第一篇：精細有機化學(xué)品的合成與工藝學(xué)

精細有機化學(xué)品的合成與工藝學(xué)

第一章

緒

論

1.1 精細化工的范疇

生產(chǎn)精細化學(xué)品的工業(yè)，通稱精細化學(xué)工業(yè)，簡稱精細化工。所謂精細化學(xué)品，一般指的是批量小、純度或質(zhì)量要求高，而且利潤高的化學(xué)品。最早的精細化工行業(yè)，例如染料、醫(yī)藥、肥皂、油漆、農(nóng)藥等行業(yè)，在19世紀前就已出現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新興的精細化工行業(yè)正在不斷出現(xiàn)。例如，到1981年列入日本《精細化工年鑒》的精細化工行業(yè)共有34個即醫(yī)藥、獸藥、農(nóng)藥、染料、涂料、有機顏料、油墨、催化劑、試劑、香料、粘合劑、表面活性劑、化妝品、感光材料、橡膠助劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、塑料添加劑、石油添加劑、飼料添加劑、食品添加劑、高分子凝聚劑、工業(yè)殺菌防霉劑、芳香防臭劑、紙漿及紙化學(xué)品、汽車化學(xué)品、脂肪酸及其衍生物、稀土金屬化合物、電子材料、精密陶瓷、功能樹脂、生命體化學(xué)品和化學(xué)促進生命物質(zhì)等。由此可見，精細化工的范疇相當廣泛。

1.2 精細化工的特點

精細化學(xué)品在量和質(zhì)上的基本特點是小批量、多品種、特定功能和專用性質(zhì)。精細化學(xué)品的全生產(chǎn)過程除了化學(xué)合成（包括前處理和后處理）以外，還涉及到劑型（制劑）和商品化（標準化）兩部分。這就導(dǎo)致精細化工必然要具備以下特點：

（1）高技術(shù)密集度

因為精細化工涉及到各種化學(xué)的、物理的、生理的、技術(shù)的、經(jīng)濟的等多方面的要求和考慮。

（2）多品種

例如，根據(jù)《染料索引》（Colour Index）1976年第三版的統(tǒng)計，共包括不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的染料品種5232入其中已公布化學(xué)結(jié)構(gòu)的1536個。主要國家經(jīng)常生產(chǎn)的染料品在2000個以上。

（3）綜合生產(chǎn)流程和多用途、多功能生產(chǎn)設(shè)備

由于精細化工品種多、批量小，并經(jīng)常更換和更新品種，為了取得高經(jīng)濟效益，目前許多工廠已采用上述 2 措施。

（4）商品性強，市場競爭激烈。

（5）新品種開發(fā)成功率低、時間長、費用高。（6）技術(shù)壟斷性強、銷售利潤高、附加價值高。

1.3 精細化工在國民經(jīng)濟中的作用

精細化工是國民經(jīng)濟中不可缺少的一個組成部分。其作用主要有以下幾方面：

（1）直接用作最終產(chǎn)品或它的主要成分

例如，醫(yī)藥、獸藥、農(nóng)藥、染料、顏料、香料、味精、糖精等。

（2）增加或賦予各種材料以持性

例如塑料工業(yè)所用的增塑別、程定劑等各種助劑。彩色照相所用的成色劑、顯影劑和增感劑等。

（3）增進和保障農(nóng)、林、牧、漁業(yè)的豐產(chǎn)豐收

例如，選種、浸種、育秧、病蟲害防治、土壤化學(xué)、改良水質(zhì)、果品早熟、保鮮等都需要借助精細化學(xué)品的作用來完成。

（4）豐富人民生活

例如，保障和促進人類健康、提供優(yōu)生優(yōu)育條件、保護環(huán)境清潔衛(wèi)生、以及為人民生活提供豐富多彩的衣食住行等享受性用品，都需要添加精細化學(xué)品來發(fā)揮其特定功能。

（5）促進技術(shù)進步

例如，電子液晶顯示器所用的液晶染料、電傳紙所用的熱敏材料、功能樹脂、人造器官、化學(xué)促進物質(zhì)等對于科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展都起了重要作用。

（6）高經(jīng)濟效益

這已影響到一些國家的技術(shù)經(jīng)濟政策，把精細化工視為生財和聚財之道,不斷提高化學(xué)工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中精細化工所占的比重。

1.4 本課程所討論內(nèi)容

有機化工產(chǎn)品按其所起作用和相互關(guān)系，大體上可分為三大類：（1）基本有機原料；（2）有機中間體；（3）有機產(chǎn)品。

所謂基本有機原料，指的是從石油、天然氣或煤等天然資源經(jīng)過一次或次數(shù) 較少的化學(xué)加工而制得的結(jié)構(gòu)比較簡單的有機物。例如，脂肪族的乙烯、丙烯、乙炔、一氧化碳；芳香族的苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽等十余種。

所謂中間體，指的是將基本原料經(jīng)進一步化學(xué)加工而制得的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但還不具有特定用途的有機物。例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、丙烯腈、環(huán)氧乙烷、氯乙烷、氯乙酸、甲胺、二甲胺等、芳香族的異丙苯、苯酚、氯苯、硝基苯、苯胺、2-萘酚等。

所謂有機化工產(chǎn)品，指的是將有機中間體再經(jīng)過化學(xué)加工而制得的有特定用途的有機物。例如，醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、合成纖維、塑料、合成橡膠以及其他各種精細化學(xué)品等。它們都是與廣大消費者或使用部門直接見面的有機化工產(chǎn)品。

應(yīng)該指出，上述分類并不是絕對的，例如乙醛和異丙苯既可以列為中間體,也可以列為有機原料；而三氯乙醛和水楊酸，它們主要用作中間體，但有時也用作有機產(chǎn)品（醫(yī)藥）。在有機化工產(chǎn)品小，產(chǎn)量最大的是三大合成材料即：合成纖維、塑料和合成橡膠；而品種最多的則是精細化學(xué)品。

精細化學(xué)品的行業(yè)很多，其中許多行業(yè)已經(jīng)建立了專門的學(xué)科，并且各有許多專著。本課程主要討論用于制備精細化學(xué)品，特別是它的中間體所涉及的主要單元反應(yīng)及其理論基礎(chǔ)和工藝學(xué)基礎(chǔ)。

中間體的范圍相當廣泛，品種非常多，有些中間體可用于多種類型化工產(chǎn)品的制備。這些通用的中間體，化學(xué)結(jié)構(gòu)一般都比較簡單，例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸，芳香族的氯苯、苯酚、鄰苯二甲酸酐等。它們雖然品種不多，但生產(chǎn)量都非常大，常常在綜合性大型化工廠生產(chǎn)，并且有些已屬于基本有機合成的范疇。大多數(shù)中間體專用于個別幾個精細化學(xué)品的制備。專用的中間體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，產(chǎn)量比較小，它們常常和最終的精細化學(xué)品配套生產(chǎn)。

1.5 精細有機合成的單元反應(yīng)

精細化學(xué)品及其中間體雖然品種繁多，但是從分子結(jié)構(gòu)來看，它們大多數(shù)是在脂鏈、脂環(huán)、芳環(huán)或雜環(huán)上含有一個或幾個取代基的衍生物。其中最主要的取代基有：

4（1）-C1、-Br、-I、-P等。

（2）-SO3H、-SO2C1、-SO2NH2、-SO2NHR等(R表示烷基或芳基)。（3）-NO2、-NO。

（4）-NH2、-NHAlk、-NH(Alk)Alk、-NHA r、-NHAc、-NH2OH等（Alk表示烷基、Ar表示芳基、Ac表示?；?/p>

（5）-N2+C1、-N2+HSO4ˉ；（6）-OH、-OAlk、-OAr,-OAc等；

（7）-Alk。例如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等；

（8）

OCNH2OCClCNOCHOCROCArOCOHOCOROCOAr等

為了在有機分子中引入或形成上述取代基，以及為了形成雜環(huán)和新的碳環(huán)，所采用的化學(xué)反應(yīng)叫做單元反應(yīng)或單元作業(yè)。最重要的單元反應(yīng)有：

(1)鹵化

(2)磺化和硫酸酯化(3)硝化和亞硝化(4)還原和加氫

(5)重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化(6)氨解和胺化(7)烴化(8)?；?9)氧化(10)水解(11)縮合(12)環(huán)合(13)聚合

由此可見，精細化學(xué)品及其中間體雖然品種非常多，但是其合成過程所涉及的單元反應(yīng)只有十幾種?？紤]到同一單元反應(yīng)具有許多共同的特點，因此按單元反應(yīng)來分章討論，有利于掌握精細有機合成所涉及的單元反應(yīng)的一般規(guī)律。應(yīng)該指出，關(guān)于單元反應(yīng)的分類和名稱在各種書刊中并不完全相同。本課程將按照上述分類法進行討論。

上述單元反應(yīng)可以歸納為三種類型。第一類是有機分子中碳原于上的氫被各種取代基所取代的反應(yīng)，例如鹵化、磺化、硝化和亞硝化、C-?；?、C-烴化等。第二類是碳原子上的取代基轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N取代基的反應(yīng)，例如硝基的還原為氨基等。第三類是在有機分子中形成雜環(huán)或新的碳環(huán)的反應(yīng)即環(huán)合反應(yīng)。

上述三類反應(yīng)之間有密切的聯(lián)系。第一類反應(yīng)常常為后兩類反應(yīng)準備條件，進行第二類反應(yīng)時所形成的取代基的位置常常就是上一步進行第一類反應(yīng)所引入的取代基的位置。而第三類反應(yīng)也需要由碳原子上的取代基來提供C、N、O、S等原子來形成雜環(huán)或新的碳環(huán)。

同一個精細化學(xué)品或中間體，有時可以用幾個不同的合成路線或者用幾個不同的單元反應(yīng)來制備。例如苯酚的合成路線很多，其中在工業(yè)生產(chǎn)上曾經(jīng)采用過的合成路線至少有以下五個，它們各有優(yōu)缺點。

當制備在分子中含有多個取代基的中間體或精細化學(xué)品時，合成路線的合理選擇就更為重要。

磺化氯化C-烷化SO3HCl水解（堿熔）氣相接觸催化水解OH解分重排性酸高壓液相堿性水解CH3CHCH3CH3氧化氧化OCOH1.6 精細有機合成的原料資源

精細有機合成的原料資源主要是煤、石油、天然氣和農(nóng)副產(chǎn)品。分別扼要敘 6

氧化COOHCH3-脫羧CH3述如下：

1.6.1 煤的加工

煤的主要成分是碳。煤的成分非常復(fù)雜，除了碳、碳氫化合物以外，還有含氧以及少量含硫、含氯化合物。另外還含有一些無機礦物質(zhì)。煤的加工主要有四種方式，即（1）煉焦，（2）氣化，（3）生產(chǎn)電石，（4）破壞加氫。其中與精細有機合成有密切關(guān)系的是煉焦副產(chǎn)品的回收，因為它可以提供多種芳香族原料。

1.6.2 石油加工

石油是一種棕黑色的粘稠液體。它含有幾萬種碳氫化合物，另外還含有一些含氮和含硫的化合物。石油的主要成分是烷烴、環(huán)烷烴和少量芳烴。石油加工的第一步是將原料經(jīng)過常壓、減壓精餾，分割成若干餾份。適當沸程的餾分在脫硫之前再進一步加工可以得到各種基本化工原料和石油產(chǎn)品。其中以制取化工原料為目的的加工方法主要有以下幾種。

（1）催化重整

重整的最初目的是將重整原料油（沸程95℃以下）和直餾汽油（沸程95~130℃）里的一部分環(huán)烷烴和烷烴轉(zhuǎn)變?yōu)榉紵N，以提高汽油的辛烷值。后來出于化學(xué)工業(yè)對芳烴的需要量日益增長，使重整成為制取苯、甲苯和二甲苯等芳烴的重要方法之一。

汽油重整主要采用含鉑催化劑的鉑重整法。反應(yīng)一般在490~530℃和0.25~0.30MPa和氫氣存在下進行。鉑重整時發(fā)生多種反應(yīng)，其中生成芳烴的反應(yīng)叫做芳構(gòu)化，主要有：六員環(huán)烷烴脫氫生成芳烴、五員環(huán)烷烴異構(gòu)化-脫氫生成芳烴以及烷烴的脫氫環(huán)合生成環(huán)烷烴再脫氫生成芳烴等。重整油約含30~50％芳烴，經(jīng)分離可得到苯、甲苯和二甲苯等。

（2）熱裂解

當將直餾汽油、輕柴油、減壓柴油等原料油加熱到750~800℃進行熱裂解時，除了發(fā)生高碳烷烴裂解為低碳烯烴和二烯烴的主要反應(yīng)以外，還發(fā)生各種芳構(gòu)化反應(yīng)。裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯和丁二烯等烯烴。另外，裂解汽油中約含有40~80％芳烴，其中主要是苯、甲苯和二甲苯。

（3）催化裂化

催化裂化的主要目的是將直餾輕柴油、重柴油或潤滑油等 高沸程原料油中的高碳烷烴加氫裂化成低碳烷烴，同時發(fā)生異構(gòu)化、環(huán)烷化和芳構(gòu)化等反應(yīng)而得到高辛烷值汽油。催化裂化一般用硅酸鋁作為催化劑，在450~560℃和0.01~ 0.25MPa下進行。所得到的輕柴油餾份（沸程180~340℃）中含有相當多的重質(zhì)芳烴，其中主要是多烷基苯和烷基萘。

（4）臨氫脫烷基化

重整的石腦油餾份（沸程66.5~156℃）中苯，甲苯和二甲苯的比例約為1∶5.4∶3.8。由于甲苯的需要量比苯和二甲苯少，又發(fā)展了甲苯在氫氣存在下脫烷基制取苯的方法（Cr2O3/A12O3催化劑，540℃）。

從催化裂化輕柴油中分離出來的多烷基苯和烷基萘也可以通過臨氫脫烷基法制取苯類產(chǎn)品和石油萘。但這種方法投資高，只有煉油量大的國家才可能采用。

1.6.3 天然氣的利用

天然氣是埋藏在地下的可燃性氣體，它的主要成分是甲烷。天然氣可直接用來制炭黑、乙炔、氫氰酸（氨氧化法）、各種氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等產(chǎn)品。另外，天然氣也可先制成合成氣（CO+H2的混合氣體），一氧化碳經(jīng)各種羰基合成反應(yīng)可制得甲醇、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯和人造石油等化工產(chǎn)品。

1.6.4 農(nóng)林牧漁副產(chǎn)品的利用

含糖或淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)水解可以得到各種單糖，例如葡萄糖、果糖、甘露蜜糖、木糖、半乳糖等。如果用適當?shù)奈⑸锩高M行發(fā)酵，可分別得到乙醇、丙酮/丁醇、丁酸、乳酸、葡萄糖酸和醋酸等。

從含纖維素的農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)水解可以得到己糖C6H12O6（主要是葡萄糖）和戊糖C5H10O5（主要是木糖）。己糖經(jīng)發(fā)酵可得到乙醇，戊糖經(jīng)水解可得到糠醛。

從含油的動植物可以得到各種動物油和植物油。它們也是有用的化工原料。油脂經(jīng)水解可以得到甘油和各種脂肪酸。

另外，從某些動植物還可以提取藥物、香料、食品添加劑以及制備它們的中間體。第二章

精細有機合成的理論基礎(chǔ)

精細有機合成反應(yīng)按照進行方式不同，從形式上可以分為取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消除反應(yīng)，以及其他重排反應(yīng)等。每一種反應(yīng)又可以分為若干種類。

取代反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)試劑性質(zhì)和反應(yīng)物分子中碳-氫鍵斷裂方式不同，分為親電取代、親核取代和游離基取代反應(yīng)。加成反應(yīng)根據(jù)加成的基本途徑不同，可以分為親電加成、親核加成、游離基加成和環(huán)加成。消除反應(yīng)可以根據(jù)被消除原子或原子團位置不同，分為β-消除和α-消除等。重排反應(yīng)也可以分為許多類。

2.1 反應(yīng)試劑的分類

2.1.1 極性試劑

極性試劑是指那些能夠供給或接受一對電子以形成共價鍵的試劑。極性試劑又分為親電試劑和親核試劑。

2.1.1.1 親電試劑

親電試劑是從基質(zhì)上取走一對電子形成共價鍵的試劑。這種試劑電子云密度較低，應(yīng)中進攻其他分子的高電子云密度中心，具有親電性能，包括以下幾類：

陽離子：NO2+、NO+、R+、R-C+=O、A rN2+、R4N+等；

含有可極化和已經(jīng)極化共價鍵的分子：Cl2、Br2、HF、HCl、SO3、RCOCl、CO2等；

含有可接受共用電子對的分子（未飽和價電子層原子的分子）： AlCl3、FeCl3、BF3等；

羰基的雙鍵。

氧化劑：Fe3+、O3、H2O2等。酸類。

鹵代烷中的烷基：R-X。

由該類試劑進攻引起的離子反應(yīng)叫親電反應(yīng)。例如：親電取代、親電加成。

2.1.1.2 親核試劑

把一對電子提供給基質(zhì)以形成共價鍵的試劑稱親電試劑。這種試劑具有較高的電子云密度，與其它分子作用時，將進攻該分子的低電子云密度中心，具有親核性能，包括以下幾類：

陰離子；0H－、RO－、ArO－、NaSO－、NaS－、CN－等。

極性分子中偶極的負端：NH3、RNH2、RR`NH、ArNH和NH2OH等； 烯烴雙鍵和芳環(huán)；CH2＝CH2，C6H6等 還原劑：Fe2+、金屬等。堿類。

有機金屬化合物中的烷基：RMgX、RC＝CM等

由該類試劑進攻引起的離子反應(yīng)叫親核反應(yīng)。例如，親核取代、親核置換、親核加成等。

2.1.2 游離基試劑

含有未成對單電子的游離基或是在一定條件下可產(chǎn)生游離基的化合物稱游離基試劑。例如，氯分子（C12）可產(chǎn)生氯游離基（C12）。

2.2 親電取代反應(yīng)

精細有機合成中的親電取代反應(yīng)也可稱為陽離子型取代反應(yīng)。芳香環(huán)是一個環(huán)狀共軛體系，由于環(huán)上π-電子云密度較高，容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。

2.2.1 芳香族π-絡(luò)合物與σ-絡(luò)合物

芳烴具有和一系列親電試劑形成絡(luò)合物的特性。同親電能力較弱的試劑形成絡(luò)合物，它與芳環(huán)平面兩側(cè)的環(huán)狀π-電子云發(fā)生松散結(jié)合，親電質(zhì)點同芳環(huán)的碳原子之間沒有形成真正的化學(xué)鍵。

而親電能力較強的試劑同芳烴則在反應(yīng)瞬間能從芳環(huán)上奪取一對電子，與環(huán)上某一特定的碳原子形成σ-鍵，形成σ-絡(luò)合物（或稱芳陽離子）。σ-絡(luò)合物和π-絡(luò)合物之間存在著平衡，σ-絡(luò)合物較為穩(wěn)定，在某種情況下，能將其分離得到。例如，苯三氟甲烷、硝基氟和三氟化硼在零下100℃時生成一個黃色的結(jié)晶態(tài)絡(luò)合物，即σ-絡(luò)合物。它在零下50℃以下是穩(wěn)定的，高于零下50℃則分解成 10 間硝基三氟甲苯、氟化氫和三氟化硼。

2.2.2 芳香族親電取代反應(yīng)歷程

CF3+ NO2F +BF3-100℃CF3BF4-50℃CF3+ HF + BF3O2NHNO2已經(jīng)有多方面的研究結(jié)果足以證明，大多數(shù)親電取代反應(yīng)是按照經(jīng)過σ-絡(luò)合物中間體的兩步歷程進行的。而親電質(zhì)點E+的進攻和質(zhì)子的脫落同時發(fā)生的一步歷程，則一直沒有發(fā)現(xiàn)過。至于在親點質(zhì)點進攻芳環(huán)以前，質(zhì)子就已經(jīng)脫落下來的單分子歷程，只在極個別的情況下才遇列。

兩步歷程的通式表示如下：

H+ E+E++EEHH+HE++EEH+E在芳陽離子中，芳環(huán)本身的高度穩(wěn)定性已不存在，通常是一個非?；顫姷闹虚g產(chǎn)物，它存在兩種可能性，或者快速地脫掉E+轉(zhuǎn)變?yōu)槠鹗挤磻?yīng)物Ar-H，即 k2k-1，發(fā)生了親電取代反應(yīng)。兩步歷程主要是通過（1）動力學(xué)同位素效應(yīng)；（2）σ-絡(luò)合物中間體的分離及其相對穩(wěn)定性證明。

2.2.2.1 動力學(xué)同位素效應(yīng)

對于任何反應(yīng)，所謂“動力學(xué)同位素效應(yīng)”是指如果將反應(yīng)物分子中的某一原子用它的同位素代替時，該反應(yīng)速度所發(fā)生的變化，例如，氫的三種同位素氫H、氘D和氚T的質(zhì)量數(shù)不同，三種氫構(gòu)成的碳氫鍵斷裂速度是有差別的，即質(zhì)量大的斷裂較慢。據(jù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)，C-H鍵的斷裂速度約比C-D鍵快7倍；約比C-T鍵快20倍。若（1）按照兩步歷程而且速度控制步驟是H+的脫落（即k2

2.2.2.2 σ-絡(luò)合物的分離和其相對穩(wěn)定性

反應(yīng)σ-絡(luò)合物生成是控制步驟時，它一經(jīng)生成就快速地脫質(zhì)子而轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。一般不能把它們分離出來，也不易觀察到它們的存在。僅在某些特殊情況下，才能分離出中間產(chǎn)物σ-絡(luò)合物。例如，苯三氟甲烷、硝基氟和三氮化硼在零下100℃時生成的黃色結(jié)晶態(tài)絡(luò)合物，它是該硝化的中間產(chǎn)物σ-絡(luò)合物，然后再分解形成產(chǎn)物間硝基三氟甲苯。

