需要保护对象。掌握复配技术是使产品具有市场竞争能力极为重要方面。但这也是目前我国精细化工发展上一种微弱环节，必须予以足够重视。第8页(3)小批量、多品种

由于精细化学品均有特定功能，因此均有一定应用范围，其用量也不很大。如医药在制成成药后，其形式有药片、丸、粉、溶液或针剂等，但每个患者服用量是以毫克计，染料在纺织品上用量不超过织物重量3~5%。对详细产品来说，年产量就不也许很大。产品生产规模大小不一，差异极大，从十万吨/年到仅几十公斤/年，多以批量方式生产。使用品种多是精细化学品另一特点。这首先与批量小有关，另一方面也与产品具有特定功能这一特点有关，还与产品更新快、社会需求不停增长有关。如塑料加工需要增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂等产品。如染料，根据《染料索引》(ColourIndex)记录，不一样样化学构造染料品种有5200多种。这一特点决定了精细化学品生产一般以间歇反应为主，采用批次生产，最合理设计方案是按单元反应来组织设备。近年来许多生产厂采用多品种综合生产流程，设计和制造用途广、功能多生产装置，如膜式SO3磺化妆置、喷雾式乙氧基化妆置。第9页(4)技术密集度高

技术密集度高是精细化工另一重要特点。技术密集性重要表目前四个方面：技术综合性强，研发费用高且成功率低，生产过程复杂，应用高新技术多。首先是研发费用高。如开发一种新药一般要5~，约耗资2023万美元。据记录，医药研究开发投资高达年销售额14%，一般精细化工产品研究开发投资也要占到年销售额6%~7%。技术密集还表目前生产过程中工艺流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程控制规定严等各个方面。例如感光材料中成色基，合成反应单元多达十几步，总收率有时会低于20%。在制药工业中，除采用合成原料外，有时还要采用天然原料，或用生化措施得到半人工合成中间体。在分离操作中，会用到异构体甚至是旋光异构体分离。在过程控制和原料、产品纯化中常常使用现代分析仪器，如气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、红外（IR）、核磁共振（NMR）等。第10页再就是工艺技术含量高。从事精细化学品和专用化学品研究和生产科技工作者十分关怀工艺与设备问题，例如薄膜反应和分离、喷雾反应和分离、膜反应、螺旋反应、固相反应和混合、气-固-液反应设备以及高效分离技术等。新技术包括生物工程技术，多种新型高活性、高选择性催化剂，超微粒化技术，激光技术，微波技术，超声技术和膜分离技术等在新领域精细化工中越来越应用广泛。第11页技术密集还表目前信息密集、信息快。产品要根据应用对象而设计，根据需要不停推陈出新。另一方面，大量基础研究工作所产生新化学品也不停地需要寻找新用途。为此有大化学企业已经开始采用新型计算机信息处理技术对国际化学界研制多种新化合物进行储存、分类以及功能检索，以到达迅速设计和筛选规定。上述技术密集这一特点反应在精细化工产品生产中是技术保密性强、专利垄断性强。这几乎是各精细化工企业共同特点。他们通过自己拥有技术开发部得到技术进行生产，并以此为手段在国内及国际市场上进行剧烈竞争。这正是我国精细化工最微弱环节。第12页(5)附加值高

附加价值是指产品产值中，扣除原材料、税金、设备和厂房折旧费后剩余部分价值，这部分价值是指当产品从原材料经加工到产品过程中实际增长了价值。它包括利润、工人劳动、动力消耗以及技术开发等费用。1978年美国商业部曾经有一种记录：以50亿美元石油为基准，作燃料只值50亿，假如将之产出烯烃、二甲苯等，深入加工成乙二醇、对苯二甲酸等基本化学品(Basicchemicals)就值200亿美元，合成医药和农药原药以及原染料等精细化学品(Finechemicals)，增值至400亿，再加工成商品，即专用化学品(Specialtychemicals)，最终增值至5300亿。据记录，精细化工附加价值率在50%左右，而整个化学工业平均附加价值率在30%~40%，化肥、石油化工等仅有20%~30%。精细化工在化学工业各大部门中，它附加值是最高。在精细化工产品中又以医药为最高，医药附加值一般在60%以上。第13页第三节精细化学品分类