芳香親電取代反應(yīng)最初步驟是親電試劑進攻芳香環(huán)，首先形成π-絡(luò)合物，然后轉(zhuǎn)變?yōu)棣?絡(luò)合物。芳烴溶于無水液態(tài)氟化氫時存在著π-絡(luò)合物和σ-絡(luò)合物的平衡。

2.2.3 芳香族親電取代定位規(guī)律

2.2.3.1 影響定位的主要因素

芳環(huán)上已有一個或幾個取代基，若再引入新取代基時，其進入的位置和反應(yīng)進行的速度，主要取決于以下因素。

（1）已有取代基的性質(zhì)，包括極性效應(yīng)和空間效應(yīng)。如果已有幾個取代基則決定于它們的性質(zhì)和相對位置。

（2）親電試劑的性質(zhì)，也包括極性效應(yīng)和空間效應(yīng)。（3）反應(yīng)條件主要是溫度、催化劑和溶劑的影響。

在上述因素中，最重要的是已有取代基的極性效應(yīng)。在芳香系取代反應(yīng)中,苯系的親電取代研究得最多，也最重要。

2.2.3.2 兩類定位基

在親電取代中，苯環(huán)上已有取代基對新取代基的定位作用有兩種類型，即鄰、對位定位和間位定位。通常把鄰、對位定位基叫做第一類定位基，把間位定位基叫做第二類定位基。

屬于第一類定位基的主要有：

—O-、—N(CH3)

2、—NH2、—OH、—OCH3、—NHCOCH3、—OCOCH3、—F、—C1、—Br、—I、—CH3、—CH2Cl2、—CH2COOH、—CH2F等。

屬于第二類定位基的主要有：

—N(CH3)

2、—CF3、—NO2、—CN、—SO3H、—COOH、—CHO、—COOCH3、—COCH3、—CONH2、—N+H3、—CCl3等；

這里所謂鄰、對位定位或間位定位，都是對反應(yīng)的主要產(chǎn)物而言。2.2.5.3 苯環(huán)的定位規(guī)律

1.已有取代基的極性效應(yīng)在不可逆親電取代中，可以根據(jù)苯環(huán)上已有取代基的極性效應(yīng)，對生成個異構(gòu)體的σ-絡(luò)合物的穩(wěn)定性來解釋定位作用。苯一取代物發(fā)生親電取代可以生成鄰、對和間位的三種σ-絡(luò)合物。每一種絡(luò)合物都可以看作是三種共振結(jié)構(gòu)雜化的結(jié)果。在鄰位和對位的絡(luò)合物中，都有一個共振結(jié)構(gòu)，其正電荷集中在同已有取代基Z相連的碳原于上。因此在雜化結(jié)構(gòu)中，同Z相連的碳原子上具有部分正電荷。在間位的絡(luò)合物中，三個共振結(jié)構(gòu)在同Z相連的碳原子上都沒有正電荷集中。因此在它的雜化結(jié)構(gòu)中，同Z相連的碳原子上沒有部分正電荷。這種差別是解釋已有取代基定位作用的基礎(chǔ)。

Z間位共振結(jié)構(gòu)雜化結(jié)構(gòu)ZHEHE共振結(jié)構(gòu)Z或表示為Zδ＋Zδ＋HEHE雜化結(jié)構(gòu)δ＋HEZ對位ZZ或表示為Zδ＋Zδ＋δ＋EHEHEHEH雜化結(jié)構(gòu)EHZ鄰位共振結(jié)構(gòu)HEZHEZZH或表示為EHEδ＋Zδ＋HEδ＋當Z具有誘導(dǎo)致應(yīng)時，其影響隨距離的增加而減弱，由此可見對于同Z相連的碳原子影響最大。如果具有正的誘導(dǎo)效應(yīng)+I（即給電子效應(yīng)），對于鄰位或?qū)ξ?的絡(luò)合物更容易使正電荷分散到Z上，從而使絡(luò)合物更穩(wěn)定。對于間位的絡(luò)合物，Z對于苯環(huán)正電荷的分散作用要比鄰位和對位的小。因此具有+I效應(yīng)的取代基使三種絡(luò)合物都穩(wěn)定，鄰位和對位更穩(wěn)定，所以這類取代基使苯環(huán)活化，并且是鄰、對定位。如果Z具有負的誘導(dǎo)效應(yīng)-I（即吸電子效應(yīng)），則與上述相反，使苯環(huán)上電子云密度降低，使三種絡(luò)合物都不穩(wěn)定，鄰位和對位更不穩(wěn)定，所以這類取代基使苯環(huán)鈍化，并且是間位定位。

當Z和苯環(huán)之間有共軛效應(yīng)時，某些情況下同誘導(dǎo)效應(yīng)的方向一致，而另一些情況，則同誘導(dǎo)效應(yīng)的方向相反。一般來說，共軛效應(yīng)起主導(dǎo)作用。當Z中同苯環(huán)相連的原子具有未共有電子對時，可以把未共有電子對分散到苯環(huán)上，使絡(luò)合物穩(wěn)定，尤其是對于鄰位和對位絡(luò)合物，還可以多畫出一個正電荷集中在Z上的共振結(jié)構(gòu)。

這個額外的共振結(jié)構(gòu)比其他共振結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，即在雜化結(jié)構(gòu)中鄰位和對位絡(luò)合物更穩(wěn)定。因此這類取代基使苯環(huán)活化，而且是鄰、對位定位。

Z對位ZZZEHEHEHEH

Z鄰位HEZHEZHEZHE

根據(jù)以上討論，各種取代基可歸納為以下三類：

（1）取代基只有正的誘導(dǎo)效應(yīng)，例如烷基，它們都使苯環(huán)活化，而且是鄰、對位定位。其中甲基還具有超共軛效應(yīng)，其活化作用大于其他烷基。

（2）取代基中同苯環(huán)相連的原子具有未共有電子對，例如：—O–、—NR2、—NHR、—NH2、—OH、—OR、—NHCOR、—OCOR、—F、—C1、—Br、—I等，其未共有電子對和苯環(huán)形成正的共軛效應(yīng)（+I），它們都是鄰、對位定位基。除了正共軛效應(yīng)外，這些取代基也都具有誘導(dǎo)效應(yīng)，其中—O–為正誘導(dǎo)（+I），其他的都具有負的誘導(dǎo)效應(yīng)。對于氨基和羥基，其正的共軛效應(yīng)（+I）大于負的 14 誘導(dǎo)效應(yīng)（-I），所以它們都使苯環(huán)活化。對于鹵素，其正的共軛效應(yīng)小于負的誘導(dǎo)效應(yīng)，所以使苯環(huán)稍稍鈍化。

（3）取代基具有負的誘導(dǎo)效應(yīng)，而且同苯環(huán)相連的原子沒有未共有電子對，例如：—N+R3、—NO2、—CF3、—CN、—SO3H、—CHO、—COR、—COOR、—CONH2、—CCl3、和—NH3等，其中某些除誘導(dǎo)效應(yīng)外，還有負的共軛效應(yīng)，它們都使苯環(huán)鈍化，而且是間位定位。

2.已有取代基的空間效應(yīng)

苯環(huán)上已有取代基的空間效應(yīng)這里指的是空間障礙作用。但烷基苯一硝化時隨著烷基體積增大，鄰位異構(gòu)產(chǎn)物的比例減小。

3.親電試劑的極性效應(yīng)

親電質(zhì)點E+的活潑性對定位作用也有重要影響。當E+極活潑時，kT/kB值小，即E+進攻甲苯或進攻苯的選擇性很差，同理進攻甲苯環(huán)上不同位置的選擇性也很差，結(jié)果生成相當數(shù)量的間位異構(gòu)產(chǎn)物。例如甲苯的C-烷化就接近這種情況，說明—CH3、—CH2CH3等烷基陽離子部是非常活潑的親電質(zhì)點。

反之，當E+極不活潑時，它進攻甲苯和苯的選擇性很好，kT/kB主要決定于甲苯和苯的相對活性，即主要決定于甲基的活化作用，因此kT/kB很大。同理，E+進攻甲苯各不同位置的選擇性也很好，幾乎不生成間位異構(gòu)產(chǎn)物。例如甲苯的鹵化和C-?；徒咏@種情況，說明分子態(tài)氯（Cl2）和—COCH3是很弱的親電質(zhì)點。

4.新取代基的空間效應(yīng)

新取代基的空間障礙也會影響鄰位異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例。5.反應(yīng)條件的影響

（1）溫度的影響

溫度升高可以使不可逆的磺化和C-烷化轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡娣磻?yīng)。溫度的變化對不可逆親電取代的異構(gòu)產(chǎn)物比例也有影響。例如硝基苯的再硝化反應(yīng)，升高硝化溫度，主產(chǎn)物間二硝基苯的生成比例將下降。

（2）催化劑的影響

催化劑可以改變親電試劑的極性效應(yīng)或空間效應(yīng)。例 15 如甲苯用混酸硝化時，加入一定量磷酸，可以提高對位異構(gòu)體的收率，即對位產(chǎn)物組成由36%提高到40%。這可能是磷酸與-NO2構(gòu)成的絡(luò)合物作為進攻質(zhì)點，體積增大，使鄰位異構(gòu)產(chǎn)物減少，對位體增加。催化劑也可以改變反應(yīng)歷程，如蒽醌的磺化有Hg鹽時，磺基進入α位，無Hg鹽進入β位。

（3）介質(zhì)的影響

主要是介質(zhì)酸度的影響，例如，乙酰苯胺的硝化，用乙酸酐比用硫酸作介質(zhì)能得到更多的鄰位異構(gòu)產(chǎn)物。

6.已有兩個取代基的定位規(guī)律

當苯環(huán)上已有兩個取代基，引入第三個取代基時，新取代基進入環(huán)上位置主要決定于已有取代基的類型、定位能力的強弱和它們的相對位置。一般有兩個取代基定位作用一致和不一致兩種情況。

CH3硝化CH3NO2COOH硝化COOHO2NCOOHCOOHCH3CH3CH3NO2CH3

當兩個取代基用于同一類型（都用于第一類或第二類定位基），并處于間位，其定位作用是一致的，例如：

可見新取代基很少進入兩個處于間位的取代基之間。顯然這是空間效應(yīng)的結(jié)果，隨著已有取代基或進攻質(zhì)點體積的增大而更加明顯。

當兩個取代基屬于不同類型，并處于鄰位或?qū)ξ粫r，其定位作用也是一致的。例如：

CH3磺化NO2NO2CH3SO3HCNCl硝化O2NCNCl

如果兩個已存取代基對新取代基的定位作用不一致，新取代基進入的位置將決定于已有取代基的相對定位能力。通常第一類取代基的定位能力比第二類強得 多。

NH2磺化COOHNO2COOHNH2

當兩個取代基屬于不同類型并處于間位，其定位作用就是不一致的，這時新取代基主要進入第一類取代基的鄰位或?qū)ξ?。例如?/p>

當兩個取代基屬于同一類型并處于鄰位或?qū)ξ唬瑒t新取代基進入的位置決定于定位能力較強的取代基。例如：

CH3硝化NHCOCH3NO2NHCOCH3 CH32.3親核取代反應(yīng)

精細有機合成中的親核取代也可稱為陰離子型取代反應(yīng)，進攻試劑的性質(zhì)和反應(yīng)物分子中C-H鍵的斷裂方式，可按如下反應(yīng)通式表示：

RHZRZH

反應(yīng)既包括芳香族親核取代也包括脂肪族的親核取代，但應(yīng)用較多的為脂肪族的親核取代反應(yīng)，芳香族的則主要應(yīng)用于親核置換反應(yīng)。

2.3.1 脂肪族親核取代反應(yīng)歷程

在飽和碳原子上的親核取代反應(yīng)，最典型的反應(yīng)是鹵代烷與多種親核試劑發(fā)生的親核取代常以SN表示，其反應(yīng)歷程有SNl和SN2兩種形式。現(xiàn)分別敘述如下：

2.3.1.1 雙分子歷程(SN2)SN2表示雙分子親核取代。這個歷程中舊的化學(xué)鍵斷裂和新的化學(xué)鍵形成是同時的，有中間產(chǎn)物生成，反應(yīng)同步進行。以伯鹵代烷反應(yīng)為例：

HXCHHOHH慢HCHδOHδXHHCOHXH

親核試劑的進攻從背面與離去基成180°的位置接近作用物，先與碳原子形 成較弱的鍵，同時離去基與碳原子的連接減弱，兩者與碳原子成一條直線，而碳原子其他三個鍵則處于同一平面內(nèi)。表明過渡態(tài)形成。這一過程進行較慢，是反應(yīng)的控制步驟。當反應(yīng)由過渡態(tài)轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物時。碳原子上另外三個鍵由平面向另一邊翻轉(zhuǎn)，所得產(chǎn)物的構(gòu)型與原作用物的相反。因為在控制反應(yīng)速度一步是兩種作用物分子參加，所以叫雙分子親核取代。在反應(yīng)中發(fā)生了分子的構(gòu)型逆轉(zhuǎn)，過去把它稱為“瓦爾登轉(zhuǎn)化”。在反應(yīng)中，凡發(fā)生構(gòu)型逆轉(zhuǎn)的作為SN2型反應(yīng)的重要標志。

2.3.1.2 單分子歷程（SN1）

SN1表示單分子親核取代。在這個反應(yīng)歷程中分兩步進行取代反應(yīng)。第一步是離去基與中心碳原子之間的鍵發(fā)生異裂，生成一個不穩(wěn)定的碳正離子，是一個慢步驟，第二步是這個高能量的碳正離子中間體，迅速與親核試劑結(jié)合構(gòu)成新鍵。

RXRNu慢R快XRNu

整個反應(yīng)速度決定于第一步的慢過程。由于該步驟中只有一個作用物分子參加，所以叫做單分子親核取代。這里，烷基正離子穩(wěn)定性越大，作用物（R-X）按單分子歷程進行反應(yīng)的傾向越大。該反應(yīng)歷程所以是單分子的，一是由于烷基在α-碳原子上積累，無論從電子效應(yīng)還是空間效應(yīng)，都給親核試劑的進攻造成一定困難，使按SN2歷程的反應(yīng)速度降低；二是由于α-碳原子上電子云密度增大，鹵原子就較容易成為負離子而離去，生成的烷基正離子由于超共軛效應(yīng)存在，有較大的穩(wěn)定性，這些因素都促使叔鹵烷的水解反應(yīng)按SN1歷程進行。

2.3.2 反應(yīng)的影響因素

影響親核取代反應(yīng)歷程和速度的因素，主要是作用物的結(jié)構(gòu)、親核試劑、離去基團和溶劑的性質(zhì)等，并且它們之間是相互聯(lián)系的。

2.3.2.1 作用物結(jié)構(gòu)的影響

作用物結(jié)構(gòu)對SN1和SN2反應(yīng)進度的影響有電子效應(yīng)和空間效應(yīng)兩種因素。例如鹵化烷的水解反應(yīng)，如果按SN2歷程進行，則：

伯鹵烷＞仲鹵烷＞叔鹵烷

其相對反應(yīng)速率從伯烷基作用物到叔烷基作用物大約減小103倍。而按單分子歷程進化，則：

叔鹵烷＞仲鹵烷＞伯鹵烷

其相對反應(yīng)速度大約相差106倍。甲基和伯烷基作用物是按SN1歷程進行反應(yīng)，叔烷基作用物按SN1歷程進行反應(yīng)；仲烷基作用物則介于SN1和SN2的邊界狀態(tài)?？梢杂孟聢D表示。

鹵代烷烷基對水解速度的影響

在作用物分子中，被進攻的碳原子上有其他給電性基團。如α-氯醚、3-氯丙烯等。由于取代基的p-p共軛或p-π共軛效應(yīng)，使生成的碳正離子穩(wěn)定，它們的反應(yīng)速度比沒有取代基的大上千倍、甚至上萬倍，其反應(yīng)按SN1歷程進行。

在被進攻的碳原子上有吸電性取代基，如α-鹵代羰基化合物、α-鹵代氰基化合物等。由于取代基的吸電子作用，使被進攻的碳原子的部分正電荷增加，有利于SN2反應(yīng)。同時，在形成過渡態(tài)時，取代基的π-電子云也可與正在形成鍵和正在斷裂鍵的電子云交蓋，使過渡狀態(tài)能量降低，使SN2的反應(yīng)速度增加。

總之在作用物分子中，被進攻的碳原子上有給電性取代基，有利于SNl反應(yīng)，分子中有吸電性取代基，則有利于SN2反應(yīng)。

2.3.2.2 被取代離去基團的影響

不論在SN1或SN2的反應(yīng)中，被取代的基團X均是帶著原來共有的一對電子 離去，所以X接受電子能力越強越易離去，也越有利于親核取代反應(yīng)的進行。一般說來，其被取代的難易次序為：

RSO3—＞ I—＞ Br—＞ Cl—＞ RCOO—＞ HO—＞ H2N—

2.3.2.3 親核試劑的影響

在SN1反應(yīng)中，親核試劑的性質(zhì)對反應(yīng)速度沒有影響，因為親核試劑不參與整個反應(yīng)過程的速度控制步驟。在SN2的反應(yīng)中，親核試劑參與了過渡態(tài)的形成，所以親核能力的變化對取代反應(yīng)速度有明顯影響。絕大多數(shù)試劑的親核能力與其堿性的強弱是一致的。例如：下列親核試劑活潑次序為：

C2H5Oˉ＞ OHˉ＞ PhOˉ＞ CH3CH2ˉ＞H2O 在同族元素的試劑中，親核性是按電負性的下降而提高。例如： Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和

PhSˉ＞PhOˉ

由于原于序數(shù)越大，越容易極化，所以給電子傾向也越大。

2.3.2.4 溶劑的影響

溶劑的極性對親核取代反應(yīng)機理和反應(yīng)速度都有很大影響。絕大部分SNl的反應(yīng)，反應(yīng)的第一步是一個中性化合物離解為兩個帶有電荷的離子，因此極性溶劑有利反應(yīng)進行。并且溶劑極性越大，越使反應(yīng)速度加快。SN2的反應(yīng)，由于溶劑與親核試劑可以形成氫鍵使親核試劑活潑性減弱，在反應(yīng)中試劑與反應(yīng)物形成過渡態(tài)，首先得消耗一部分能量破壞生成的氫鍵。所以反應(yīng)在不形成氫鍵的溶劑中進行有利，反應(yīng)速度快?？傊甋Nl反應(yīng)在質(zhì)子性溶劑中進行有利；而SN2反應(yīng)在非質(zhì)子性溶劑中進行有利。

脂肪族親核取代反應(yīng)在精細有機合成中較為常用，廣泛用于碳雜新鍵和碳-碳新鍵的形成。例如用于醇、醚和酯類的合成，即鹵代烴發(fā)生溶劑解，形成碳-氧新鍵，例如用水為溶劑生成醇，用醇為溶劑生成醚，用羧酸為溶劑則生成酯。又如用于硫醇、硫醚的合成形成碳-硫新鍵。用于鹵代烴的氨解形成碳-氮新鍵，這是合成烷胺類重要方法。親核取代反應(yīng)中以形成碳-碳新鍵最為重要，反應(yīng)是以碳負離子作為親核試劑，對碳負離子來說，使分子中引入烴基，又稱烴基化反 應(yīng)，用以合成腈類和炔烴；如果碳負離子為烯醇負離子，進行烴基化反應(yīng)是合成酮、羧酸、羧酸酯和腈等化合物的重要合成方法。

2.3.3 芳香族環(huán)上氫的親核取代反應(yīng)

在該類反應(yīng)中，親核試劑優(yōu)先進攻芳環(huán)上電子云密度最低的位置，所以在反應(yīng)的難易定位規(guī)律方面都與芳香族親電取代反應(yīng)相反。

以硝基苯的羥基化為例，這類親核取代反應(yīng)歷程簡單表示如下：

NO2OH無水KOH加熱中間絡(luò)合物陰離子NO2HOHNO2OHHNO2OHH上述歷程得到一些實驗結(jié)果的支持。例如，加入適量的溫和氧化劑（包括空氣），常有利于反應(yīng)的進行。氧化劑的作用在于幫助氫陰離子脫落，并使它轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的氫分子或水分子。上述歷程可以解釋反應(yīng)的難易和取代基的定位作用。吸電性的硝基使鄰位和對位的電子云密度下降得比間位更多，親核試劑較易進攻這個位置，發(fā)生已有取代基的親核置換。

2.4 消除反應(yīng)

消除反應(yīng)是指有機物分子中同時除去兩個原子（或基團），形成一個新分子，通常是不飽和程度增加的反應(yīng)。由于被除去的兩個原子（或基團）的位置不同，消除反應(yīng)主要分兩種，即β-消除和α-消除。

β-消除是生成烯（或炔）烴化合物的反應(yīng)，即在相鄰的兩個碳原子上除去兩個基團。

XYXY消除CβCαβCC

β-消除不僅形成碳-碳雙鍵，也可形成碳-氧雙鍵、碳-硫雙鍵和碳-氮雙鍵等。α-消除是生成卡賓（Carbene）的反應(yīng)即在同一個碳原子上除去兩個基團，也稱1,1-消除。

XCYXY消除βC

2.4.1 β-消除反應(yīng)

通過研究消除反應(yīng)的歷程，可分雙分子歷程（E2）和單分子歷程（E1）。2.4.1.1 雙分子消除反應(yīng)歷程（E2歷程）

雙分子消除反應(yīng)通常在強堿性試劑存在下發(fā)生。當親核性的堿性試劑B接近β氫時，在B和H間形成微弱鍵的同時，原有C-H鍵、C-X鍵減弱而形成過渡態(tài)。而后發(fā)生C-B鍵和C-X鍵同時斷裂構(gòu)成烯鍵。

XCCBHBXCCH過渡態(tài)CCBHX

可見E2歷程和SN2歷程很相似。區(qū)別是在于E2歷程中堿性試劑進攻β-氫原子；而在SN2歷程中反應(yīng)發(fā)生在α-碳原子上。所以在不飽和碳原子上的親核取代常伴有消除反應(yīng)發(fā)生。

按E2歷程進行反應(yīng)，離去基團的空間排布在理論上有兩種，即順式消除和反式消除。

XCCH反式HXCC順式

對于烷基化合物，σ-鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，很難確定按哪種方式進行。但烯烴衍生物和脂環(huán)化合物中，雙鍵和環(huán)上的單鍵自由旋轉(zhuǎn)受到阻礙，就以一種消除方式為主。如1,2-二氯乙烯與堿作用生成氯乙炔的反應(yīng)。

離去基處于反式位置的異構(gòu)體比離去基處于順式位置的易于消除，所以順式二氯乙烯的反應(yīng)速度比反式二氯乙烯快20倍。

ClCHCClHOH快HCCHOH慢ClCHCHCl

脂環(huán)化合物在進行消除反應(yīng)時，被消除的兩個原子（或基團）處于反式位置易于消除；并且被消除的原子和它們相連的碳原子在同一平面上，反應(yīng)最易進行。

2.4.1.2 單分子消除反應(yīng)歷程（E1歷程）

單分子消除反應(yīng)歷程分兩步進行，第一步是離去基解離而形成碳正離子。這步速度較慢是反應(yīng)的控制步驟。第二步消除β-質(zhì)子形成烯烴。

當形成碳正離子比較穩(wěn)定時，反應(yīng)優(yōu)先按E1歷程進行。

慢快CHCXXCHCBCCBH

E1和SN1反應(yīng)常同時發(fā)生，兩者比值常根據(jù)溶劑的極性和溫度不同而異。高極性溶劑有利于質(zhì)子從碳正離子中離去。有利于E1歷程的反應(yīng)。

2.4.2 α-消除反應(yīng)

α-消除反應(yīng)是在相同的碳原子上消除兩個原子（或基因），形成高度活潑的缺電性質(zhì)點（卡賓）的反應(yīng)?？ㄙe具有特殊的價鍵狀態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)?？ㄙe能與多種單鍵發(fā)生插入反應(yīng)。

CHCH2CCH2HHCCH2

卡賓能與碳-碳雙鍵進行親電加成反應(yīng)。

CCH2CCCCH2CCCH2

卡賓與芳香族化合物也能發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)擴大產(chǎn)物，用以合成環(huán)烯。

CH3CH2N2hv

2.4.3 消除反應(yīng)影響因素

在同樣反應(yīng)條件下，消除反應(yīng)和親核取代反應(yīng)是同時發(fā)生的。下列因素將有 23 利于消除反應(yīng)進行。

2.4.3.1 反應(yīng)物分子結(jié)構(gòu)的影響 1.反應(yīng)物分子的空間效應(yīng)

被消除原子所連的碳原子上有支鏈時，如果按雙分子反應(yīng)，在SN2歷程反應(yīng)中親核試劑進攻β-碳原子，而在E2歷程反應(yīng)中進攻β-氫原子，支鏈的空間效應(yīng)對SN2不利，而相對對E2有利；如果按單分子反應(yīng)，無論是SN1或E1的歷程，在反應(yīng)速度決定步驟中形成同樣的碳正離子，只是第二步不同，若連有較多的烷基按E1消除β-氫后，形成雙鍵可減少分子張力，使分子穩(wěn)定；按SN1取代碳正離子與親核試劑結(jié)合，鍵角被壓縮（由120°減至109.5°），反而張力增加?？梢姛o論按雙分子或按單分子反應(yīng)都對消除反應(yīng)有利。

2.反應(yīng)物分子的電于效應(yīng)

分子中在β-碳原子上有吸電性基團（X、CN、NO2）增加了β-氫原子的活性，使E2消除反應(yīng)加速。

3.離去基團的性質(zhì)

離去基因吸電子能力增加，使β-氫原子的電子云密度下降，有利于雙分子E2消除反應(yīng)，離去基團對在El歷程反應(yīng)無明顯影響。

2.4.3.2 反應(yīng)條件的影響

1.堿的影響

試劑的堿性對于雙分子反應(yīng)E2或SN2是有影響的。堿性即是對質(zhì)子的親和力，因此試劑堿性增大按E2進行反應(yīng)更容易。例如，伯仲鹵代烷的水解，為了提高醇的收率避免消除反應(yīng)，大用苛性堿而用乙酸鈉作試劑。因為CH3COOˉ的堿性比OHˉ的弱得多，反應(yīng)按SN2歷程進行。

總之，在消除和取代之間，強堿有利于消除不利于取代。而高濃度的強堿在非離子化溶劑中，有利于雙分子歷程，而且對E2比對SN2更有利。堿的濃度低或沒有堿存在時，在離子化溶劑中，有利于單分子歷程，而且對SN1比對E1更為有利。

2.溶劑（介質(zhì)）的影響

溶劑的極性對反應(yīng)影響與親核取代很相似。按單分子反應(yīng)是先生成碳正離子，而后按E1或SN1歷程進行，增加溶劑極性只促進解離中間物的速率，而對E1和SNl產(chǎn)物的比量影響較小。

按雙分子反應(yīng)，在極性小的溶劑中對于形成E2的過渡態(tài)條件有利，有利于烯烴生成。

3.溫度的影響

反應(yīng)無論是單分子還是雙分子歷程，提高反應(yīng)溫度都有利于消除反應(yīng)的進行。這可能是消除反應(yīng)的活化過程需要拉長β-碳氫鍵的原因。

2.5 游離基反應(yīng)

游離基反應(yīng)又稱自由基反應(yīng)，是精細有機合成中一類較重要的反應(yīng)。它一經(jīng)引發(fā)，通常都能很快進行下去，是快速鏈鎖反應(yīng)：但反應(yīng)也能受到某些物質(zhì)的抑制，這些物質(zhì)能非常快地與游離基結(jié)合，使反應(yīng)終止。為了使游離基反應(yīng)能夠順利發(fā)生必須先產(chǎn)生一定數(shù)量的游離基。常用的方法有三種：熱離解法、光離解法和電子轉(zhuǎn)移法。

2.5.1 熱離解法

化合物受熱到一定溫度發(fā)生熱離解，產(chǎn)生游離基。不同化合物的熱離解所需溫度不同。例如，氯分子的熱離解在100℃以上可具有一定的速度；烴、醇、醚、醛和酮受熱到800~1000℃時離解；金屬有機化合物所需溫度低些，四甲基鉛蒸汽通過灼熱至600℃的石英管，可離解成甲基游離基。

Cl2100℃以上2ClPb4CH3(CH3)4Pb600℃以上含有弱鍵的化合物裂解所需溫度低些，例如含有O-O鍵的過氧化二苯甲酰及偶氮雙異丁腈都是常用的引發(fā)劑。

OCO2CNH3CCNNCH3CNCCH350~100℃OCO2CO2CNCH350~100℃2H3CCCH3N2

2.5.2 光離解法

分子受到光的照射而被活化，活化分子具有較高的能量，它們可以滿足化學(xué)鍵均裂所需要的能量。例如，鹵素分子用光照射生成它們的原子，光離解可在任何溫度下送行，并且能通過調(diào)節(jié)光的照射強度控制生成游離基的速度。

Cl2Br2hvhv2Cl2Br

2.5.3 電子轉(zhuǎn)移法

重金屬離子具有得失電子的性能常被用于催化某些過氧化物的分解。例如，亞鐵離子將一個電子轉(zhuǎn)移給過氧化氫使它生成一個羥基游離基及一個更穩(wěn)定的羥基負離子。三價的鈷離子可以從過氧化叔丁醇中獲取一個電子，使過氧化叔丁醇轉(zhuǎn)變成一個過氧游離基及一個質(zhì)子。

Fe2Co3+HOHOOHOC(CH3)3Fe3OHOH

游離基反應(yīng)屬于連鎖反應(yīng)，其反應(yīng)歷程包括三個階段，即鏈的引發(fā)、鏈的傳

Co2+H+(H3C)3COO遞和鏈的終止。游離基反應(yīng)在精細有機合成中有廣泛的應(yīng)用。

2.6 加成反應(yīng)

加成反應(yīng)分三種類型，即親電加成、親核加成和游離基加成。2.6.1 親電加成

親電加成一般發(fā)生在碳-碳雙鍵上，因為烯烴、炔烴分子中的π-電子只有較大的活動性，表現(xiàn)出親核性，所以它們?nèi)菀着c多種親電試劑發(fā)生親電加成反應(yīng)。常用的親電試劑有：強酸（例如硫酸、氫鹵酸）、Lewis酸（例如FeCl3、A1C13、HgC12）、鹵素、次鹵酸、鹵代烷、卡賓、醇、羧酸和酰胺等。其反應(yīng)歷程分兩步進行：首先生成碳正離子中間產(chǎn)物，它是速率控制步驟。

慢CCXYCXCY

然后是：

快YCXC CXCY烯烴的結(jié)構(gòu)不同，對反應(yīng)速度的影響也完全與上述親電分步加成歷程一致。當碳-碳雙鍵上連有給電性取代基時，由于增加了碳-碳雙鍵上的電子云密度可使碳正離子穩(wěn)定，因而加快了反應(yīng)速度。當連有吸電性取代基時，由于降低了碳-碳雙鍵上的電子云密度，降低了碳正離子的穩(wěn)定性，因而減慢了反應(yīng)速度。

2.6.2 親核加成

親核加成中最重要的是碳氧雙鍵（碳基）的親核加成。在碳氧雙鍵中氧原子的電負性比碳原子高得多，因此氧原于帶有部分負電荷，而碳原子則帶有部分正電荷。

CδOδ

碳氧雙鍵在進行加成反應(yīng)時，帶負電荷的氧總是要比帶正電荷的碳原子穩(wěn)定得多，因此在堿性催化劑存在下，總是帶正電荷的碳原子與親核試劑發(fā)生反應(yīng)，即碳氧雙鍵易于發(fā)生親核加成反應(yīng)。

2.7 重排反應(yīng)

重排反應(yīng)是指在試劑作用下或其因素影響下，有機物分子中發(fā)生某些基因的轉(zhuǎn)移，形成另一種化合物的反應(yīng)。重排反應(yīng)種類很多，只討論芳香族化合物側(cè)鏈 27 向環(huán)上遷移，以及遷移發(fā)生在鄰近兩個原子間的1,2-遷移。

XZXHZZABAZB

2.7.1 分子間重排

分子間重排反應(yīng)過程中能夠獲得分裂出來的遷移基（Z）。例如，在鹽酸催化下N-氯乙酰苯胺的重排反應(yīng)：

H3COCNClHHH3COCNClHClHNCOCH3Cl2NHCOCH3ClNHCOCH3HClCl

首先通過置換生成氯分子，而后氯分子與乙酰苯胺發(fā)生親電取代。2.7.2 分子內(nèi)親電重排 2.7.2.1 聯(lián)苯胺重排

這是在酸的作用下氫化偶氮苯轉(zhuǎn)化成聯(lián)苯胺的反應(yīng)。

HNNHHH2NNH2

2.7.2.2 N-取代苯胺的重排

N-取代苯胺在酸性條件下遷移基從氮原子遷移到環(huán)的鄰位或?qū)ξ簧稀＠鐏喯趸倪w移，它是親電性的重排反應(yīng)。仲芳胺的N-亞硝基衍生物用鹽酸處理時發(fā)生重排，主要生成對位異構(gòu)產(chǎn)物。

RNNOHClRNHNO

2.7.2.3 羥基的遷移

遷移基團作為親核性質(zhì)點帶著它原先與支鏈相結(jié)合的電子對，從支鏈遷移至芳環(huán)上，這種重排稱為芳香族親核重排。例如，用稀硫酸作用于苯基羥胺，即發(fā)生OH－的遷移，生成了氨基酚。

HNOHH2SO4NH2NH2OHOH

第三章

精細有機合成的工藝學(xué)基礎(chǔ)

3.1 概

述

精細有機合成的工藝學(xué)主要包括以下內(nèi)容：對具體產(chǎn)品選擇和確定在技術(shù)上和經(jīng)濟上最合理的合成路線和工藝路線；對單元反應(yīng)確定最佳工藝條件、合成技術(shù)和完成反應(yīng)的方法，以得到高質(zhì)量、高收率的產(chǎn)品。

所謂合成路線，指的是選用什么原料，經(jīng)由哪幾步單元反應(yīng)來制備目的產(chǎn)品。例如，在1.6中提到，苯酚的生產(chǎn)可以有好幾條合成路線，它們各有憂缺點。關(guān)于合成路線將結(jié)合具體產(chǎn)品在各單元反應(yīng)中討論。

所謂工藝路線，指的是對原料的預(yù)處理（提純、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸發(fā)、汽化、加熱、冷卻等）和反應(yīng)物的后處理（蒸餾、精餾、吸收、吸附、萃取、結(jié)晶、冷凝、過濾、干燥等）應(yīng)采用哪些化工過程（單元操作）、什么設(shè)備和什么生產(chǎn)流程等。

所謂反應(yīng)條件指的是：反應(yīng)物的分子比、主要反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率（反應(yīng)深度）、反應(yīng)物的濃度、反應(yīng)過程的溫度、時間和壓力以及反應(yīng)劑，輔助反應(yīng)劑、催化劑和溶劑的使用和選擇等。

所謂合成技術(shù)主要指的是：非均相接觸催化、相轉(zhuǎn)移催化、均相絡(luò)合催化、光有機合成和電解有機合成以及酶催化等。

所謂完成反應(yīng)的方法主要指的是：間歇操作和連續(xù)操作的選擇，反應(yīng)器的選擇和設(shè)計等。為了完成化工生產(chǎn)，我們必須對所涉及的物料的性質(zhì)有充分了解。29 各種物料的重要性質(zhì)主要有：

（1）物料在一定條件下的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性以及貯存穩(wěn)定性（包括與空氣和水分長期接觸的穩(wěn)定性）等。

（2）熔點（凝固點）、沸點、在不同溫度下的蒸汽壓；物料在水中的溶解度、水在液態(tài)物料中的溶解度；物料與水是否形成恒沸物，以及恒沸溫度和恒沸物組成等。

（3）比重、折光率、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、蒸發(fā)熱、揮發(fā)性和粘度等。（4）閃點、爆炸極限和必要的安全措施。

（5）毒性、對人體的危害，在空氣中的允許濃度、必要的防護措施以及中毒的急救措施。

（6）物料的商品規(guī)格、各種雜質(zhì)和添加劑的允許含量、價格、供應(yīng)來源、包裝和儲運要求等。

以上性質(zhì)可以查閱各種有關(guān)子冊。3.2.1 反應(yīng)物的摩爾比

反應(yīng)物的摩爾比指的是加入反應(yīng)器中的幾種反應(yīng)物之間的摩爾數(shù)之比。這個摩爾比可以和化學(xué)反應(yīng)式的摩爾數(shù)之比相同，即相當于化學(xué)計量比。但是對于大多數(shù)有機反應(yīng)來說，投料的各種反應(yīng)物的摩爾比并不等于化學(xué)計量比。

3.2.2 限制反應(yīng)物和過量反應(yīng)物

化學(xué)反應(yīng)物不按化學(xué)計量比投料時，其中以最小化學(xué)計量數(shù)存在的反應(yīng)物叫做“限制反應(yīng)物”。而某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)的理論量，則該反應(yīng)物稱為“過量反應(yīng)物”。

3.2.3 過量百分數(shù)

過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量部分占所需理論量的百分數(shù)叫做“過量百分數(shù)”。若以Ne表示過量反應(yīng)物的摩爾數(shù)，Ni表示它與限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所消耗的摩爾數(shù)，則過量百分數(shù)為： 3.2.4 轉(zhuǎn)化率（以x表示）

某一種反應(yīng)物A反應(yīng)掉的占其向反應(yīng)器中輸入量的百分數(shù)叫作反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率。

3.2.5 選擇性（以s表示）

選擇性指的是某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)變成目的產(chǎn)物理論消耗的摩爾數(shù)占該反應(yīng)物在反應(yīng)中實際消耗掉的總摩爾數(shù)的百分數(shù)。設(shè)反應(yīng)物A生成目的產(chǎn)物P，Np表示生成目的產(chǎn)物的摩爾數(shù)，a，p分別為反應(yīng)物A和目的產(chǎn)物P的化學(xué)計量系效，則選擇性為：

3.2.6 理論收率（以y表示）

收率指的是生成的目的產(chǎn)物的摩爾數(shù)占輸入的反應(yīng)物理摩爾數(shù)的百分數(shù)。這個收率又叫做理論收率。

轉(zhuǎn)化率、選擇性和理論收率三者之間的關(guān)系是：y=s2x。

3.3 化學(xué)反應(yīng)器

3.3.1 概述

化學(xué)反應(yīng)器是反應(yīng)原料在其中進行化學(xué)反應(yīng)，生成目的產(chǎn)物的設(shè)備?；瘜W(xué)反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上和材料上必須滿足以下要求：

（1）對反應(yīng)物料（特別是非均相的氣液反應(yīng)物、液液反應(yīng)物、氣固反應(yīng)物、液固反應(yīng)物、氣液固三相反應(yīng)物）提供良好的傳質(zhì)條件，便于控制反應(yīng)物系的濃度分步，以利于目的反應(yīng)的順利進行。

（2）對反應(yīng)物料（特別是強烈放熱或強烈吸熱的反應(yīng)物系）提供良好的傳熱條件，便于熱效應(yīng)的移除或供給，以利于反應(yīng)物系的溫度控制。

31（3）在反應(yīng)的溫度、壓力和介質(zhì)條件下，具有良好的機械強度和耐腐蝕性能。

（4）能適應(yīng)反應(yīng)器的操作方式（間歇操作或連續(xù)操作）。3.3.2 間歇操作和連續(xù)操作

在反應(yīng)器中實現(xiàn)一個化學(xué)反應(yīng)可以有兩種操作方式，即間歇操作和連續(xù)操作。間歇操作是將各種反應(yīng)原料按一定的順序加到反應(yīng)器中，并在一定的溫度、壓力下經(jīng)過一定時間完成特定的反應(yīng)，然后將反應(yīng)好的物料從反應(yīng)器中放出。因為反應(yīng)原料是分批加到反應(yīng)器中的，所以又叫做“分批操作”。在間歇操作時，反應(yīng)物的組成隨時間而改變。另外，反應(yīng)物的溫度和壓力也可以隨時間而改變。連續(xù)操作是將各種反應(yīng)原料按一定的比例和恒定的速度連續(xù)不斷地加入到反應(yīng)器中，并且從反應(yīng)器中以恒定的速度連續(xù)不斷地排出反應(yīng)產(chǎn)物。在正常操作下，反應(yīng)器中某一特定部位的反應(yīng)物料的組成、溫度和壓力原則上是恒定的。

連續(xù)操作比間歇操作有許多優(yōu)點。第一，連續(xù)操作比較容易實現(xiàn)高度自動控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；而間歇操作的程序自動控制則相當困難而且費用昂貴，因此間歇操作比連續(xù)操作需要較多的勞動，而且反應(yīng)的效果常常受人的因素影響。第二，連續(xù)操作很容易實現(xiàn)縮短反應(yīng)時間。而間歇操作則需要有加料，調(diào)整操作的溫度和壓力，放料，以及準備下一批投料等輔助操作時間。因此，對于生產(chǎn)規(guī)模大、反應(yīng)時間短的化學(xué)過程都盡可能采用連續(xù)操作。特別是氣相反應(yīng)和氣固相接觸催化反應(yīng)則必須采用連續(xù)操作。第三，連續(xù)操作容易實現(xiàn)節(jié)能。例如從反應(yīng)器中移出的熱量以及熱的反應(yīng)產(chǎn)物在冷卻時通過熱交換器傳出的熱量可以用來預(yù)熱冷的反應(yīng)原料，或者把熱量傳遞給水以產(chǎn)生水蒸汽。而要把間歇操作組合到節(jié)能系統(tǒng)中一般是難于實現(xiàn)的。

但是，間歇操作也有它獨特的優(yōu)點。第一，連續(xù)操作的技術(shù)開發(fā)比間歇操作困難得多。節(jié)能和節(jié)省勞動力一般是與生產(chǎn)規(guī)模成正比例的，對于小規(guī)模生產(chǎn)來說，開發(fā)一個連續(xù)操作常常是不值得的。第二，間歇操作的開工和停工一般比連續(xù)操作容易，間歇操作的設(shè)備在產(chǎn)量的大小上有較多的伸縮余地，更換產(chǎn)品也有 32 靈活性，而連續(xù)操作的設(shè)備通常只能生產(chǎn)單一產(chǎn)品。第三，在某些情況下，由于反應(yīng)原料或產(chǎn)物的物理性質(zhì)（例如粘稠度和分散狀態(tài)），或是由于反應(yīng)條件的控制（例如溫度、壓力和操作步驟）等因素，難于采用連續(xù)操作。例如用固相法生產(chǎn)2,3-酸就必須采用間歇操作。因此，對于多品種、產(chǎn)量小的精細化工產(chǎn)品來說，間歇操作有相當廣泛的應(yīng)用。