精细化学品范围十分广泛，并且伴随某些新兴精细化工行业不停涌现，其范围越来越大，种类也日益增长，因此究竟怎样对精细化学品进行分类，目前也存在着不一样样观点。按目前分类措施，重要有构造分类和应用分类两种措施。由于同一类构造产品，功能可以完全不一样样，应用对象也可以不一样样，因此构造分类在精细化学品分类中不能合用。若按大类属性辨别，可以分为无机和有机精细化学品两大类。本书讨论范围则限于有机精细化学品。第14页目前国内外较为统一分类原则是以产品功能来进行分类。按行业成型时间先后次序，精细化工分为老式和新领域两部分。老式精细化工重要包括：染料、涂料和农药；新领域精细化工包括：食品添加剂、饲料添加剂、电子化学品、造纸化学品、水处理剂、塑料助剂、皮革化学品等，国外将新领域精细化工称为专用化学品。日本在1985年《精细化工年鉴》中将精细化工产品划分为51个类别，见表1-1。第15页表1-11985年日本精细化工门类

1.医药14.合成洗涤剂27.食品添加剂40.炭黑2.饲料添加剂及兽药15.催化剂28.混凝土添加剂41.脂肪酸及其衍生物3.农药16.合成沸石29.水处理剂42.稀有气体4.染料17.试剂30.高分子絮凝剂43.稀有金属5.颜料18.胶粘剂31.工业杀菌防霉剂44.精细陶瓷6.涂料19.塑料增塑剂32.金属表面处理剂45.无机纤维7.油墨20.塑料稳定剂33.芳香除臭剂46.储氢合金8.成像材料21.其它塑料添加剂34.造纸用化学品47.非晶态合金9.电机与电子材料22.橡胶添加剂35.纤维用化学品48.火药与推进剂10.香料23.燃料油添加剂36.皮革用化学品49.酶11.化装品24.润滑剂37.油田用化学品50.生物技术12.肥皂25.润滑油添加剂38.汽车用化学品51.功效高分子13.表面活性剂26.保健食品39.溶剂与中间体

第16页我国近年来对精细化工产品开发很重视。1986年首先由原化工部提出了一种暂行分类措施，包括11类产品，见表1-2。这种分类重要考虑了化工部所属精细化工行业状况，因此并未包括精细化工所有内容，例如，医药制剂，酶，精细陶瓷等就未包括在内。伴随我国精细化工发展，此后也许会不停地补充和修改。第17页表1-2

1986年原化工部对精细化学品分类

1.农药4.颜料7.食品和饲料添加剂10.化学药品（原料药）和日用化学品2.染料5.试剂和高纯物8.粘合剂11.功效高分子材料（包含功效膜，偏光材料等）3.涂料（包含油漆和油墨）6.信息化学品（包含感光材料、磁性材料等）9.催化剂和各种助剂第18页第四节精细化学品发展趋势

伴随工农业、国防、尖端科学技术发展，人民生活水平不停提高，社会可持续发展规定，对精细化工产品提出了越来越多新规定，使精细化工产品具有了客观发展需求。第19页(1)精细化学品在化学工业中所占比重迅速增大。精细化工率高下已成为衡量一种国家或地区化工发展水平重要标志之一。由于原料涨价、成本增长、市场竞争剧烈，世界发达国家化学工业已经大规模地紧缩原有大宗石化产品和化肥生产，而加强了发展技术密集型精细化工产品和专用化学品。上世纪八十年代发达国家精细化工率为45%～55%，九十年代抵达55%～63%，二十一世纪初将抵达60～67％。精细与专用化学品与国家经济水平以及基础石油化学工业发展亲密有关，因此美国、西欧和日本是全球精细与专用化学品生产和消费比较发达国家和地区，三者总营业额约占全球专用化学品营业额77％左右。我国与国外相比尚有很大差距。二十一世纪将是人类社会精神文明、物质文明建设突飞猛进发展时代，世界经济形态正处在深刻转变之中。以消耗原料、能源和资本为主体工业经济，向以知识和信息生产、分派、使用知识经济转变，它为精细化工产业发展提供良好机遇和巨大空间。第20页（2）精细化工产品新产品、新品种不停增长尤其是适应高新技术发展精细化工新领域不停涌现。市场需求将继续健康发展。发展较快领域有：原料药、酶制剂、特殊(功能)聚合物、纳米材料、分离膜、特种涂料、电子化学品和催化剂等，但农药、染料和纺织化学品将呈下降趋势。第21页（3）在精细化工产品生产、制造、复配、包装、贮存、运送等各个环节，日益广泛采用多种高新技术，大大增进了精细化工产品发展。高新技术采用是竞争焦点。如生物工程技术将更多地应用于医药、农药、营养品中，运用计算机技术和组合化学技术进行分子设计，新催化技术、膜分离技术、超临界萃取技术、超细粉体技术、分子蒸馏技术等将深入得到应用。第22页（4）绿色化

近代工业发展带来环境污染已严重威胁着人类生存环境和经济、社会可持续发展，人们已逐渐认识到发展绿色化技术、保护环境重要性和紧迫性，精细化学品对人体健康、环境、生态负面影响也越来越引起人们重视。要高效、理性地推进精细化工发展，就要努力实现精细化工原料、生产工艺过程和产品绿色化，最终使精细化工发展成为绿色生态工业。采用高新技术、绿色化工原料、绿色催化剂和助剂，使精细化学品生产和应用实现“生态绿色化”是二十一世纪精细化工发展趋势。第23页第一类表面活性剂第24页第一节表面活性剂概述第25页表面活性剂定义：表面活性剂是指在加入少许时就能明显减少溶液表面张力并变化体系界面状态物质。表面活性剂抵达一定浓度后可缔合形成胶团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及对应实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛精细化工产品。第26页(1)构造特性表面活性剂分子具有两亲构造，亲油部分一般由碳氢链（烃基），尤其是由长链烃基所构成，亲水部分则由离子或非离子型亲水基所构成，并且这两部分分处两端，形成不对称构造。（a）

C12H25SO4-Na+

两亲分子示意图：(b)C12H25(OC2H4)4OH表面活性剂特性第27页(2)界面吸附表面活性剂溶解在溶液中，当抵达平衡时，表面活性剂溶质在界面上浓度不小于在溶液整体中浓度。表面活性剂二元组分稀溶液界面吸附可用吉布斯吸附式描述。吉布斯等温吸附式可表达如下：对于脂肪醇表面活性剂，n=1;对于1:1型离子型表面活性剂，n=2。

表面活性剂特性第28页(3)界面定向表面活性剂分子在界面上会定向排列成分子层。如图所示：表面活性剂界面定向

表面活性剂特性第29页(4)生成胶束当表面活性剂溶质浓度抵达一定期，它分子会产生汇集而生成胶束，这种浓度极限值称为临界胶束浓度(CriticalMicelleConcentration,简称CMC)。表面活性剂特性第30页表面活性剂有关概念表面活性剂在分子构造上特点，是兼具有很强亲水性和疏水性（或称憎水性、亲油性）基团。界面吸附临界胶束浓度亲水亲油平衡值HLB第31页临界胶束浓度表面活性剂开始形成胶束浓度为临界胶束浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时，由于表面活性剂分子界面吸附和在界面上定向排列，溶液表面张力随浓度增高而迅速减少，其使用性能亦对应地提高。直至抵达CMC时，表面活性剂已在溶液界面上排列成单分子膜，此时表面张力降至最低点。此后活性物浓度增高对于表面张力和使用性能影响不大。因此CMC是反应表面活性剂一种重要指标。第32页表面张力渗透力CMC表面活性剂浓度去污力起泡力溶液性质表面活性剂浓度与溶液性质关系第33页亲水亲油平衡值HLB

表面活性剂应用性能取决于分子中亲水和亲油两部分构成和构造，这两部分亲水和亲油能力不一样样，就使它应用范围和应用性能有差异。表面活性剂分子中亲水基强度与亲油基强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。第34页表面活性剂分类和应用性能一、表面活性剂分类——一般按离子类型分类在水中能电离而生成离子叫离子表面活性剂；不能电离叫非离子表面活性剂；在离子表面活性剂中，亲水基团带有负电荷叫阴离子表面活性剂；亲水基团带有正电荷叫阳离子表面活性剂。视溶液酸碱度不一样样而离解成阴离子或阳离子则称为两性表面活性剂。第35页二、表面活性剂应用性能表面活性剂因能对两相界面性质产生影响，在实际应用中能显示出多种优秀性能，如乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电等。第36页第二类

染料和颜料第37页染料是能将纤维或其他基质染成一定颜色有色有机化合物。染料可溶于水或有机溶剂，有可在染色时转变成可溶状态。有机染料重要应用于多种纤维染色和印花，如棉、麻、毛、丝、毛皮和皮革以及合成纤维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、粘胶等。此外，也广泛应用于塑料、橡胶制品、油墨、墨水、印刷、纸张、食品、医药等方面。第38页颜料是不溶于水和一般有机溶剂有色物质，有有机，也有无机。颜料重要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液着色。第39页有机染料和颜料都应当满足如下规定：