3.3.3 間歇操作反應(yīng)器

液液相或液固相間歇操作的反應(yīng)器基本上和實驗寶的設(shè)備相似，所不同的是規(guī)模大，制造材料相傳熱方式不同。這種間歇操作反應(yīng)器可以是敞口的反應(yīng)槽（相當于燒杯），也可以是帶回流冷凝器的反應(yīng)鍋（相當于四口燒瓶），或者是耐壓的高壓釜。對于某些物料非常粘稠的液固相反應(yīng)，則常常采用臥式轉(zhuǎn)筒球磨機式反應(yīng)器(固相罐)。最常用的傳熱方式是在鍋外安裝夾套或在鍋內(nèi)安裝蛇形盤管。冷卻一般用冷水或冷凍鹽水。加熱一般用水蒸汽，需要較高溫度時（130~260℃）則用耐高溫導(dǎo)熱油。對于轉(zhuǎn)筒球磨機式反應(yīng)器（例如苯胺固相焙烘磺化制對氨基苯磺酸，料溫約200℃）或其他高溫反應(yīng)過程（例如2-萘磺酸鈉的堿熔制2-萘酚，料溫28~320℃），還可以采用直接火加熱（燃燒煤氣、燃料油或煤）或者直接用電熱。在個別情況下，也可以直接向反應(yīng)器中加入碎冰進行冷卻（例如重氮化和偶合反應(yīng)），或者直接通入水蒸汽進行加熱（例如某些萘系磺酸的水解反應(yīng)）。

3.3.4 液相連續(xù)反應(yīng)器

在連續(xù)操作的反應(yīng)器中，有兩種極限的流動模型，即“理想混合型”和“理想置換型”。

3.3.4.1 理想混合型反應(yīng)器

它通常是裝有攪拌器和傳熱裝置的反應(yīng)鍋，如圖所示。

反應(yīng)原料連續(xù)不斷地加入到鍋中，在攪拌下在鍋內(nèi)停留一定時間，同時反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)不斷地從鍋中流出。這種反應(yīng)器的特點是：強烈的攪拌產(chǎn)生了反向混合作用（簡稱返混），即新加入的物料與已存在鍋內(nèi)的物料能瞬間完全混合，所以鍋內(nèi)各處物料的組成和溫度都相同，并且等于出口處物料的組成和溫度。但是，物料中各個粒子在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間則并不相同。

鍋式連續(xù)反應(yīng)器的主要優(yōu)點是強烈的攪拌有利于非均相反應(yīng)物的傳質(zhì)，可加快反應(yīng)速度。另外，也有利于強烈放熱反應(yīng)的傳熱，可加大反應(yīng)鍋的生產(chǎn)能力。例如，苯、甲苯和氯苯的一硝化都采用鍋式連續(xù)反應(yīng)器。

鍋式連續(xù)操作也有很多缺點。第一，鍋內(nèi)物料的組成等于出口物料的組成，即其中反應(yīng)原料的濃度相當?shù)?，這就顯著影響反應(yīng)速度。第二，流出的反應(yīng)產(chǎn)物中也勢必殘留有一定數(shù)量未反應(yīng)的原料從而影響收率。第三，鍋內(nèi)已經(jīng)生成的反應(yīng)產(chǎn)物的濃度相當高，它容易進一步發(fā)生連串副反應(yīng)。例如，苯用混酸的一硝化過程，如果采用單鍋連續(xù)操作，不僅設(shè)備生產(chǎn)能力低，反應(yīng)產(chǎn)物中含有較多未反應(yīng)的苯和硝酸，最不利的是產(chǎn)品硝基苯中含有高達2~4%的副產(chǎn)物二硝基苯。因此，單鍋連續(xù)操作在工業(yè)上很少采用。

為了克服這個缺點，一般都采用多鍋串聯(lián)聯(lián)法，如圖所示。

反應(yīng)原料連續(xù)的加到第一個反應(yīng)鍋中，反應(yīng)物料依次地連續(xù)流經(jīng)第二個（和第三個）反應(yīng)鍋。而反應(yīng)產(chǎn)物則從最后一個反應(yīng)鍋流出。多鍋串聯(lián)連續(xù)操作的特點是：幾個反應(yīng)鍋之間并元返混作用，從而大大降低了返混作用的不利影響。因此它具有以下優(yōu)點：第一個反應(yīng)鍋中反應(yīng)原料的濃度比較高，反應(yīng)速度相當快，可大大提高設(shè)備的生產(chǎn)能力；每個反應(yīng)用可以控制不同的反應(yīng)溫度；另外，在最 34 后一個反應(yīng)鍋中，反應(yīng)原料的濃度已經(jīng)變得很低，并大大減少反應(yīng)產(chǎn)物中剩余未反應(yīng)物的含量，有利于降低原料的消耗定額，并大大減少連串反應(yīng)副產(chǎn)物的生產(chǎn)量。為了避免原料以短路的方式從各反應(yīng)鍋中流出，可以在鍋內(nèi)安裝導(dǎo)流筒，或是將傳熱蛇管做成導(dǎo)流簡的形式，如圖所示。

另外也可以把反應(yīng)器做成U形循環(huán)管的形式，如圖所示。

3.3.5 氣液相反應(yīng)器

氣液相反應(yīng)主要是利用空氣中氧的氧化反應(yīng)，利用氯氣的氯化反應(yīng)以及用氫氣的加氫反應(yīng)等。大規(guī)模生產(chǎn)，一船都采用鼓泡塔式反應(yīng)器。這類反應(yīng)器既可以間歇操作，也可以連續(xù)操作。在連續(xù)操作時,反應(yīng)氣體總是從塔的底部輸入，尾氣從塔的頂部排出。而液態(tài)物料即可以從塔的底部輸入，從塔的上部流出（并流法），也可以從塔的上部輸入，從塔的底部流出（逆流法），如圖所示。

氣液相塔式反應(yīng)器

因為在塔中有一定的返向混合作用，為了減少它的不利影響，并使氣液相之間有良好的傳質(zhì)作用，可在塔內(nèi)裝有填料、篩板、泡罩板、各種擋網(wǎng)或擋板等內(nèi)部構(gòu)件。為了控制反應(yīng)溫度，可采用內(nèi)部熱交換器或外循環(huán)式熱交換器。為了避免塔身太高而增加通入氣體的壓頭，也可以來用多塔串聯(lián)的方式，從每個塔的底部通入反應(yīng)氣體。

當氣液相反應(yīng)速度相當快,熱效應(yīng)相當大時，也可以采用列管式并流反應(yīng)器（例如高碳烷烴的氯化）或降膜逆流管式反應(yīng)器（例如十二烷基苯磺化）。

雙膜反應(yīng)器

3.3.6 氣固相接觸催化反應(yīng)器

氣固相接觸催化反應(yīng)是將反應(yīng)原料的氣態(tài)混合物在一定的溫度、壓力下通過固體催化劑而完成的。這類反應(yīng)方式在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用，它一般都采用連續(xù)操作的方式。這類反應(yīng)器設(shè)計的主要問題是傳熱和催化劑的裝卸。這類反應(yīng)器主要有三種類型，即絕熱固定床反應(yīng)器、列管團定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器。

3.3.6.1 絕熱固定床反應(yīng)器

單層絕熱固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)非常簡單，如下圖所示，它是一個沒有傳熱裝置，只裝有固體催化劑的容器。反應(yīng)原料從容器的一端輸入，反應(yīng)產(chǎn)物則從容器的另一端輸出。這類反應(yīng)器的主要優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率高、造價低、36 催化劑裝卸容易。但是，在這類反應(yīng)器中，反應(yīng)物料和催化劑的溫度是變化的。對于放熱反應(yīng)，從進口到出口溫度逐漸升高。對于吸熱反應(yīng)，從進口到出口溫度逐漸降低。而且反應(yīng)過程的熱效應(yīng)越大，進出口的溫差越大。由于這個特點使得單層絕熱固定床反應(yīng)器只適用于過程熱效應(yīng)不大、反應(yīng)產(chǎn)物比較穩(wěn)定、對反應(yīng)溫度變化不太敏感、反應(yīng)氣體溫合物中含有大量惰性氣體（例如水蒸汽或氮氣），一次通過反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率不太高的過程。例如，氯苯的氣相水解制苯酚，甲醇的氧化脫氫制甲醛等，另外，單層絕熱固定床反應(yīng)器中的催化劑層不宜太厚，以免進口和出口的溫差太大，因此，只適用于反應(yīng)停留時間短的過程。

單層絕熱反應(yīng)器

當反應(yīng)的熱效應(yīng)較大時，為了改善反應(yīng)的溫度條件并提高轉(zhuǎn)化率，常常采用多段絕熱反應(yīng)器,如圖所示。

CO水蒸汽變換反應(yīng)裝置示意圖

為了調(diào)整反應(yīng)溫度，可根據(jù)過程的特點，選擇合適的載體或冷卻劑；對于放熱反應(yīng)，可進行原料氣的預(yù)熱（例如，一氧化碳的水蒸汽轉(zhuǎn)變制氫）；對于吸熱反應(yīng)還可以采用外部管式加熱爐。

3.3.6.2 列管式固定床反應(yīng)器

列管式固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型很多,最簡單的結(jié)構(gòu)類似于單程列管式換熱器，如圖所示。

列管式固定床反應(yīng)器

催化劑放在列管內(nèi)，載熱體在管外進行冷卻或加熱。對于放熱反應(yīng)，可以用熔鹽或其它載熱體將熱效應(yīng)移出。熱的載熱體經(jīng)廢熱鍋爐降溫后再返回列管反應(yīng)器，廢熱鍋爐吸收熱量后可產(chǎn)生0.6~2.0MPa的水蒸汽。熔鹽是等分子比硝酸鉀和亞硝酸鈉的混合物，熔點141℃，可在147~540℃操作。它的優(yōu)點是比熱和導(dǎo)熱系數(shù)大，傳熱效果好。對于吸熱反應(yīng)，根據(jù)所要求的溫度，可以用液態(tài)或蒸汽態(tài)的載熱體進行加熱。另外也可以用電熱或用外部管式爐加熱（多段固定床反應(yīng)器）。

3.3.6.3 流化床反應(yīng)器

它的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，主要構(gòu)件是殼體、氣體分布板、熱交換器、催化劑回收裝置。有時為了減少反向混合并改善流態(tài)化質(zhì)量，還在催化劑床層內(nèi)附加擋板或擋網(wǎng)等內(nèi)部構(gòu)件

流態(tài)化的基本原理是：當氣體經(jīng)過分布板以適當速度均勻地通過粉狀催化劑床層時，催化劑的顆粒被吹動，漂浮在氣體中做不規(guī)則的激烈運動，整個床層類似沸騰的液體一樣，能夠自由運動，所以又叫做沸騰床。

流化床的主要優(yōu)點是：采用細顆粒催化劑有利于反應(yīng)氣體在催化劑微孔中的內(nèi)擴散，催化劑表面的利用率高。加強床層的傳熱，床層溫度均勻，可控制在1~3℃的溫度差范圍內(nèi)。便于催化劑的再生和更換。制造費用比列管式固定床低得多。流化床反應(yīng)器廣泛用于空氣氧化、催化裂化等反應(yīng)過程。

流化床的主要缺點是，由于返混作用，對于某些反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性不如固定床；催化劑容易磨損流失；不能使用表面型顆粒狀催化劑。

流化床反應(yīng)器

1-加催化劑口，2-預(yù)分布器，3-分布板，4-卸催化劑口，5-內(nèi)部構(gòu)件，6-熱交換器，7-殼體，8-旋風分離器

3.4 精細有機合成中的溶劑效應(yīng)

3.4.1 概述

3.4.1.1 溶劑對有機反應(yīng)的影響

溶劑的作用不只是使反應(yīng)物溶解，更重要的是溶劑可以和反應(yīng)物發(fā)生各種相互作用。如果選擇合適的溶劑就可以使主反應(yīng)顯著地加速，并且能有效地抑制副反應(yīng)。另外，溶劑還和影響反應(yīng)歷程、反應(yīng)方向相立體化學(xué)。因此，了解溶劑的性質(zhì)、分類以及溶劑和溶質(zhì)之間的相互作用，并合理地選擇溶劑，對于目的反應(yīng)的順利完成有重要意義。

3.4.1.2 溶液和溶解作用

溶質(zhì)溶解于溶劑而形成的均態(tài)混合物體系叫做溶液。溶解作用的最古老的經(jīng)驗規(guī)則是“相似相溶”?？偟膩碚f，一個溶質(zhì)易溶于化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的溶劑，而不易溶于化學(xué)結(jié)構(gòu)完全不同的溶劑。極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑，非極性溶質(zhì)易溶于非極性溶劑。但是，也有一些例外，即化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的組分呈現(xiàn)不溶性，但化學(xué)結(jié)構(gòu)不相似的組分卻能互相溶解。一般認為與溶解作用有關(guān)的因素主要有：

39（1）相同分子之間的引力與不同分子之間的引力的相互關(guān)系。（2）由分子的極性所引起的締合程度。（3）溶劑化作用。（4）溶劑和溶質(zhì)的分子量。（5）溶劑活性基團的種類和數(shù)目 3.4.1.3 溶劑和溶質(zhì)之間的相互作用力

大量溶劑分子和少量溶質(zhì)分子之間的相互作用力可以分為三大類：（1）庫侖力

即靜電吸引力，它包括離子-離子力和離子-偶極力。（2）范德華（Van der Waals）力

亦稱內(nèi)聚力，它包括偶極—偶極力(定向力)、偶極-誘導(dǎo)偶極力（誘導(dǎo)力）和瞬時偶極—誘導(dǎo)偶極力（色散力）。

（3）專一性力

它包括氫鍵締合作用、電子對給體/電子對受體相互作用（電荷轉(zhuǎn)移力）。溶劑化作用、離子化作用、離解作用和憎溶劑相互作用等。

第一類和第二類分子間力是普通存在的非專一性力。第三類分子間力是只有在一定結(jié)構(gòu)之間才能發(fā)生的、有一定方向的專一性力。

3.4.2 溶劑的分類

溶劑的分類有許多方案，各有一定的用途。3.4.2.1 溶劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

溶劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為無機溶劑和有機溶劑兩大類。常用的無機溶劑數(shù)量很少。把溶劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，可以給出某些定性的預(yù)示。這就是前面提到的“相似相溶”原則。另外，根據(jù)各類溶劑化學(xué)反應(yīng)性的知識，也可以幫助我們合理地選擇溶劑，避免在溶質(zhì)和溶劑之間發(fā)生不希望的副反應(yīng)。

3.4.2.2 溶劑按偶極距μ和介電常數(shù)ε分類

偶極矩μ和介電常數(shù)ε是表示溶劑極性的兩個重要參數(shù)，因此這種分類法具有重要實際意義。

1.偶極矩μ

分子中具有永久偶極矩的溶劑叫做“極性”劑。反之，分子中沒有永久偶極 40 矩的溶劑則叫做“無極性”或“非極性”溶劑，例如己烷、環(huán)己烷、苯、四氯化碳和二硫化碳等。由于沒有永久偶極短的溶劑是極少的，因此把偶極矩小于2.5D的非質(zhì)子弱極性溶劑（例如氯苯和二氯乙烷）也列為非極性溶劑。

偶極矩主要影響在溶質(zhì)（分子或離子）周圍的溶劑分子的定向作用。2.介電常數(shù)ε

如果溶劑分子本身沒有永久偶極矩，則外電場會使溶劑分子內(nèi)部分離出電荷而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。具有永久偶極或誘導(dǎo)偶極的溶劑分子被充電的電容器板強制地形成一個有序排列，從而引起所謂的“極化作用”。極化作用越大,電場強度的下降也越大，即E值越小，介電常數(shù)ε越大。因此，介電常數(shù)表示溶劑分子本身分離出電荷的能力，或溶劑使它的偶極定向的能力。

3.溶劑極性的本質(zhì)—溶劑化作用

關(guān)于溶劑的“極性”這個術(shù)語，直至現(xiàn)在尚未被確切地下定義。關(guān)于溶劑的所謂極性，重要的是它的總的溶劑化能力。溶劑化作用指的是每一個被溶解的分子（或離子）被一層或幾層溶劑分子或松或緊地包圍的現(xiàn)象。溶劑化作用是一種十分復(fù)雜的現(xiàn)象，它包括溶劑與溶質(zhì)之間所有專一性和非專一性相互作用的總和。這樣多的溶劑、溶質(zhì)相互作用，很難用一個簡單的物理量來表示。習(xí)慣上，常常用偶極矩或介電常數(shù)表示。但是這兩個物理量都只能反映溶劑的一部分性質(zhì)或起某種作用。盡管如此，把溶劑按照它們的極性（偶極矩或介電常數(shù)）分成幾種不同的類型，并分別討論各類溶劑對溶質(zhì)分子（或離子）的作用，對于為各種具體反應(yīng)選擇合適的溶劑還是有重要實際意義的。

3.4.3 有機反應(yīng)中溶劑的使用和選擇

3.4.3.1 有機反應(yīng)對溶劑的要求

在有機反應(yīng)中溶劑的使用和選樣，除了考慮溶劑對主反應(yīng)的速度、反應(yīng)歷程、反應(yīng)方向、和立體化學(xué)的影響以外，還必須考慮以下因素：

（1）溶劑對反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不影響催化劑的活性。溶劑本身在反應(yīng)條件下及后處理條例下是穩(wěn)定性。

41（2）溶劑對反應(yīng)物有較好的溶解性，或者使反應(yīng)物在溶劑中能良好分散.（3）溶劑容易從反應(yīng)物中回收，損失少，不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。（4）對溶劑盡可能不需要太高的技術(shù)安全措施。（5）溶劑的毒性小，含溶劑的廢水容易處理。（6）溶劑的價格便宜、供應(yīng)方便。3.4.3.2 各類反應(yīng)的適用溶劑 1.硝化

混酸硝化：二氯甲烷、二氯乙烷； 稀硝酸硝化：氯苯、鄰二氯苯； 均相硝化：濃硫酸、醋酸、過量濃硝酸； 2.磺化

溶劑磺化：乙酸、三氯甲烷、四氯化碳

三氧化硫或氯磺酸磺化：1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、鄰二氯苯、三氯苯、硝基苯；

焙烘磺化：鄰二氯苯、三氯苯 恒沸去水磺化：鄰二氯苯、煤油 3.鹵化

非水介質(zhì)：濃硫酸、氯磺酸、三氯化磷、三氯氧磷、四氯化鈦、四氯化碳、二氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯、醋酸

水介質(zhì)：氯苯、鄰二氯苯、硝基苯等 4.催化加氫

低碳醇、乙酸乙酯、乙酸、丙酮、水、二氧六環(huán)、烴類 5.氧化

濃硫酸、乙酸、水、二氧六環(huán)、石油醚、硝基苯、吡啶 6.Friedel-Crafts反應(yīng)

溶劑法：二氯乙烷、四氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、二硫化碳、石油醚、環(huán)丁 42 砜、過量的液態(tài)反應(yīng)組分

熔融法：ALCl3-NaCl、AlCl3-NaCl-H2NCONH2

3.5 氣固相接觸催化

3.5.1 概述

氣固相接觸催化反應(yīng)是將氣態(tài)反應(yīng)物在一定的溫度、壓力下連續(xù)地通過固體催化劑的表面而完成的。這種反應(yīng)方式可應(yīng)用于許多單元反應(yīng)。

固體催化劑通常是由主要催化活性物質(zhì)、助催化劑和載體所組成。有時為了便于制成所需要的形狀或改善催化劑的機械強度或孔隙結(jié)構(gòu)，在制備催化劑時還加入成型劑或造孔物質(zhì)。

固體催化劑按照粒度可以分為顆粒狀和粉末狀兩種類型。顆粒狀催化劑用于固定床反應(yīng)器，粉末狀催化劑用于流化床反應(yīng)器。

固體催化劑按照表面積又可以分為高比表面型和低比表面型兩類。催化劑的表面包括外表面和孔隙中的內(nèi)表面兩部分。每克催化劑的總表面積叫做比表面,它的單位是m2/g。

固體催化劑的密度（s/mL）用視比重來表示。它是把一定重量的催化劑放在量筒中，直接觀測其體積而算得的。

關(guān)于固體催化劑的作用，雖然已經(jīng)提出不少催化理論，但是還沒有一個理論能全面地、完善地解釋所有各種接觸催化反應(yīng)的機理。最常用的理論是活性中心理論、活化組合物學(xué)說和多位（活化絡(luò)合物）學(xué)說等。這些學(xué)說的要點是催化劑的表面只有一小部分特定的部位能起催化作用，這些部位叫做活性中心。反應(yīng)物分子的特定基團在活性中心發(fā)生化學(xué)吸附，形成活化絡(luò)合物。然后活化絡(luò)合物再與另一個或另一種未被吸附的反應(yīng)物分子相作用，生成目的產(chǎn)物?；蛘呤莾煞N反應(yīng)物分子分別被兩個相鄰的不同的活性中心所吸附分別生成活化絡(luò)合物，然后兩個活化絡(luò)合物相互作用而生成目的產(chǎn)物。由于活性中心的特殊性，所以一種優(yōu)良的催化劑可以只對某一類甚至某一個具體反應(yīng)具有良好的催化作用，即對目的反應(yīng)具有良好的選擇性。

3.5.2 催化劑的選擇性、活性和壽命

3.5.2.1 催化劑的選擇性

它指的是特定催化劑專門對某一化學(xué)反應(yīng)起加速作用的性能。其選擇性也是用某一反應(yīng)物通過催化劑后轉(zhuǎn)變?yōu)槟康漠a(chǎn)物時理論消耗的摩爾數(shù)占該反應(yīng)物在反應(yīng)中實際消耗掉的總摩爾數(shù)百分數(shù)來表示，催化劑的選擇性與催化劑的組成、制法和反應(yīng)條件等因素有關(guān)。

3.5.2.2 催化劑的活性

在工業(yè)上，催化劑的活性通常用單位體積（或單位重量）催化劑在特定反應(yīng)條件下，在單位時間內(nèi)所得到的目的產(chǎn)物的重量來表示。對于某些催化反應(yīng)，工業(yè)催化劑的活性還使用在特定的氣體時空速度下，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率或目的產(chǎn)物的收率來表示。

3.5.2.3 催化劑的壽命

它指的是催化劑在工業(yè)反應(yīng)器中使用的總時間。催化劑在使用過程中，由于溫度、壓力、氣氛、毒物的影響，以及焦油或積碳的生成等因索，都會或多或少地使催化劑發(fā)生某些物理的或化學(xué)的變化，例如熔結(jié)、粉化以及結(jié)晶結(jié)構(gòu)或比表面的變化等，這些都會影響催化劑中的活性中心，從而影響催化劑的活性和選擇性。當催化劑的活性和選擇性下降到一定程度，并且不能設(shè)法恢復(fù)其活性時，就需要更換催化劑。工業(yè)催化劑的壽命與反應(yīng)類型、催化劑的組成和制法等因素有關(guān)。有些催化劑的壽命可長達數(shù)年，有的催化劑壽命只有幾小時。

催化劑使用一定時間后，因活性下降，需要活化再生，這個使用時間叫作催化劑的活化周期。

3.5.3 催化劑的組成

3.5.3.1 催化活性物質(zhì)

它指的是對目的反應(yīng)具有良好催化活性的成分。對于具體反應(yīng)，其催化活性物質(zhì)是通過大量實驗篩選出來的。它通常是單一成分或二到三種成分。例如，對于強氧化反應(yīng)的催化劑，其活性組分通常都是五氧化二釩。

3.5.3.2 助催化劑

它是本身沒有催化活性或催化活性很小但是能提高催化活性物質(zhì)的活性、選擇性或穩(wěn)定性的成分。在催化劑中通常都含有適量的助催化劑。助催化劑主要是在高溫下穩(wěn)定的各種金屬氧化物、非金屬氧化物、金屬鹽和金屬元素。

3.5.3.3 載體

載體是催化活性組分和助催化劑的支持物、粘結(jié)物或分散體。由于使用載體、在催化劑中催化活性組分和助催化劑的含量可以很低。載體的機械作用是增加催化活性組分的比表面，抑制微晶增長，從而延長催化劑的壽命，使催化劑具有足夠的空襲度、機械強度（硬度、耐磨性、耐壓強度等）、熱穩(wěn)定性、比熱和導(dǎo)熱率等。另外，有些載體還常常與催化活性組分發(fā)生某種化學(xué)作用，改變了催化活性組分的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，從而改善了催化劑的活性和選擇性。因此，在制備催化劑時載體的選擇也是很重要的。

3.5.4 催化劑的毒物、中毒和再生

催化劑因微量外來物質(zhì)的影響，使其活性和選擇性下降的現(xiàn)象叫做催化劑的中毒。微量外來物質(zhì)叫作催化劑的毒物。

3.5.4.1 催化劑的毒物

在工業(yè)生產(chǎn)中，催化劑的毒物通常來自反應(yīng)原料。有時毒物也可能是在催化劑制備過程中混入的，或者是來自其它污染源。由于中毒作用通常發(fā)生在催化活性組分表面的活性中心上，所以微量毒物就能引起催化劑活性顯著下降。

3.5.4.2 催化劑的中毒

中毒是由于毒物與催化活性組分發(fā)生了某種作用，因而破壞或遮蓋了活性中心所造成的。毒物在活性中心吸附較弱或化合較弱，可以用簡單的方法使催化劑恢復(fù)活性的中毒現(xiàn)象叫作“可逆中毒”或“暫時中毒”。毒物與活性中心結(jié)合很強，不能用一般方法將毒物除去的中毒現(xiàn)象叫作“不可逆中毒”或“永久中毒”。催化劑暫時中毒，可設(shè)法再生。催化劑永久中毒后，就需要更換新鮮催化劑。

3.5.4.3 催化劑中毒的預(yù)防和再生

為了避免催化劑的中毒，一種新型催化劑在投入生產(chǎn)使用前，都應(yīng)指出哪些是毒物，以及這些毒物在反應(yīng)原料中的最高允許含量。當原料中有害物質(zhì)的含量超過規(guī)定時，必須對原料進行精制，或換用其他原料。催化劑暫時中毒可設(shè)法再生。再生的方法通常是用空氣、水蒸汽或氯氣在一定溫度下通過催化劑以除去積碳、焦油物或硫化氫等毒物。當催化劑活性下降很慢，使用較長時間才需要進行再生時，再生過程可以就在反應(yīng)器中進行。

3.5.5 催化劑的制備

一種優(yōu)良的催化劑一般應(yīng)具備以下性能。

（1）活性高、選擇性好、對熱和毒物穩(wěn)定、使用壽命長、容易再生。（2）機械強度和導(dǎo)熱性好。

（3）具有合適的宏觀結(jié)構(gòu)。例如，比表面、孔隙度、孔徑分布、顆粒度和微晶結(jié)構(gòu)等。這種宏觀結(jié)構(gòu)既要提供足夠的催化表面，又要能使反應(yīng)物和產(chǎn)物在反應(yīng)過程中順利擴散。

(4)制備簡便、價格便宜。

控制備催化劑時，常常使用一系列化學(xué)的、物理的和機械的專門處理。應(yīng)該指出，一種催化劑盡管組分和含量完全相同，但是只要在處理細節(jié)上稍有差異，就可能因催化劑的微觀結(jié)構(gòu)不同，而導(dǎo)致其催化性能有很大的差異，甚致不符合使用要求。因此，催化劑的制備細節(jié)都是嚴格保密的。

3.6 相轉(zhuǎn)移催化

3.6.1 概述

發(fā)生雙分子反應(yīng)的最起碼條件是兩個反應(yīng)物分子之間必須發(fā)生碰撞。如果兩個分子不能披此靠擾，那么不管其中一種分子的能量有多大，它也不能和另一種分子發(fā)生反應(yīng)。例如，溴辛烷與氰化鈉在一起共熱兩星期，也不發(fā)生反應(yīng)。這是因為氰化鈉完全不溶于溴辛烷的緣故。對于無機鹽與有機物的反應(yīng)，傳統(tǒng)的解決辦法是使用既具有親油性，又具有親水性的溶劑。例如，甲醇、乙醇、丙酮、二氧六環(huán)等。但是這也有一定的困難，即無機鹽在這些溶劑中的溶解度很小，而有

機物又常常難溶于水。后來發(fā)現(xiàn)非質(zhì)子極性溶劑對無機鹽有一定的溶解度，它能使二元鹽中的陽離子專一性溶劑化，從而使陰離子成為高活性的裸陰離子，對于親核取代反應(yīng)是良好的溶劑。但是使用這類溶劑也有缺點。主要是價格貴、難于精制和干燥、不易長期保存在無水狀態(tài)、有時少量水會對反應(yīng)產(chǎn)生干擾、反應(yīng)后難回收、有毒和操作不便。

為此，在60年代末又發(fā)展了一種“相轉(zhuǎn)移催化”有機合成新方法。它的優(yōu)點是：第一，可以不用上述特殊溶劑，并且常常不要求無水操作。第二，由于相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）的存在，使需要參加反應(yīng)的陰離子具有較高的反應(yīng)活性，從而降低反應(yīng)溫度、縮短反應(yīng)時間、簡化工藝過程、提高產(chǎn)品的收率和質(zhì)量、并減少三廢。第三，具有通用性，可廣泛應(yīng)用于許多單元反應(yīng)。相轉(zhuǎn)移催化化的缺點是相轉(zhuǎn)移催化劑價格較貴，只有在使用相轉(zhuǎn)移催化法能顯著提高收率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、取得較好經(jīng)濟效益時，才具有工業(yè)應(yīng)用價值。盡管如此，它在工業(yè)上已取得許多有價值的成果。

3.6.2 相轉(zhuǎn)移催化劑

相轉(zhuǎn)移催化劑至少要能滿足以下兩個基本要求：一個是能將所需要的離子從水相或固相轉(zhuǎn)移到有機相；另一個是要有利于該離子的迅速反應(yīng)。

當然，一種具有工業(yè)使用價值的相轉(zhuǎn)移催化劑還必須具備以下條件：（1）用量少，效率高，自身不會發(fā)生不可逆的反應(yīng)而消耗掉，或者在過程中失去轉(zhuǎn)移特定離子的能力。

（2）制備不太困難，價格合理。（3）毒性小，可用于多種反應(yīng)。3.6.3 相轉(zhuǎn)移催化的應(yīng)用

根據(jù)相轉(zhuǎn)移催化原理可以看出，凡是能與相轉(zhuǎn)移催化劑形成可溶于有機相的離子對的多種類型化合物，均可采用相轉(zhuǎn)移催化法進行反應(yīng)?，F(xiàn)在它己用于許多單元反應(yīng)，實例很多。

3.6.5.1 二鹵卡賓的產(chǎn)生和應(yīng)用

二氯卡賓(∶CCl2)又名二氯碳烯或二氯亞甲基，它的碳原子周圍只有六個電子，是一個非?；顫姷娜彪娮釉噭菀装l(fā)生各種加成反應(yīng)。但二氯卡賓極易水解，在水中的生存期不到1秒。產(chǎn)生二氯卡賓的傳統(tǒng)方法要求絕對無水和其他很不方便的條件。而在相轉(zhuǎn)移催化劑的存在下，則可以由氯傷與氫氧化鈉濃溶液相作用而產(chǎn)生穩(wěn)定的二氯卡賓，其反應(yīng)歷程大致如下。

水相界面有機相Q XQ CCl3Q ClNaOH2Q OHNa ClH2OQ OHHCCl3氯仿CCl2二氯卡賓

由氯仿生成二氯卡賓的反應(yīng)歷程

即在水相中季銨鹽Q+Xˉ與NaOH作用，生成季銨堿離子對Q+OHˉ，它被萃取到有機相，與氯仿作用而生成二氯卡賓。在有機相中二氯卡賓水解很慢。因為有機相中二氯卡賓與三氯甲基季銨鹽處于一個平衡體系中，如果二氯卡賓不發(fā)生進一步反應(yīng)，它在有機相中仍能保持原有活性達數(shù)日之久。當有機相中存在有烯烴、芳環(huán)、碳環(huán)、醇、酚、醛、胺、酰胺等試劑時，就可以發(fā)生加成反應(yīng)而生成多種類型的化合物。

3.6.5.2 O-烴化（醚類的合成）

對硝基苯乙醚是由對硝基氯苯與氫氧化鈉的乙醇溶液相作用而制得的。其反應(yīng)式如下：

CH3CH2OHNaOHCH3CH2ONaH2OO2NClCH3CH2ONaO2NOCH2CH3NaCl

按老工藝不加相轉(zhuǎn)移催化劑，O-芳基化反應(yīng)（烷氧基化反應(yīng)）要在壓熱釜中加熱幾十小時，對-硝基氯苯的轉(zhuǎn)化率只有75%，要用減壓蒸餾法回收未反應(yīng)的對硝基氯苯，能耗大，另外，還有水解副反應(yīng)，生成對-硝基酚鈉，廢液多。

按消耗的對-硝基氯苯計，對-硝基苯乙醚的收率只有85~88%。

加入相轉(zhuǎn)移催化劑，在常溫、常壓下只需幾個小時，對-硝基氯苯的轉(zhuǎn)化率即達到99%以上，對-硝基苯乙醚的收率可達92~94%，純度達99%以上。顯然，這是因為相轉(zhuǎn)移催化劑季銨鹽Q+X-將原來難溶于對-硝基氯苯的乙醇鈉轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡趯?硝基氯苯和對-硝基苯乙醚的Q+C2H5O-離子對的緣故。

3.6.5.3 O-?；磻?yīng)（酯類的合成）

例如從二乙氧基硫代磷酰氯與對-硝基苯酚鈉在甲苯-氫氧化鈉水介質(zhì)中制備乙基對硫磷（有機磷殺蟲劑）時：

SC2H5OPClOC2H5NaONO2O-酰化SC2H5OPO乙基對硫磷NO2NaClOC2H5

如果不加入相轉(zhuǎn)移催化劑，反應(yīng)速度很慢，而且有水解副反應(yīng)。但是，只要加入很少量的三甲胺或季銨鹽，在25~40℃反應(yīng)1小時，對硫磷的收率可達95~99.5%。顯然，在這里季銨鹽Q+X-的作用是將不溶于甲苯的對硝基酚鈉離子對轉(zhuǎn)變成易溶于甲苯的Q+-OC6H4NO2離子對的緣故。

3.6.5.4 氰離子的親核取代

例如，從對氯氯芐與氰化鈉作用制備對氯芐氰（農(nóng)藥中間體）時由于采用相轉(zhuǎn)移催化劑，可以不用非質(zhì)子極性有機溶劑，并且可縮短反應(yīng)時間，收率可達94~96%。

ClCH2ClNaCNClCH2CNNaCl3.6.6 液、固、液三相相轉(zhuǎn)移催化

考慮到相轉(zhuǎn)移催化劑價格貴，難回收，又發(fā)展了固體相轉(zhuǎn)移催化劑。它是將季銨鹽、季鏻鹽、冠醚或開鏈聚醚連接到聚合物上而得到的不溶于水和一般有機溶劑的固態(tài)相轉(zhuǎn)移催化劑。相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)在水相、固體催化劑和有機相這三相之間進行。所以這類催化劑又叫做“三相催化劑”。它的優(yōu)點是：操作簡便、反應(yīng)后容易分離，催化劑可定量回收。另外，這種方法所需費用和能源都很低，并 49 適用于自動化連續(xù)生產(chǎn)。60年代這種催化劑已成功地用于合成氰醇、氰乙基化和安息香縮合等反應(yīng)。已引起工業(yè)界的極大興趣。另外，這種催化劑還可用于氨基酸立體異構(gòu)體的分離，手征性冠醚聚合物催化劑適用于不對稱合成。

3.7 均相絡(luò)合催化

均相絡(luò)合催化指的是用可溶性過渡金屬絡(luò)合物作為催化劑，在液相對有機反應(yīng)進行均相催化的方法。這種方法在工業(yè)上有重要應(yīng)用。1977年，美國利用均相絡(luò)合催化大約生產(chǎn)了900萬噸有機化學(xué)品，并相繼建立了約24個重要工業(yè)過程。

3.7.1

過渡金屬化學(xué)

3.7.1.1 過渡金屬的特點

最常用的過渡金屬主要有銅組的鈦Ti、釩V、鉻Cr、錳Mn、鐵Fe、鈷Co、鎳Ni、銅Cu；銀組的鉬Mo、釕Ru、鐒Rh、鈀Pd、銀Ag；金組的鎢W、銥Ir、鉑Pt等。典型的過渡金屬原子都具有在幾何形狀上和能量特征上適于成鍵的1個s軌道、3個p軌道和5個d軌道。在特殊情況下，這9個軌道可以和9個配位體成鍵。例如，錸的絡(luò)合物ReH7[P(C2H6)2(C6H5)]2，它具有7個Re-H共價鍵和兩個Re-P配位鍵。在這里，錸原子一共和9個配位體成鏈。

3.7.1.2 18電子規(guī)則

如果過渡金屬原子的9個可能成鍵的軌道都是充滿的，即外層軌道上的總電子數(shù)是18，則表明這個絡(luò)合物是飽和的，穩(wěn)定的，它不能再與另外的配位體絡(luò)合。這時配位體的取代反應(yīng)要允許從18電子絡(luò)合物上解離下來一個給電子配位體，生成一個16電子的“配位不飽和”型絡(luò)合物，這種絡(luò)合物可以再和其他配位體結(jié)合，又生成飽和的18電子絡(luò)合物。這就是18電子規(guī)則。當然，在均相絡(luò)合催化反應(yīng)中，并不總是需要經(jīng)過18電子絡(luò)合物。

3.7.1.3 配位體

各種配位體與過渡金屬原子的成鍵方式和給電子能力，一般確定如下： 單電子配位體：它提供一個電子與過渡金屬原子形成共價鍵。例如，氫基、50

第二篇：精細化學(xué)品

21世紀精細化工的發(fā)展

[摘要]精細化工具有高技術(shù)含量、高附加值等特點，在國民經(jīng)濟中起著重要作用，對促進經(jīng)濟發(fā)展和提高人民生產(chǎn)生活質(zhì)量具有重要的意義，是當今世界化學(xué)工業(yè)激烈競爭的焦點。本文主要描述了國內(nèi)外的精細化工行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡單分析了精細化工發(fā)展過程中要優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)及精細化工的發(fā)展趨勢。[關(guān)鍵詞]精細化工；發(fā)展現(xiàn)狀；關(guān)鍵技術(shù)；趨勢

the development of fine chemical industry In twenty-first Century

Abstract: Fine chemical industry with high technology content, high value-added features, have an important role in national economy;It have especial meaning to promote the development of economy and enhance the quality of life for people, It is competitive focus in chemical industry nowadys.This artical describle the current situation of the development of fine chemical industry at home and abroad, and analyse key technologies in the development of fine chemical industry ,and development tendency of fine chemical industry.Key words: fine chemical industry;development situation;key technology;tendency

0 前言

精細化工產(chǎn)品又稱精細化學(xué)品，是化學(xué)工業(yè)中用來與通用化工產(chǎn)品或大宗化學(xué)品相區(qū)別的一個專門術(shù)語，前者指一些具有特定應(yīng)用性能的、合成工藝中步驟繁多、反應(yīng)復(fù)雜、產(chǎn)量小而產(chǎn)值高的產(chǎn)品，例如醫(yī)藥、化學(xué)試劑等；后者指一些應(yīng)用范圍廣泛，生產(chǎn)中化工技術(shù)要求高，產(chǎn)量大的產(chǎn)品，例如石油化工中的合成樹脂、合成橡膠及合成纖維材料等。精細化學(xué)工業(yè)通常簡稱精細化工，是生產(chǎn)精細化學(xué)品工業(yè)的通稱[1]。國內(nèi)外精細化工發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國外精細化工發(fā)展現(xiàn)狀

精細化工的發(fā)展起源于上世紀70年代，當時由于傳統(tǒng)的煤化工和石油化工的工藝路線和效益不佳，導(dǎo)致德國、美國和日本等國的化工企業(yè)開始走精細化的路線。他們致力于專用化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，如仿生醫(yī)療品、抗癌藥物、高效除菌劑和殺菌劑等的生產(chǎn)。到20世紀90年代末精細化工在發(fā)達國家中的比重己達55%-60%。美國20世紀70年代是40%，20世紀80年代上升為45 %，20世紀90年代己達55%左右:日本也由20世紀70年代的35%上升到目前的50%以上:德國由20世紀70年代39%上升到目前65%左右。

近年來，隨著能源危機的出現(xiàn)，環(huán)境問題的日益嚴重，各國紛紛加大了精細化工產(chǎn)業(yè)的開發(fā)和利用。世界范圍內(nèi)都在試圖依靠科技使精細化工生產(chǎn)出更多的能源替代品，以滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求。尤其是發(fā)達國家，化工產(chǎn)品的精細化比例不斷上升，科技投入的比例不斷上升，不斷研發(fā)新產(chǎn)品，發(fā)達國家在發(fā)展精細化工方面的另外一個特點是:十分注重科學(xué)技術(shù)的保護，嚴格控制技術(shù)外流，形成一定的技術(shù)壟斷，保持精細化工領(lǐng)域的國際發(fā)展優(yōu)勢。一些發(fā)達國家在發(fā)展精細化工的同時，也注意減少三廢排放、加強污物處理，環(huán)保意識滲透其中，這一點也是值得推崇和學(xué)習(xí)的，畢竟保護環(huán)境是發(fā)展一切的前提，而發(fā)展精細化工也是為了更好地保護環(huán)境[2]。

1.2 國內(nèi)精細化工發(fā)展現(xiàn)狀

我國的精細化工發(fā)展起步較晚，從上世紀80年代開始起步。從“六五”開始，直至“七五”、“八五”、“九五”、“十五”國民經(jīng)濟發(fā)展計劃中，我國都把精細化工，特別是新領(lǐng)域精細化工作為發(fā)展的戰(zhàn)略重點之一，在政策和投資上予以傾斜，已安排100多個建設(shè)和改造項目，總投資已超過50億元。經(jīng)過近20多年的努力，精細化工的地位已在我國得到確立，其精細化率已從1985年的23.1%提高到1994年的29.78%； 2001年為37.44%，2002年已達39.44%。

在看到成績的同時，我們也要意識到其中的不足，從總體來看，我國在精細化工產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品種類及生產(chǎn)經(jīng)驗、高新技術(shù)和設(shè)備先進程度方面都與國外存在著非常明顯的差距。精細化工發(fā)展中要優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

精細化工的技術(shù)含量比較高，涉及到的技術(shù)范圍也比較廣，精細化工的發(fā)展呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉綜合的發(fā)展趨勢。在精細化工的發(fā)展中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有新型分離技術(shù)、耦合技術(shù)、納米技術(shù)、新型催化技術(shù)和生物工程技術(shù)等。

2.1 新型分離技術(shù)

分離是化工生產(chǎn)過程中重要關(guān)鍵技術(shù)，是獲得高質(zhì)量、高純度化工產(chǎn)品的重要手段[3]。開發(fā)工業(yè)規(guī)模的組分分離，特別是不穩(wěn)定化合物及功能性物質(zhì)的高效精密分離技術(shù)的研究，對精細化工產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)至關(guān)重要。積極開展精細蒸餾技術(shù)在香精行業(yè)的應(yīng)用；開展無機膜分離技術(shù)在超強氣體、飲用水、制藥、石油化工等領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)；重點開發(fā)超臨界萃取分離技術(shù)，研究用超臨界萃取分離技術(shù)制取出口創(chuàng)匯率極高的天然植物提取物，如天然色素、天然香油、中草藥有效成分等；著重發(fā)展高效結(jié)晶技術(shù)和變壓吸附技術(shù)等[4]。

2.2 耦合技術(shù)