能使基质着色；色泽鲜艳；牢度优良；使用以便；具有无毒性。第40页二、光和色关系

当物质受到光线照射时,一部分光线在物质表面直接反射出来,同步有一部分光透射进物质内部,光能量部分被吸取。将太阳光照射染料溶液，不一样样颜色染料对不一样样波长光波发生不一样样强度吸取。黄色染料溶液所吸取重要是蓝色光波，透过光呈黄色。紫红色染料溶液所吸取重要是绿色光波，青（蓝－绿）色染料溶液重要吸取是红色光波。假如把上述各染料吸取光波和透过光分别叠加在一起，便又得到白光。这种将两束光线相加可成白光颜色关系称为补色关系。黄色和蓝色、紫红色和绿色、青（蓝－绿）色和红色等各互为补色。第41页光谱色和补色之间关系可用颜色环形式来描述，如图所示。每块扇形与其对顶扇形光波为互补色。例如435~480nm波段光波呈蓝色，它补色是580~595nm波段黄色。由此可见，染料颜色是它们所吸取光波颜色（光谱色）补色，是它们对光吸取特性在人眼视觉上产生反应。染料分子颜色和构造关系，实质上就是染料分子对光吸取特性和它们构造之间关系。第42页三、染料构造和颜色关系1、染料发色理论概述染料颜色和染料分子构造有关。初期染料发色理论重要有：发色团和助色团学说，醌构理论，染料发色价键理论和分子轨道理论。从初期学说反应有机化合物颜色和分子构造外在关系某些经验规律，发展到物质构造内部能级跃迁所需能量微观内在规律。第43页第二节染料分类和命名

一、染料分类染料分类有两种措施：一是按照染料应用性质分类；二是根据染料化学构造分类。第44页（1）按照染料应用性质分类

1.酸性染料、酸性媒介染料和酸性络合染料是一类构造上带有酸性基团（绝大多数为磺酸钠盐，少数为羧酸钠盐）水溶性染料。在酸性介质中染羊毛、真丝等蛋白质纤维和聚酰胺纤维、皮革染色。2.中性染料构造上属于金属络合染料，但不一样样于酸性金属络合染料，它是由两个染料分子与一种金属原子络合，称1:2金属络合染料。在中性或弱酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及维纶等。3.阳离子染料分子构造中具有季铵盐阳离子基团，是聚丙烯腈纤维专用染料4.活性染料染料分子中具有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应基团，在染色时和纤维形成共价键结合，用于棉、麻、毛等纤维素纤维染色和印花。5.直接染料是一类可溶于水阴离子染料。染料分子对纤维素纤维具有较强亲和力，它们不必通过其他第45页媒介物质（媒染剂）而直接对纤维素纤维（棉、麻、粘胶纤维等）染色，它们也用于蚕丝、羊毛、纸张和皮革染色。6.分散染料是一类水溶性很小非离子型染料。染色时，在染浴中用分散剂使染料成为小颗粒分散状态对纤维进行染色，用于憎水性纤维如醋酸纤维、涤纶、锦纶等染色和印花。7.还原染料在碱液中将染料用保险粉（Na2S2O4）还原成所谓隐色体后溶解而染入纤维，然后通过氧化在纤维上重新成为本来不溶性染料而固着在纤维上。它们重要用于纤维素纤维染色和印花，有时也用于维纶染色。8.冰染染料在棉纤维上由偶合组分（色酚）和重氮组分（色基）发生化学反应而生成水不溶性偶氮染料。由于染色时在冷却条件下进行，故称为冰染染料。重要用于棉织物染色和印花。9.硫化染料在硫化碱液中染棉、维纶用染料。（1）按照染料应用性质分类

第46页(2)根据染料化学构造分类按照染料分子构造中共轭体系构造特点，重要类别有：1.偶氮染料具有偶氮基（－Ｎ＝Ｎ－），偶氮基与芳环联接成为一种共轭体系。2.蒽醌染料包括蒽醌和具有稠芳环构造醌类染料。3.醌亚胺染料醌亚胺是指苯醌一种或两个氧换成亚胺基构造。4.稠环酮类染料具有稠环酮类构造或其衍生物染料。5.靛族染料分子构造中具有构造，两端连接不饱和芳香环状有机化合物，它们包括靛蓝和硫靛两种类型染料。6.酞菁染料具有酞菁金属络合构造染料。7.芳甲烷染料包括二芳甲烷和三芳甲烷染料，它们构造特点是具有一种由一种碳原子联接二个、三个芳环形成共轭体系骨干。第47页8.硝基和亚硝基染料在硝基染料构造中，硝基（－NO2）为共轭体系关键构成部分；具有亚硝基（－NO）为亚硝基染料。9.硫化染料这是一类由某些芳胺、酚等有机化合物和硫、硫化钠加热制得，而在硫化钠溶液中染色染料，它们有比较复杂含硫构造。10.芪（1,2-二苯乙烯）染料此类染料具有芪（1,2-二苯乙烯）构造，它和偶氮或氧化偶氮构造联接在一起构成一种共轭体系。11.活性染料染料分子中具有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应基团，在染色时和纤维形成共价键结合染料。12.(多)甲川和氮杂甲川染料具有一种或多种甲川基（－CH＝