在美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”中有4項是有關(guān)藕合技術(shù)的研究成果。例如舍曲林是抗抑郁癥藥物Zoloft ?中的一種活性組分。Pfizer公司開發(fā)的舍曲林生產(chǎn)新工藝在反應(yīng)和分離過程中均選用環(huán)境友好的乙醇作溶劑，省去了原來需要應(yīng)用的甲苯、四氫吠喃等溶劑。由于亞胺化合物在乙醇中的溶解度很小，很容易沉淀出來，不再需要應(yīng)用TiC14脫水，也無需中間體分離，而且順式異構(gòu)體的選擇性顯著提高。這樣使操作步驟大為簡化，每生產(chǎn)1t產(chǎn)品，溶劑的需求量從227m3/h減少到了22.7m3/h時，減少了能量和水的消耗，節(jié)省原料20%-60%，使總產(chǎn)率翻了一番，并提高了工人的安全性，大大減少了有害廢物的排放(2002年綠色合成路線獎)。藕合技術(shù)有利于節(jié)省資源、能源，減少污染，甚至提高生產(chǎn)效率。在不影響反應(yīng)和分離效率的前提下，不同的反應(yīng)或反應(yīng)和分離過程最好選用同種溶劑和助劑，也可將反應(yīng)和分離過程進行有效的藕合[5]。從這就可以看出耦合技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

2.3 納米技術(shù)

納米技術(shù)是近些年來發(fā)展非常迅速的高科技技術(shù)，其應(yīng)用范圍十分廣泛，在精細化工行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用，成為影響精細化工發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一將納米技術(shù)與精細化工相結(jié)合可以生產(chǎn)納米聚合物如用于制造高強度質(zhì)量比的透明絕緣材料、高強纖維、離子交換樹脂等；日用化工及其它行業(yè)利用納米技術(shù)可以生產(chǎn)出更高檔的化妝品、納米色素、納米感光膠片、納米精細化工材料等[6]。

2.4 新型催化技術(shù)

60%以上的化學(xué)品，90%的化學(xué)合成工藝均與催化有著密切的聯(lián)系，具有優(yōu)勢的催化技術(shù)可成為當代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的強勁推動力[3]。催化技術(shù)是化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的技術(shù)，對精細化工行業(yè)的發(fā)展來說也是如此。但相對于傳統(tǒng)的化工催化技術(shù)來說，精細化工行業(yè)的催化技術(shù)又有著新的特點。新型催化技術(shù)的重點是開發(fā)能促進石油化工發(fā)展的膜催化劑、稀土絡(luò)合催化劑、沸石擇型催化劑、固體超強酸催化劑等，發(fā)展與精細化工新產(chǎn)品開發(fā)密切相關(guān)的相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)，立體定向合成技術(shù)、固定化酶發(fā)酵技術(shù)等特種技術(shù)。開發(fā)出若干具有高活性、高選擇性、立體定向、穩(wěn)定性好、壽命長的高效催化劑和相應(yīng)的催化技術(shù)[4]。

2.5 生物工程技術(shù)

生物工程技術(shù)是21世紀最有發(fā)展前景的技術(shù)，生物催化反應(yīng)大多條件溫和，設(shè)備簡單，選擇性好，副反應(yīng)少，產(chǎn)品性質(zhì)優(yōu)良，安全性好，不產(chǎn)生新的污染，因此受到生物學(xué)家和化學(xué)家的高度重視。將生物工程技術(shù)與精細化工相結(jié)合，使許多原來用化學(xué)方法很難實現(xiàn)的合成過程得以順利完成，可以有更多種類的精細化工產(chǎn)品和技術(shù)被開發(fā)出來，會將精細化工行業(yè)的發(fā)展推向一個更高的階段，使精細化工產(chǎn)品的研發(fā)出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。在未來需要重點發(fā)展重組DNA技術(shù)和生物反應(yīng)器技術(shù)，這是生產(chǎn)干擾素和多膚等產(chǎn)品的基礎(chǔ)。精細化工發(fā)展趨勢

3.1精細化工產(chǎn)品向高檔化、精細化、復(fù)合化和功能化方向發(fā)展

隨著世界和我國高新技術(shù)的發(fā)展，不少高新技術(shù)將和精細化工融合，精細化工產(chǎn)品將進一步實現(xiàn)高檔化、精細化、復(fù)合化和功能化。如超細超微細的粉體工程，已將無機和高分子材料推向了新的發(fā)展階段，將無機和高分子制成了粉體材料，從而成為高性能的精細化學(xué)品。在制備過程中，有的方法必須要添加抗凝劑或分散劑、抗靜電劑等表面活性劑，通過其作用制得各種超細和超微細的粉體材料(特別是納米材料)。這些粉體材料具有高比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)熱和光學(xué)性能、高的

耐磨性、極好的遮蓋性、高吸附性、多功能性等各種特異性能。根據(jù)這些粉體材料的特性，又可將其用于精細化工產(chǎn)品的制備，如制備高活性的催化劑、多功能的化妝品、藥品、涂料、粘合劑、表面活性劑、磁性記錄材料、塑料和橡膠等高分子合成材料和加工的改性劑及填料等等[7]。

3.2 精細化工技術(shù)向研發(fā)技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)并重方向發(fā)展

21世紀要用一些高新技術(shù)改造傳統(tǒng)化工，使原有的化工產(chǎn)品純度提高、分離更徹底、三廢排放更少、環(huán)境污染更小，使原有的生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加完善。在未來的發(fā)展中，精細化工的生產(chǎn)技術(shù)的投入會與研發(fā)技術(shù)的投入相當，甚至占有更大的比重。生產(chǎn)技術(shù)是使技術(shù)研究和設(shè)想變成可能的渠道，是精細化工產(chǎn)品能否產(chǎn)出的關(guān)鍵，所以生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用具有不可忽視的作用。在未來精細化工的發(fā)展中，會拋棄以往只重研發(fā)不重生產(chǎn)的片面觀點，而是研發(fā)技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)“兩手抓，兩手都要硬”，這樣的發(fā)展思路和方向會使精細化工的發(fā)展更具有實效性和可操作性。重視精細化工的生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，是精細化工發(fā)展的主要動向之一。這些技術(shù)的頻頻出現(xiàn)和應(yīng)用，必將給傳統(tǒng)化工帶來一次技術(shù)革命，優(yōu)勝劣汰提高效率，滿足當今時代要求[2]。

3.3精細化工產(chǎn)業(yè)向著綠色化方向發(fā)展

精細化工將為節(jié)能和環(huán)保作出較大的貢獻，自身將向清潔化和節(jié)能化的方向發(fā)展，成為綠色高新精細化工。綠色發(fā)展是相對于傳統(tǒng)的化工發(fā)展方式而言的，精細化工的綠色化是指在精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用過程中對周圍環(huán)境的污染較小甚至沒有污染產(chǎn)生。

環(huán)保的要求及昂貴的勞動力將迫使一些發(fā)達國家將現(xiàn)有生產(chǎn)能力向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，世界精細化工業(yè)面臨著又一次重新布局。如果精細化學(xué)品在生產(chǎn)中就實現(xiàn)生態(tài)“綠色”化，采用精細化學(xué)品為相關(guān)行業(yè)服務(wù)時，也實現(xiàn)相關(guān)行業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)“綠色”化，即模擬動植物、微生物生態(tài)系統(tǒng)的功能，建立起相當于“生態(tài)者、消費者和還原者”的化工生態(tài)鏈，以低消耗(物耗和水、電、汽、冷等能耗及工耗)、無污染(至少低污染)、資源再生、廢物綜合利用、分離降解等方式，實現(xiàn)生產(chǎn)無毒精細化學(xué)品的精細化工的“生態(tài)循環(huán)和環(huán)境友好”及“清潔和安全生產(chǎn)的綠色”結(jié)果，那么就可以減少化工行業(yè)對環(huán)境的傷害。

歐洲的化學(xué)品注冊評估和許可管理制度，美國的“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”，其目的都是控制污染、倡導(dǎo)綠色。綠色化工的特點是對環(huán)境無毒無害，反應(yīng)選擇性極高。這形成了化學(xué)工業(yè)的一個重要方向，就是清潔化生產(chǎn)。己內(nèi)酞胺、丙烯睛丙二醇醚、環(huán)氧丙烷等新工藝的開發(fā)，涂料、膠載劑的水性化或無溶劑化，制冷行業(yè)的氟里昂及汽油添加劑甲基叔丁基醚的代替，化學(xué)致癌物質(zhì)的禁用及可降解材料的開發(fā)利用等種種跡象表明，追求“綠色”、保護環(huán)境、保護人們的身心健康將是化學(xué)工業(yè)未來永恒不變的目標，也是刻不容緩的責任[8]。

3.4 精細化工產(chǎn)業(yè)人才向復(fù)合型、多專業(yè)協(xié)作方向發(fā)展

精細化工產(chǎn)業(yè)對人才的需求是多方面的，既要有科技專業(yè)人才，又要有懂技術(shù)管理擅長經(jīng)營的復(fù)合型人才；既要有化學(xué)、化學(xué)工程和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的人才，又要有一批能工巧匠。精細化工從研發(fā)、生產(chǎn)到銷售，最終是為了經(jīng)濟利益的實現(xiàn)。不論是研發(fā)部門、生產(chǎn)部門還是銷售部門都要加強配合，團結(jié)協(xié)作。重視市場調(diào)研，重視售后服務(wù)，及時掌握和了解市場動向和消費者需求，這是精細化工企業(yè)發(fā)展的指向標。在未來的發(fā)展中，可能會出現(xiàn)專門做市場調(diào)研的企業(yè)，這樣的調(diào)研團隊實力更強，情報信息內(nèi)容也更權(quán)威，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者根據(jù)市場調(diào)研企業(yè)提供的情況，膽大心細，敢于創(chuàng)新，積極做出相應(yīng)的對策，樹立短期目標和長期目標，有效的占有市場份額，保證經(jīng)濟效益的實現(xiàn)?，F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，既要講競爭，也要講合作，不論是企業(yè)內(nèi)部部門之問，還是同行業(yè)企業(yè)之問，都要加強合作，強強聯(lián)合，才能實現(xiàn)共贏[2]。結(jié)論

精細化工是當今世界化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重點之一，標志著一個國家綜合技術(shù)水平的高低。隨著化工行業(yè)的發(fā)展，越來越多的發(fā)達國家及大型石化公司會將其核心產(chǎn)業(yè)向精細化工方向進行轉(zhuǎn)移，并打算以領(lǐng)先的生物技術(shù)、新材料和新能源技術(shù)占領(lǐng)未來制高點，從而為經(jīng)濟發(fā)展和人類社會的進步做出更大的貢獻。

[參考文獻] [1]宋啟煌.精細化工工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003,1.[2]余正萍.淺析精細化工的發(fā)展新動向[J].化學(xué)工程與裝備，2010（4）:99-100.[3]康林生,張梅,楊錦家.水性涂料研究進展[[ J].現(xiàn)代化工,2003,23(6):14-17.[4]劉德崢.目前我國精細化學(xué)工業(yè)的發(fā)展重點[J].平原大學(xué)學(xué)報,2004,21(3):1-7.[5]唐林生,馮柏成.從美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”看綠色精細化工的發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代化工,2007,27(6):5-9.[6]智春生.精細化工的發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)[J].科技與企業(yè),2013,科技專論：318.[7]王大全.我國精細化工的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].科技導(dǎo)報,2004,(?):41-46.[8]韋新生.21世紀精細化工的發(fā)展[J].化學(xué)推進劑與高分子材料,2005,3(2):10-14.

第三篇：有機合成小結(jié)

有機合成小結(jié)

第一部分 碳架的構(gòu)造 1.碳碳鍵的形成 碳碳單鍵：

1.2.3.4.5.金屬有機化合物與鹵代烷的偶聯(lián)反應(yīng);金屬有機化合物與羰基,氰基的加成反應(yīng);金屬有機化合物與環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng);各類縮合反應(yīng);

炔烴,芳環(huán),酮,酯,β-二羰基化合物烷基化和酰基化反應(yīng)（Friedel Crafts反應(yīng)）

6.7.8.9.酮的雙分子還原;環(huán)加成反應(yīng);烯烴的羰基化反應(yīng)

卡賓插入或類卡賓插入（如Simmons-Smith反應(yīng)）

碳碳雙鍵：

10.Wittig反應(yīng)；

11.羥醛縮合；醛的縮合；酮的縮合；

12.Clasin-Schmit

縮合（插烯反應(yīng)）

反應(yīng)； 13.Horner-Emmons14.Wurtz 反應(yīng)

2.碳鏈的切斷和縮短 1.2.芳環(huán)側(cè)鏈氧化（與苯環(huán)鏈接的碳上含有H）；

烯烴，炔烴，鄰二醇的氧化切斷生成醛、酮、酸（如臭氧氧化烯烴，高錳酸鉀氧化烯烴或炔烴等）

3.鹵仿反應(yīng)；

3.成環(huán)或開環(huán) 三元環(huán) ：

1.2.烯烴與卡賓的反應(yīng)

1，3-二鹵代物脫X的反應(yīng)；

五元環(huán)：

1.2.1，6-二元醛酮的分子內(nèi)縮合己二酸脫羧成環(huán)

六元環(huán)：

1.2.3.Diels-Alder反應(yīng)

苯環(huán)的還原

Michael加成+羥醛縮合（Robinson成環(huán)反應(yīng)）

更多碳原子數(shù)的環(huán)：

1.2.卡賓插入；

分子內(nèi)的羥醛縮合；

4.碳架的重排

1.2.Wagner-Meerwein重排；

頻那醇重排 3.4.5.6.7.8.9.異丙苯氧化重排

Baeyer-Villiger重排

Clasin重排

Fries重排

Cope重排

Favorsiki重排

Smiles重排

Richter重排

重排 10.Von 11.Tiffenau-Demyanov12.二苯二乙醇重排

5.雜環(huán)化合物的形成

1.2.烯烴用過氧酸氧化成環(huán)

烯烴用次鹵酸加成消去成環(huán)

第二部分 官能團的生成 烷烴、烯烴略 炔烴：

1.2.鄰二鹵代烴脫鹵化氫

鄰氨基苯甲酸重氮化

鹵代烴：

1.2.醇的鹵代

不飽和烴、三元環(huán)和鹵化氫的加成 3.4.5.6.7.8.9.不飽和烴，三元環(huán)與鹵素的加成烯烴與次鹵酸的加成環(huán)氧化合物與氫鹵酸的加成芳烴和烷烴的鹵代

烯丙基化合物和芐式芳烴的鹵代（NBS）

鹵素交換反應(yīng)（Finkelstein反應(yīng)）

醛酮的阿爾法鹵代

Lucas試劑反應(yīng) 10.與

醇：

1.2.3.4.5.6.7.8.9.烯烴的催化水合烯烴的硼氫化-氧化

烯烴的羥汞化還原

烯烴與次鹵酸的加成

烯烴被堿性高錳酸鉀、四氧化鋨氧化

環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng)

鹵代烴的水解

有機金屬試劑與醛酮的加成（如Grignard試劑）

醛酮的還原（如用Na與液氨還原）

反應(yīng)（醛酮的歧化反應(yīng)）10.Cannizarro

酚的制備

1.芳磺酸鹽堿溶法 2.3.4.芳基鹵代烴的水解

芳烴的空氣氧化

芳胺的胺基重氮化

醚的制備

1.2.3.4.5.6.7.醇分子間脫水

鹵代烴與醇鈉和酚鈉的反應(yīng)

烯烴的羥汞化-去汞反應(yīng)

Williamson合成法

醇與烯烴的加成醇與炔烴的加成烯烴的環(huán)氧化

醛酮的制備

1.2.3.4.醇的氧化

鄰二醇的高碘酸氧化（得到兩分子醛或酮）

烯烴的臭氧化

烯烴的羰基合成反應(yīng)（烯烴與一氧化碳和氫氣在高壓和催化劑作用下生成醛或者酮的反應(yīng)）

5.6.7.8.炔烴的水合

炔烴的硼氫化氧化反應(yīng)

芳香族的?；磻?yīng)

偕二鹵代烴的水解 9.羥醛縮合

10.安息香縮合11.頻那醇重排

12.Gattermann-Koch13.Reimer-Tiemann14.Vilsmer-Hacck15.Gattermann16.Hoesch

反應(yīng)

反應(yīng)

反應(yīng)

反應(yīng)

反應(yīng)

氧化 17.Oppenauer

第三部分 官能團的保護

1.2.3.羰基可以先與醇縮合成縮醇參與反應(yīng)體系后水解

羥基可以先形成醚，酯縮醛等有機物加以保護

酚羥基可以通過苯環(huán)上添加一些定位基防止被氧化

官能團活化

1.2.可以在逆合成分析加入酸酯基增加羰基阿爾法位的氫的活性

使用TsCl?；u基增加-OR基團的離去性

第四篇：有機合成工作報告

合成工作總結(jié) 2011年11月份，我來到xxxx任研究助理一職，主要參與了一下項目（由于所作產(chǎn)品均為原公司所屬專利，故簡化敘述反應(yīng)，見諒）：

一、詹氏釕催化劑中間體的合成：

1、ts肼+苯甲醛?苯腙

苯腙+醇鈉?重氮夜；

rc-102（rc為釕催化劑項目號）+重氮液?rc-103.此反應(yīng)為原產(chǎn)物與重氮液反應(yīng)生成一個雙鍵

2、烯配體的合成

r-oh?r-cl?r-pph3cl?r-= 這個反應(yīng)是制備磷葉立德并與多聚甲醛反應(yīng)生成一個雙鍵

3、rc-102+ppcy3?rc-202 這個反應(yīng)比較簡單，是一個基團置換的反應(yīng),該反應(yīng)所得產(chǎn)物稀釋后會發(fā)生溶脹現(xiàn)象，處理比較麻煩

4、rc-203+炔醇?rc-303 此反應(yīng)炔醇與釕催化劑中間體反應(yīng)生成一個帶兩個雙鍵的五元環(huán)

5、苯+異丙基酰氯??異丙基苯甲酰

酰化反應(yīng)，制備炔醇的一部分

二、hcv丙肝新藥中間體的合成

1、五元雜環(huán)+格氏試劑

這個反應(yīng)的反應(yīng)機理其實是格氏試劑與酰胺反應(yīng)，與n相連的鍵斷開，由于n是五元環(huán)上的雜原子，這個反應(yīng)為一個開環(huán)反應(yīng)。反應(yīng)在低溫下進行，這可能是格氏試劑不與所得產(chǎn)物的活性基團羰基、乙酯基不反應(yīng)的原因

2、上述產(chǎn)物的還原

這個產(chǎn)物含酯基，選用三乙酰氧基硼氫化鈉做還原劑，反應(yīng)為原料的羰基先與ts肼反應(yīng)生成蹤再還原去掉羰基。

3、上述產(chǎn)物的水解

產(chǎn)物上的酯基水解為酸 alcl3、甲苯 ??③④

4、r+多聚甲醛+芐胺?r/nhbn①?②??? 上面分別涉及到上芐胺、芐胺與苯甲酸甲酯縮合關(guān)環(huán)、脫甲基、苯上兩相鄰羥基與dcm反應(yīng)關(guān)環(huán)

………

………

……

醇的堿溶液hbrhclk2co3/nmp/dcm篇二：有機合成心得

有機合成心得（1）-引言

做有機合成，感覺最深刻的是關(guān)鍵要有一個靈活的頭腦和豐富的有機合成知識，靈活的頭腦是天生的，豐富的有機合成知識是靠大量的閱讀和高手交流得到的。二者缺一不可，只有有機合成知識而沒有靈活的頭腦把知識靈活的應(yīng)用，充其量只是有機合成匠人，成不了高手，也就沒有創(chuàng)造性。只有靈活的頭腦而沒有知識，只能做無米之炊。一個有機合成高手在頭腦中掌握的有機化學(xué)反應(yīng)最少應(yīng)為300個以上，并能靈活的加以運用，熟悉其中的原理（機理），爛熟于胸，就像國學(xué)大師爛熟四書五經(jīng)一樣，看到了一個分子結(jié)構(gòu)，稍加思索，其合成路線應(yīng)該馬上在腦中浮現(xiàn)出來。

有機合成心得（2）－基本功的訓(xùn)練 每個行業(yè)都有自己的基本功，有機合成的基本功就是對有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握與靈活運用。那么對有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握應(yīng)從那方面入手？你在大學(xué)里學(xué)到的有機合成知識，只是入門的東西，遠遠達不到高手的水平，學(xué)了四年化學(xué)，基本上不理解化學(xué)。遇到問題還是束手無策，不知從何處下手。這不是你的問題，而是大學(xué)教育體制的問題，在大學(xué)階段應(yīng)該打下堅實的基本功，然后才能專，而我們的大學(xué)在這方面還做的遠遠不夠。下面我推薦幾本有機合成方面的書籍希望能夠達到上述的目的。

有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握方面的書籍： 1.march’s advanced organic chemistry.2.carey, f.a.;sundberg, r.j.: advanced organic chemistry.3.michael b.smith: organic synthesis.5.黃憲：新編有機合成化學(xué) 6.李長軒：有機合成設(shè)計化學(xué)

前三本書是從機理方面來討論有機合成的，4、5兩本書是從官能團轉(zhuǎn)變的角度討論有機合成的，第6本書是討論有機合成路線設(shè)計的。以上幾本書應(yīng)該隨時放在自己的身邊，作為案頭書。認真精讀，達到記憶理解，把反應(yīng)分類記憶理解，這時你可能感覺很枯燥乏味，不要緊，經(jīng)過一段時間的合成研究再回過頭來閱讀，就會感覺耳目一新，有新的理解。掌握了這幾本書，可以說您已經(jīng)打下了一定的有機合成基本功，這時你應(yīng)該最少掌握300個反應(yīng)了，但并不意味者你已經(jīng)成為了有機合成高手，接下來你需要做的是將學(xué)到的有機合成知識能夠靈活運用，熟練的理解化學(xué)反應(yīng)在什么情況下應(yīng)用。

下面推薦的幾本雜志，主要是關(guān)于如何運用有機化學(xué)反應(yīng)的。1.organic synthesis(80vol.)2.organic process research & development.這是美國化學(xué)會出版的一本有機合成雜志，主要講述一些化工產(chǎn)品的工藝研究，書中的反應(yīng)均用在大規(guī)模的制備上，對產(chǎn)業(yè)化的研究很有幫助，這些反應(yīng)具有很強的實用性，對理解化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用很有幫助。

經(jīng)過以上知識的訓(xùn)練，你已經(jīng)具備成為有機合成高手的潛力了，接下來需要做的就是大量的實踐研究了，相信經(jīng)過自己的努力和多年的實踐，多次的失敗，吃的苦中苦，你就成為有機合成高手了。

有機合成心得（3）－合成路線的選擇 合成路線的設(shè)計與選擇是有機合成中很重要的一個方面，它反映了一個有機

合成人員的基本功和知識的豐富性與靈活的頭腦。一般情況下，合成路線的選擇與設(shè)計代表了一個人的合成水平和素質(zhì)。合理的合成路線能夠很快的得到目標化合物，而笨拙的合成路線雖然也能夠最終得到目標化合物，但是付出的代價卻是時間的浪費和合成成本的提高，因此合成路線的選擇與設(shè)計是一個很關(guān)鍵的問題。

合成路線的選擇與設(shè)計應(yīng)該以得到目標化合物的目的為原則，即如果得到的目標化合物是以工業(yè)生產(chǎn)為目的，則選擇的合成路線應(yīng)該以最低的合成成本為依據(jù)，一般情況下，簡短的合成路線應(yīng)該反應(yīng)總收率較高，因而合成成本最低，而長的合成路線總收率較低，合成成本較高，但是，在有些情況下，較長的合成路線由于每步反應(yīng)都有較高的收率，且所用的試劑較便宜，因而合成成本反而較低，而較短的合成路線由于每步反應(yīng)收率較低，所用試劑價格較高，合成成本反而較高。所以，如果以工業(yè)生產(chǎn)為目的，則合成路線的選擇與設(shè)計應(yīng)該以計算出的和實際結(jié)果得到的合成成本最低為原則。如果得到的目標化合物是以發(fā)表論文為目的，則合成路線的選擇與設(shè)計則有不同的原則。設(shè)計的路線應(yīng)盡量具有創(chuàng)造性，具有新的思想，所用的試劑應(yīng)該是新穎的，反應(yīng)條件是創(chuàng)新的，這時考慮的主要問題不是合成成本的問題而合成中的創(chuàng)造性問題。

如果合成的是系列化合物，則設(shè)計合成路線時，應(yīng)該共同的步驟越長越好，每個化合物只是在最后的合成步驟中不同，則這樣的合成路線是較合理的和高效率的，可以在很短的時間內(nèi)得到大量目標化合物。每個目標化合物的合成路線一般有多步反應(yīng)，為了避免雜質(zhì)放大的問題，最好的解決辦法是將合成路線一分為二，轉(zhuǎn)化為兩個中間體，最后將兩個中間體通過一步反應(yīng)組裝起來得到目標化合物。盡量避免連續(xù)反應(yīng)只在最后一步得到產(chǎn)物。

有機合成心得（4）－有機反應(yīng)的實質(zhì) 有機合成的任務(wù)是運用已知的或可能的化學(xué)反應(yīng)來形成c-c鍵或c-雜鍵，從而將兩個或多個分子或離子連接起來。有機化學(xué)反應(yīng)類型可分為三種：極性反應(yīng)，協(xié)同反應(yīng)，自由基反應(yīng)，其中協(xié)同反應(yīng)與自由基反應(yīng)又稱為非極性反應(yīng)。非極性反應(yīng)可以采用‘一鍋法’進行，而極性反應(yīng)則需分步進行。因為極性反應(yīng)的條件比較苛刻（無水、惰性氣體保護、強酸或強堿），而非極性反應(yīng)的條件比較溫和。極性反應(yīng)占80％，非極性反應(yīng)占20％。極性反應(yīng)的實質(zhì)就是分子中負電性的原子與正電性的原子的結(jié)合。所謂負電性與正電性都是指廣義而言的，原子的負電性可以是負電荷，也可以是孤電子對；原子的正電性可以是正電荷也可以是空軌道。負電性與正電性的密度越大，反應(yīng)活性越高，但是高密度的負電性原子通常與高密度的正電性原子結(jié)合，低密度的負電性原子與低密度的正電性原子結(jié)合。如果分子中同時存在兩種相反電荷的原子則產(chǎn)生環(huán)合反應(yīng)，如果分子中存在兩種相同電荷的原子，此時與另一分子中相反電荷的原子結(jié)合時就容易產(chǎn)生副反應(yīng)，通常密度較高電荷的原子先進行反應(yīng)。因此，在記憶化學(xué)反應(yīng)時，只需分清分子中那個原子是正電性的，那個原子是負電性的就可以了。不必去記憶什么人名反應(yīng)來浪費記憶力，也不必對親核、親電反應(yīng)的類型太在意。所以，學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)時，主要的任務(wù)就是了解各種正電性的基團和負電性的基團。這些正電性的基團和負電性的基團稱之為合成子。有機合成心得（5）－后處理的問題

在有機合成中，后處理的問題往往被大多數(shù)人所忽略，認為只要找對了合成方法，合成任務(wù)就可以事半功倍了，這話不錯，正確地合成方法固然重要，但是

有機合成的任務(wù)是拿到相當純的產(chǎn)品，任何反應(yīng)沒有100％產(chǎn)率的，總要伴隨或多或少的副反應(yīng)，產(chǎn)生或多或少的雜質(zhì)，反應(yīng)完成后，面臨的巨大問題就是從反應(yīng)混合體系中分離出純的產(chǎn)品。后處理的目的就是采用盡可能的辦法來完成這一任務(wù)。

為什么對后處理的問題容易忽視呢？我們平時所看到的各種文獻尤其是學(xué)術(shù)性的研究論文對這一問題往往重視不夠或者很輕視，他們重視的往往是新的合成方法，合成試劑等。專利中對這一問題也是輕描淡寫，因為這涉及到商業(yè)利潤問題。有機教科書中對這一問體更是沒有談?wù)摰健Ｖ挥袇⒓舆^工業(yè)有機合成項目的人才能認識到這一問題的重要性，有時反應(yīng)做的在好，后處理產(chǎn)生問題得不到純的產(chǎn)品，企業(yè)損失往往巨大。這時才認識到有機合成不光是合成方法的問題，還涉及到許多方面的問題，那一方面的問題考慮不周，都有可能前功盡棄。后處理問題從哪里可以學(xué)到？除了向有經(jīng)驗的科研人員多多請教外，自己也應(yīng)處處留心，雖說各種文獻中涉及較少，但是還有不少論文是涉及到的，這就要求自己多思考，多整理，舉一反三。另外，在科研工作中，應(yīng)注意吸取經(jīng)驗，多多磨練。完成后處理問題的基本知識還是有機化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，后處理就是這些性質(zhì)的具體應(yīng)用。當然，首先要把反應(yīng)做的很好，盡量減少副反應(yīng)的發(fā)生，這樣可以減輕后處理的壓力。因此，后處理還是考驗一個人的基本功問題，只有化學(xué)學(xué)好了才有可能出色的完成后處理任務(wù)。后處理根據(jù)反應(yīng)的目的有不同的解決辦法，如果在實驗室中，只是為了發(fā)表論文，得到純化合物的目的就是為了作各種光譜，那么問題就簡單了，得到純化合物的方法不外就是走柱子，tlc，制備色譜等方法，不用考慮太多的問題，而且得到的化合物還比較純；如果是為了工業(yè)生產(chǎn)的目的，則問題就復(fù)雜了，盡量用簡便、成本低的方法，實驗室中的那一套就不行了，如果您還是采用實驗室中的方法則企業(yè)就虧損了。

后處理過程的優(yōu)劣檢驗標準是：（1）產(chǎn)品是否最大限度的回收了，并保證質(zhì)量；（2）原料、中間體、溶劑及有價值的副產(chǎn)物是否最大限度的得到了回收利用；

（3）后處理步驟，無論是工藝還是設(shè)備，是否足夠簡化；（4）三廢量是否達到最小。后處理的幾個常用而實用的方法：（1）有機酸堿性化合物的分離提純

具有酸堿性基團的有機化合物，可以得失質(zhì)子形成離子化合物，而離子化合物與原來的母體化合物具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)。堿性化合物用有機酸或無機酸處理得到胺鹽，酸性化合物用有機堿或無機堿處理得到鈉鹽或有機鹽。根據(jù)有機化合物酸堿性的強弱，有機、無計酸堿一般為甲酸、乙酸、鹽酸、硫酸、磷酸。

堿為三乙胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等。在一般情況下，離子化合物在水中具有相當大的溶解性，而在有機溶劑中溶解度很小，同時活性碳只能夠吸附非離子型的雜質(zhì)和色素。利用以上的這些性質(zhì)可對酸堿性有機化合物進行提純。以上性質(zhì)對所有酸堿性化合物并不通用，一般情況下，分子中酸堿性基團分子量所占整個分子的分子量比例越大，則離子化合物的水溶性就越大，分子中含有的水溶性基團例如羥基越多，則水溶性越大，因此，以上性質(zhì)適用于小分子的酸堿化合物。對于大分子的化合物，則水溶性就明顯降低。酸堿性基團包括氨基。酸性基團包括：酰氨基、羧基、酚羥基、磺酰氨基、硫酚基、1，3－二羰基化合物等等。值得注意的是，氨基化合物一般為堿性基團，但是在連有強吸電子基團時就變?yōu)樗嵝曰衔铮珲０被突酋０被衔?，這類化合物在氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿作用下就容易失去質(zhì)子而形成鈉鹽。

中合吸附法：

將酸堿性化合物轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子化合物，使其溶于水，用活性碳吸附雜質(zhì)后過濾，則除去了不含酸堿性基團的雜質(zhì)和機械雜質(zhì)，再加酸堿中合回母體分子狀態(tài)，這是回收和提純酸堿性產(chǎn)品的方法。由于活性碳不吸附離子，故有活性碳吸附造成的產(chǎn)品損失忽劣不計。化學(xué)學(xué)習(xí)考研復(fù)試調(diào)劑，提供免費真題筆記課件教材等，為化學(xué)工作者提供學(xué)中和萃取法：是工業(yè)過程和實驗室中常見的方法，它利用酸堿性有機化合物生成離子時溶于水而母體分子狀態(tài)溶于有機溶劑的特點，通過加入酸堿使母體化合物生成離子溶于水實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)移而用非水溶性的有機溶劑萃取非酸堿性雜質(zhì)，使其溶于有機溶劑從而實現(xiàn)雜質(zhì)與產(chǎn)物分離的方法。成鹽法：

對于非水溶性的大分子有機離子化合物，可使有機酸堿性化合物在有機溶劑中成鹽析出結(jié)晶來，而非成鹽的雜質(zhì)依然留在有機溶劑中，從而實現(xiàn)有機酸堿性化合物與非酸堿性雜質(zhì)分離，酸堿性有機雜質(zhì)的分離可通過將析出的結(jié)晶再重結(jié)晶，從而將酸堿性有機雜質(zhì)分離。對于大分子的有機酸堿化合物的鹽此時還可以采用水洗滌除去小分子的酸堿化合物已經(jīng)成鹽且具有水溶性的雜質(zhì)。對于水溶性的有機離子化合物，可在水中成鹽后，將水用共沸蒸餾或直接蒸餾除去，殘余物用有機溶劑充分洗滌幾次，從而將雜質(zhì)與產(chǎn)品分離。

以上三種方法并不是孤立的，可根據(jù)化合物的性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量標準的要求，采用相結(jié)合的方法，盡量得到相當純度的產(chǎn)品。

（2）幾種特殊的有機萃取溶劑

正丁醇：大多數(shù)的小分子醇是水溶性的，例如甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇等。大多數(shù)的高分子量醇是非水溶性的，而是親脂性的能夠溶于有機溶劑。但是

中間的醇類溶劑例如正丁醇是一個很好的有機萃取溶劑。正丁醇本身不溶于水，同時又具有小分子醇和大分子醇的共同特點。它能夠溶解一些能夠用小分子醇溶解的極性化合物，而同時又不溶于水。利用這個性質(zhì)可以采用正丁醇從水溶液中萃取極性的反應(yīng)產(chǎn)物。丁酮：性質(zhì)介于小分子酮和大分子酮之間。不像丙酮能夠溶于水，丁酮不溶于水，可用來從水中萃取產(chǎn)物。

乙酸丁酯：性質(zhì)介于小分子和大分子酯之間，在水中的溶解度極小，不像乙酸乙酯在水中有一定的溶解度，可從水中萃取有機化合物，尤其是氨基酸的化合物，因此在抗生素工業(yè)中常用來萃取頭孢、青霉素等大分子含氨基酸的化合物。丁基叔丁基醚：性質(zhì)介于小分子和大分子醚之間，兩者的極性相對較小，類似于正己烷和石油醚，二者在水中的溶解度較小?？捎糜跇O性非常小的分子的結(jié)晶溶劑和萃取溶劑。也可用于極性較大的化合物的結(jié)晶和萃取溶劑。

（3）做完反應(yīng)后，應(yīng)該首先采用萃取的方法，首先除去一部分雜質(zhì)，這是利用雜質(zhì)與產(chǎn)物在不同溶劑中的溶解度不同的性質(zhì)

（4）稀酸的水溶液洗去一部分堿性雜質(zhì)。例如，反應(yīng)物為堿性，而產(chǎn)物為中性，可用稀酸洗去堿性反應(yīng)物。例如胺基化合物的?；磻?yīng)。

（5）稀堿的水溶液洗去一部分酸性雜質(zhì)。反應(yīng)物為酸性，而產(chǎn)物為中性，可用稀堿洗去酸性反應(yīng)物。例如羧基化合物的酯化反應(yīng)?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)考研復(fù)試調(diào)劑，提供免費真題筆記課件教材等，為化學(xué)工作者提供學(xué)習(xí)和科研、工作等的網(wǎng)絡(luò)交流平臺

（6）用水洗去一部分水溶性雜質(zhì)。例如，低級醇的酯化反應(yīng)，可用水洗去水溶性的反應(yīng)物醇。

（7）如果產(chǎn)物要從水中結(jié)晶出來，且在水溶液中的溶解度又較大，可嘗試加入氯化鈉、氯化銨等無機鹽，降低產(chǎn)物在水溶液中的溶解度－鹽析的方法。

（8）有時可用兩種不互溶的有機溶劑作為萃取劑，例如反應(yīng)在氯仿中進行，可用石油醚或正己烷作為萃取劑來除去一部分極性小的雜質(zhì)，反過來可用氯仿萃取來除去極性大的雜質(zhì)。（9）兩種互溶的溶劑有時加入另外一種物質(zhì)可變的互不相容，例如，在水作溶劑的情況下，反應(yīng)完畢后，可往體系中加入無機鹽氯化鈉，氯化鉀使水飽和，此時加入丙酮，乙醇，乙腈等溶劑可將產(chǎn)物從水中提取出來。

（10）結(jié)晶與重結(jié)晶的方法 基本原理是利用相似相容原理。即極性強的化合物用極性溶劑重結(jié)晶，極性弱的化合物用非極性溶劑重結(jié)晶。對于較難結(jié)晶的化合物，例如油狀物、膠狀物等有時采用混合溶劑的方法，但是混合溶劑的搭配很篇三：有機合成心得

搞了十余年藥物研發(fā)，感覺最深刻的是關(guān)鍵要有一個靈活的頭腦和豐富的有機合成知識，靈活的頭腦是天生的，豐富的有機合成知識是靠大量的閱讀和高手交流得到的。二者缺一不可，只有有機合成知識而沒有靈活的頭腦把知識靈活的應(yīng)用，充其量只是有機合成匠人，成不了高手，也就沒有創(chuàng)造性。只有靈活的頭腦而沒有知識，只能做無米之炊。一個有機合成高手在頭腦中掌握的有機化學(xué)反應(yīng)最少應(yīng)為300個以上，并能靈活的加以運用，熟悉其中的原理（機理），爛熟于胸，就像國學(xué)大師爛熟四書五經(jīng)一樣，看到了一個分子結(jié)構(gòu)，稍加思索，其合成路線應(yīng)該馬上在腦中浮現(xiàn)出來。

有機合成心得（2）－基本功的訓(xùn)練

每個行業(yè)都有自己的基本功，有機合成的基本功就是對有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握與靈活運用。那么對有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握應(yīng)從那方面入手？你在大學(xué)里學(xué)到的有機合成知識，只是入門的東西，遠遠達不到高手的水平，學(xué)了四年化學(xué)，基本上不理解化學(xué)。遇到問題還是束手無策，不知從何處下手。這不是你的問題，而是大學(xué)教育體制的問題，在大學(xué)階段應(yīng)該打下堅實的基本功，然后才能專，而我們的大學(xué)在這方面還做的遠遠不夠。下面我推薦幾本有機合成方面的書籍希望能夠達到上述的目的：

有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握方面的書籍： 1.march’s advanced organic chemistry.2.carey, f.a.;sundberg, r.j.: advanced organic chemistry.3.michael b.smith: organic synthesis.5.黃憲：新編有機合成化學(xué) 6.李長軒：有機合成設(shè)計 前三本書是從機理方面來討論有機合成的，4、5兩本書是從官能團轉(zhuǎn)變的角度討論有機合成的，第6本書是討論有機合成路線設(shè)計的。以上幾本書應(yīng)該隨時放在自己的身邊，作為案頭書。認真精讀，達到記憶理解，把反應(yīng)分類記憶理解，這時你可能感覺很枯燥乏味，不要緊，經(jīng)過一段時間的合成研究再回過頭來閱讀，就會感覺耳目一新，有新的理解。掌握了這幾本書，可以說您已經(jīng)打下了一定的有機合成基本功，這時你應(yīng)該最少掌握300個反應(yīng)了，但并不意味者你已經(jīng)成為了有機合成高手，接下來你需要做的是將學(xué)到的有機合成知識能夠靈活運用，熟練的理解化學(xué)反應(yīng)在什么情況下應(yīng)用。

下面推薦的幾本雜志，主要是關(guān)于如何運用有機化學(xué)反應(yīng)的。1.organic synthesis(80vol.)2.organic process research & development.這是美國化學(xué)會出版的一本有機合成雜志，主要講述一些化工產(chǎn)品的工藝研究，書中的反應(yīng)均用在大規(guī)模的制備上，對產(chǎn)業(yè)化的研究很有幫助，這些反應(yīng)具有很強的實用性，對理解化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用很有幫助。

經(jīng)過以上知識的訓(xùn)練，你已經(jīng)具備成為有機合成高手的潛力了，接下來需要做的就是大量的實踐研究了，相信經(jīng)過自己的努力和多年的實踐，多次的失敗，吃的苦中苦，你就成為有機合成高手了。

有機合成心得（3）－合成路線的選擇

合成路線的設(shè)計與選擇是有機合成中很重要的一個方面，它反映了一個有機合成人員的基本功和知識的豐富性與靈活的頭腦。一般情況下，合成路線的選擇與設(shè)計代表了一個人的合成水平和素質(zhì)。合理的合成路線能夠很快的得到目標化合物，而笨拙的合成路線雖然也能夠最終得到目標化合物，但是付出的代價卻是時間的浪費和合成成本的提高，因此合成路線的選擇與設(shè)計是一個很關(guān)鍵的問題。

合成路線的選擇與設(shè)計應(yīng)該以得到目標化合物的目的為原則，即如果得到的目標化合物是以工業(yè)生產(chǎn)為目的，則選擇的合成路線應(yīng)該以最低的合成成本為依據(jù)，一般情況下，簡短的合成路線應(yīng)該反應(yīng)總收率較高，因而合成成本最低，而長的合成路線總收率較低，合成成本較高，但是，在有些情況下，較長的合成路線由于每步反應(yīng)都有較高的收率，且所用的試劑較便宜，因而合成成本反而較低，而較短的合成路線由于每步反應(yīng)收率較低，所用試劑價格較高，合成成本反而較高。所以，如果以工業(yè)生產(chǎn)為目的，則合成路線的選擇與設(shè)計應(yīng)該以計算出的和實際結(jié)果得到的合成成本最低為原則。

如果得到的目標化合物是以發(fā)表論文為目的，則合成路線的選擇與設(shè)計則有不同的原則。設(shè)計的路線應(yīng)盡量具有創(chuàng)造性，具有新的思想，所用的試劑應(yīng)該是新穎的，反應(yīng)條件是創(chuàng)新的，這時考慮的主要問題不是合成成本的問題而合成中的創(chuàng)造性問題。

如果合成的是系列化合物，則設(shè)計合成路線時，應(yīng)該共同的步驟越長越好，每個化合物只是在最后的合成步驟中不同，則這樣的合成路線是較合理的和高效率的，可以在很短的時間內(nèi)得到大量目標化合物。

每個目標化合物的合成路線一般有多步反應(yīng)，為了避免雜質(zhì)放大的問題，最好的解決辦法是將合成路線一分為二，轉(zhuǎn)化為兩個中間體，最后將兩個中間體通過一步反應(yīng)組裝起來得到目標化合物。盡量避免連續(xù)反應(yīng)只在最后一步得到產(chǎn)物。有機合成心得（4）－有機反應(yīng)的實質(zhì)

有機合成的任務(wù)是運用已知的或可能的化學(xué)反應(yīng)來形成c-c鍵或c-雜鍵，從而將兩個或多個分子或離子連接起來。

有機化學(xué)反應(yīng)類型可分為三種：極性反應(yīng)，協(xié)同反應(yīng)，自由基反應(yīng)，其中協(xié)同反應(yīng)與自由基反應(yīng)又稱為非極性反應(yīng)。非極性反應(yīng)可以采用‘一鍋法’進行，而極性反應(yīng)則需分步進行。因為極性反應(yīng)的條件比較苛刻（無水、惰性氣體保護、強酸或強堿），而非極性反應(yīng)的條件比較溫和。極性反應(yīng)占80％，非極性反應(yīng)占20％。極性反應(yīng)的實質(zhì)就是分子中負電性的原子與正電性的原子的結(jié)合。所謂負電性與正電性都是指廣義而言的，原子的負電性可以是負電荷，也可以是孤電子對；原子的正電性可以是正電荷也可以是空軌道。負電性與正電性的密度越大，反應(yīng)活性越高，但是高密度的負電性原子通常與高密度的正電性原子結(jié)合，低密度的負電性原子與低密度的正電性原子結(jié)合。如果分子中同時存在兩種相反電荷的原子則產(chǎn)生環(huán)合反應(yīng)，如果分子中存在兩種相同電荷的原子，此時與另一分子中相反電荷的原子結(jié)合時就容易產(chǎn)生副反應(yīng)，通常密度較高電荷的原子先進行反應(yīng)。因此，在記憶化學(xué)反應(yīng)時，只需分清分子中那個原子是正電性的，那個原子是負電性的就可以了。不必去記憶什么人名反應(yīng)來浪費記憶力，也不必對親核、親電反應(yīng)的類型太在意。所以，學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)時，主要的任務(wù)就是了解各種正電性的基團和負電性的基團。這些正電性的基團和負電性的基團稱之為合成子。下面舉例簡單說明：

有機合成心得（5）－后處理的問題

在有機合成中，后處理的問題往往被大多數(shù)人所忽略，認為只要找對了合成方法，合成任務(wù)就可以事半功倍了，這話不錯，正確地合成方法固然重要，但是有機合成的任務(wù)是拿到相當純的產(chǎn)品，任何反應(yīng)沒有100％產(chǎn)率的，總要伴隨或多或少的副反應(yīng)，產(chǎn)生或多或少的雜質(zhì)，反應(yīng)完成后，面臨的巨大問題就是從反應(yīng)混合體系中分離出純的產(chǎn)品。后處理的目的就是采用盡可能的辦法來完成這一任務(wù)。為什么對后處理的問題容易忽視呢？我們平時所看到的各種文獻尤其是學(xué)術(shù)性的研究論文 對這一問題往往重視不夠或者很輕視，他們重視的往往是新的合成方法，合成試劑等。專利中對這一問題也是輕描淡寫，因為這涉及到商業(yè)利潤問題。有機教科書中對這一問體更是沒有談?wù)摰?。只有參加過工業(yè)有機合成項目的人才能認識到這一問題的重要性，有時反應(yīng)做的在好，后處理產(chǎn)生問題得不到純的產(chǎn)品，企業(yè)損失往往巨大。這時才認識到有機合成不光是合成方法的問題，還涉及到許多方面的問題，那一方面的問題考慮不周，都有可能前功盡棄。后處理問題從哪里可以學(xué)到？除了向有經(jīng)驗的科研人員多多請教外，自己也應(yīng)處處留心，雖說各種文獻中涉及較少，但是還有不少論文是涉及到的，這就要求自己多思考，多整理，舉一反三。另外，在科研工作中，應(yīng)注意吸取經(jīng)驗，多多磨練。完成后處理問題的基本知識還是有機化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，后處理就是這些性質(zhì)的具體應(yīng)用。當然，首先要把反應(yīng)做的很好，盡量減少副反應(yīng)的發(fā)生，這樣可以減輕后處理的壓力。因此，后處理還是考驗一個人的基本功問題，只有化學(xué)學(xué)好了才有可能出色的完成后處理任務(wù)。

后處理根據(jù)反應(yīng)的目的有不同的解決辦法，如果在實驗室中，只是為了發(fā)表論文，得到純化合物的目的就是為了作各種光譜，那么問題就簡單了，得到純化合物的方法不外就是走柱子，tlc，制備色譜等方法，不用考慮太多的問題，而且得到的化合物還比較純；如果是為了工業(yè)生產(chǎn)的目的，則問題就復(fù)雜了，盡量用簡便、成本低的方法，實驗室中的那一套就不行了，如果您還是采用實驗室中的方法則企業(yè)就虧損了。下面只簡單的介紹一些工業(yè)中的方法。

后處理過程的優(yōu)劣檢驗標準是：（1）產(chǎn)品是否最大限度的回收了，并保證質(zhì)量；（2）原料、中間體、溶劑及有價值的副產(chǎn)物是否最大限度的得到了回收利用；（3）后處理步驟，無論是工藝還是設(shè)備，是否足夠簡化；（4）三廢量是否達到最小。后處理的幾個常用而實用的方法：

（1）有機酸堿性化合物的分離提純 具有酸堿性基團的有機化合物，可以得失質(zhì)子形成離子化合物，而離子化合物與原來的母體化合物具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)。堿性化合物用有機酸或無機酸處理得到胺鹽，酸性化合物用有機堿或無機堿處理得到鈉鹽或有機鹽。根據(jù)有機化合物酸堿性的強弱，有機、無計酸堿一般為甲酸、乙酸、鹽酸、硫酸、磷酸。堿為三乙胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等。在一般情況下，離子化合物在水中具有相當大的溶解性，而在有機溶劑中溶解度很小，同時活性碳只能夠吸附非離子型的雜質(zhì)和色素。利用以上的這些性質(zhì)可對酸堿性有機化合物進行提純。以上性質(zhì)對所有酸堿性化合物并不通用，一般情況下，分子中酸堿性基團分子量所占整個分子的分子量比例越大，則離子化合物的水溶性就越大，分子中含有的水溶性基團例如羥基越多，則水溶性越大，因此，以上性質(zhì)適用于小分子的酸堿化合物。對于大分子的化合物，則水溶性就明顯降低。

酸堿性基團包括氨基。酸性基團包括：酰氨基、羧基、酚羥基、磺酰氨基、硫酚基、1，3－二羰基化合物等等。值得注意的是，氨基化合物一般為堿性基團，但是在連有強吸電子基團時就變?yōu)樗嵝曰衔?，例如酰氨基和磺酰氨基化合物，這類化合物在氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿作用下就容易失去質(zhì)子而形成鈉鹽。

中合吸附法：

將酸堿性化合物轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子化合物，使其溶于水，用活性碳吸附雜質(zhì)后過濾，則除去了不含酸堿性基團的雜質(zhì)和機械雜質(zhì)，再加酸堿中合回母體分子狀態(tài)，這是回收和提純酸堿性產(chǎn)品的方法。由于活性碳不吸附離子，故有活性碳吸附造成的產(chǎn)品損失忽劣不計。中和萃取法：

是工業(yè)過程和實驗室中常見的方法，它利用酸堿性有機化合物生成離子時溶于水而母體分 子狀態(tài)溶于有機溶劑的特點，通過加入酸堿使母體化合物生成離子溶于水實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)移而用非水溶性的有機溶劑萃取非酸堿性雜質(zhì)，使其溶于有機溶劑從而實現(xiàn)雜質(zhì)與產(chǎn)物分離的方法。

成鹽法：

對于非水溶性的大分子有機離子化合物，可使有機酸堿性化合物在有機溶劑中成鹽析出結(jié)晶來，而非成鹽的雜質(zhì)依然留在有機溶劑中，從而實現(xiàn)有機酸堿性化合物與非酸堿性雜質(zhì)分離，酸堿性有機雜質(zhì)的分離可通過將析出的結(jié)晶再重結(jié)晶，從而將酸堿性有機雜質(zhì)分離。對于大分子的有機酸堿化合物的鹽此時還可以采用水洗滌除去小分子的酸堿化合物已經(jīng)成鹽且具有水溶性的雜質(zhì)。對于水溶性的有機離子化合物，可在水中成鹽后，將水用共沸蒸餾或直接蒸餾除去，殘余物用有機溶劑充分洗滌幾次，從而將雜質(zhì)與產(chǎn)品分離。

以上三種方法并不是孤立的，可根據(jù)化合物的性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量標準的要求，采用相結(jié)合的方法，盡量得到相當純度的產(chǎn)品。（2）幾種特殊的有機萃取溶劑

正丁醇：大多數(shù)的小分子醇是水溶性的，例如甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇等。大多數(shù)的高分子量醇是非水溶性的，而是親脂性的能夠溶于有機溶劑。但是中間的醇類溶劑例如正丁醇是一個很好的有機萃取溶劑。正丁醇本身不溶于水，同時又具有小分子醇和大分子醇的共同特點。它能夠溶解一些能夠用小分子醇溶解的極性化合物，而同時又不溶于水。利用這個性質(zhì)可以采用正丁醇從水溶液中萃取極性的反應(yīng)產(chǎn)物。

丁酮：性質(zhì)介于小分子酮和大分子酮之間。不像丙酮能夠溶于水，丁酮不溶于水，可用來從水中萃取產(chǎn)物。

乙酸丁酯：性質(zhì)介于小分子和大分子酯之間，在水中的溶解度極小，不像乙酸乙酯在水中有一定的溶解度，可從水中萃取有機化合物，尤其是氨基酸的化合物，因此在抗生素工業(yè)中常用來萃取頭孢、青霉素等大分子含氨基酸的化合物。

異丙醚與特丁基叔丁基醚：性質(zhì)介于小分子和大分子醚之間，兩者的極性相對較小，類似于正己烷和石油醚，二者在水中的溶解度較小?？捎糜跇O性非常小的分子的結(jié)晶溶劑和萃取溶劑。也可用于極性較大的化合物的結(jié)晶和萃取溶劑。

（3）做完反應(yīng)后，應(yīng)該首先采用萃取的方法，首先除去一部分雜質(zhì)，這是利用雜質(zhì)與產(chǎn)物在不同溶劑中的溶解度不同的性質(zhì)。

（4）稀酸的水溶液洗去一部分堿性雜質(zhì)。例如，反應(yīng)物為堿性，而產(chǎn)物為中性，可用稀酸洗去堿性反應(yīng)物。例如胺基化合物的?；磻?yīng)。（5）稀堿的水溶液洗去一部分酸性雜質(zhì)。反應(yīng)物為酸性，而產(chǎn)物為中性，可用稀堿洗去酸性反應(yīng)物。例如羧基化合物的酯化反應(yīng)。

（6）用水洗去一部分水溶性雜質(zhì)。例如，低級醇的酯化反應(yīng)，可用水洗去水溶性的反應(yīng)物醇。

（7）如果產(chǎn)物要從水中結(jié)晶出來，且在水溶液中的溶解度又較大，可嘗試加入氯化鈉、氯化銨等無機鹽，降低產(chǎn)物在水溶液中的溶解度－鹽析的方法。（8）有時可用兩種不互溶的有機溶劑作為萃取劑，例如反應(yīng)在氯仿中進行，可用石油醚或正己烷作為萃取劑來除去一部分極性小的雜質(zhì)，反過來可用氯仿萃取來除去極性大的雜質(zhì)。

（9）兩種互溶的溶劑有時加入另外一種物質(zhì)可變的互不相容，例如，在水作溶劑的情況下，反應(yīng)完畢后，可往體系中加入無機鹽氯化鈉，氯化鉀使水飽和，此時加入丙酮，乙醇，乙腈等溶劑可將產(chǎn)物從水中提取出來。

（10）結(jié)晶與重結(jié)晶的方法

基本原理是利用相似相容原理。即極性強的化合物用極性溶劑重結(jié)晶，極性弱的化合物用

非極性溶劑重結(jié)晶。對于較難結(jié)晶的化合物，例如油狀物、膠狀物等有時采用混合溶劑的方法，但是混合溶劑的搭配很有學(xué)問，有時只能根據(jù)經(jīng)驗。一般采用極性溶劑與非極性溶劑搭配，搭配的原則一般根據(jù)產(chǎn)物與雜質(zhì)的極性大小來選擇極性溶劑與非極性溶劑的比例。若產(chǎn)物極性較大，雜質(zhì)極性較小則溶劑中極性溶劑的比例大于非極性溶劑的比例；若產(chǎn)物極性較小，雜質(zhì)極性較大，則溶劑中非極性溶劑的比例大于極性溶劑的比例。較常用的搭配有：醇－石油醚，丙酮－石油醚，醇－正己烷，丙酮－正己烷等。但是如果產(chǎn)物很不純或者雜質(zhì)與產(chǎn)物的性質(zhì)及其相近，得到純化合物的代價就是多次的重結(jié)晶，有時經(jīng)多次也提不純。這時一般較難除去的雜質(zhì)肯定與產(chǎn)物的性質(zhì)與極性及其相近。除去雜質(zhì)只能從反應(yīng)上去考慮了。

（11）水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾與精餾的方法

這是提純低熔點化合物的常用方法。一般情況下，減壓蒸餾的回收率相應(yīng)較低，這是因為隨著產(chǎn)品的不斷蒸出，產(chǎn)品的濃度逐漸降低，要保證產(chǎn)品的飽和蒸汽壓等于外壓，必須不斷提高溫度，以增加產(chǎn)品的飽和蒸汽壓，顯然，溫度不可能無限提高，即產(chǎn)品的飽和蒸汽壓不可能為零，也即產(chǎn)品不可能蒸凈，必有一定量的產(chǎn)品留在蒸餾設(shè)備內(nèi)被設(shè)備內(nèi)的難揮發(fā)組分溶解，大量的斧殘既是證明。

水蒸氣蒸餾對可揮發(fā)的低熔點有機化合物來說，有接近定量的回收率。這是因為在水蒸氣蒸餾時，斧內(nèi)所有組分加上水的飽和蒸汽壓之和等于外壓，由于大量水的存在，其在100℃時飽和蒸汽壓已經(jīng)達到外壓，故在100℃以下時，產(chǎn)品可隨水蒸氣全部蒸出，回收率接近完全。對于有焦油的物系來說，水蒸氣蒸餾尤其適用。因為焦油對產(chǎn)品回收有兩個負面影響：一是受平衡關(guān)系影響，焦油能夠溶解一部分產(chǎn)品使其不能蒸出來；二是由于焦油的高沸點使蒸餾時斧溫過高從而使產(chǎn)品繼續(xù)分解。，水蒸氣蒸餾能夠接近定量的從焦油中回收產(chǎn)品，又在蒸餾過程中避免了產(chǎn)品過熱聚合，收率較減壓蒸餾提高3－4％左右。雖然水蒸氣蒸餾能提高易揮發(fā)組分的回收率，但是，水蒸氣蒸餾難于解決產(chǎn)物提純問題，因為揮發(fā)性的雜質(zhì)隨同產(chǎn)品一同被蒸出來，此時配以精餾的方法，則不但保障了產(chǎn)品的回收率，也保證了產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)該注意，水蒸氣蒸餾只是共沸蒸餾的一個特例，當采用其它溶劑時也可。

共沸蒸餾不僅適用于產(chǎn)品分離過程，也適用于反應(yīng)物系的脫水、溶劑的脫水、產(chǎn)品的脫水等。它比分子篩、無機鹽脫水工藝具有設(shè)備簡單、操作容易、不消耗其它原材料等優(yōu)點。例如：在生產(chǎn)氨噻肟酸時，由于分子中存在幾個極性的基團氨基、羧基等，它們能夠和水、醇等分子形成氫鍵，使氨噻肟酸中存在大量的游離及氫鍵的水，如采用一般的真空干燥等干燥方法，不僅費時，也容易造成產(chǎn)物的分解，這時可采用共沸蒸餾的方法將水分子除去，具體的操作為將氨噻肟酸與甲醇在回流下攪拌幾小時，可將水分子除去，而得到無水氨噻肟酸。又比如，當分子中存在游離的或氫鍵的甲醇時，可用另外一種溶劑，例如正己烷、石油醚等等，進行回流，可除去甲醇?？梢姽卜姓麴s在有機合成的分離過程中占有重要的地位。

（12）超分子的方法，利用分子的識別性來提純產(chǎn)物。（13）脫色的方法 一般采用活性炭、硅膠、氧化鋁等?；钚蕴课椒菢O性的化合物與小分子的化合物，硅膠與氧化鋁吸附極性強的與大分子的化合物，例如焦油等。對于極性雜質(zhì)與非極性雜質(zhì)同時存在的物系，應(yīng)將兩者同時結(jié)合起來。比較難脫色的物系，一般用硅膠和氧化鋁就能脫去。對于酸堿性化合物的脫色，有時比較難，當將酸性化合物用堿中和形成離子化合物而溶于水中進行脫色時，除了在弱堿性條件下脫色一次除去堿性雜質(zhì)外，還應(yīng)將物系逐漸中和至弱酸性，再脫色一次除去酸性雜質(zhì)，這樣就將色素能夠完全脫去。同樣當將堿性化合物用酸中和至弱堿性溶于水進行脫色時，除了在弱酸性條件下脫色一次除去酸性雜質(zhì)外，還應(yīng)將物系逐漸中和至弱堿性，再脫色一次除去堿性雜質(zhì)。篇四：有機合成心得 有機合成心得——工藝優(yōu)化方法學(xué)

有機合成心得——工藝優(yōu)化方法學(xué) 1．合成工藝的優(yōu)化主要就是反應(yīng)選擇性研究

有機合成工藝優(yōu)化是物理化學(xué)與有機化學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是用化學(xué)動力學(xué)的方法解決有機合成的實際問題，是將化學(xué)動力學(xué)的基本概念轉(zhuǎn)化為有機合成的實用技術(shù)。

首先分清三個基本概念轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率。轉(zhuǎn)化率是消耗的原料的摩爾數(shù)除于原料的初始摩爾數(shù)。選擇性為生成目標產(chǎn)物所消耗的原料摩爾數(shù)除于消耗的原料的摩爾數(shù)。收率為反應(yīng)生成目標產(chǎn)物所消耗的原料的摩爾數(shù)除于原料的初始摩爾數(shù)?？梢姡章蕿檗D(zhuǎn)化率與選擇性的乘積。可以這樣理解這三個概念，反應(yīng)中消耗的原料一部分生成了目標產(chǎn)物，一部分生成了雜質(zhì)，為有效好的原料依然存在于反應(yīng)體系中。生成目標產(chǎn)物的那部分原料與消耗的原料之比為選擇性，與初始原料之比為收率，消耗的原料與初始原料之比為轉(zhuǎn)化率。

反應(yīng)的目標是提高收率，但是影響收率的因素較多，使問題復(fù)雜化?；瘜W(xué)動力學(xué)的研究目標是提高選擇性，即盡量使消耗的原料轉(zhuǎn)化為主產(chǎn)物。只有溫度和濃度是影響選擇性的主要因素。在一定轉(zhuǎn)化率下，主副產(chǎn)物之和是一個常數(shù)，副產(chǎn)物減少必然帶來主產(chǎn)物增加。提高轉(zhuǎn)化率可以采取延長反應(yīng)時間，升高溫度，增加反應(yīng)物的濃度，從反應(yīng)體系中移出產(chǎn)物等措施。而選擇性雖只是溫度和濃度的函數(shù)，看似簡單，卻遠比轉(zhuǎn)化率關(guān)系復(fù)雜。因此將研究復(fù)雜的收率問題轉(zhuǎn)化為研究選擇性和轉(zhuǎn)化率的問題，可簡化研究過程。2．選擇性研究的主要影響因素 提高主反應(yīng)的選擇性就是抑制副反應(yīng)，副反應(yīng)不外平行副反應(yīng)和連串副反應(yīng)兩種類型。平行副反應(yīng)是指副反應(yīng)與主反應(yīng)同時進行，一般消耗一種或幾種相同的原料，而連串副反應(yīng)是指主產(chǎn)物繼續(xù)與某一組分進行反應(yīng)。主副反應(yīng)的競爭是主副反應(yīng)速度的競爭，反應(yīng)速度取決于反應(yīng)的活化能和各反應(yīng)組分的反應(yīng)級數(shù)，兩個因素與溫度和各組分的濃度有關(guān)。因此選擇性取決于溫度效應(yīng)和濃度效應(yīng)?？墒?，活化能與反應(yīng)級數(shù)的絕對值很難確定。但是我們沒有必要知道它們的絕對值，只需知道主副反應(yīng)之間活化能的相對大小與主副反應(yīng)對某一組分的反應(yīng)級數(shù)的相對大小就行了。我們知道，升高溫度有利于活化能高的反應(yīng)，降低溫度有利于活化能低的反應(yīng)，因此選擇反應(yīng)溫度條件的理論依據(jù)是主副反應(yīng)活化能的相對大小，而不是絕對大小。

（1）溫度范圍的選擇：在兩個反應(yīng)溫度下做同一合成實驗時，可以根據(jù)監(jiān)測主副產(chǎn)物的相對含量來判斷主副反應(yīng)活化能的相對大小，由此判斷是低溫還是高溫有利于主反應(yīng)，從而縮小了溫度選擇的范圍。實際經(jīng)驗中，一般采取極限溫度的方式，低溫和高溫，再加上二者的中間溫度，可判斷出反應(yīng)溫度對反應(yīng)選擇性的影響趨勢。

（2）某一組分濃度的選擇：在同一溫度下（第一步已經(jīng)選擇好的溫度下），將某一組分滴加（此組分為低濃度，其他組分就是高濃度）或一次性加入（此組分為高濃度，其他組分就是低濃度）進行反應(yīng)，就可根據(jù)監(jiān)測主副產(chǎn)物的相對含量來判斷該組分是低濃度還是高濃度有利于主反應(yīng)。確定了某一組分的濃度影響，接下來就是研究該組分的最佳配比問題。相同的條件下，再確定其他組分濃度的影響。3．定性反應(yīng)產(chǎn)物

動力學(xué)研究方法要求副反應(yīng)最小，而其他方法要求主反應(yīng)最大。因此研究反應(yīng)的選擇性，搞清副反應(yīng)的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)是必要地前提。在條件允許的情況下，應(yīng)盡量分析反應(yīng)混合物的全部組分，包括主產(chǎn)物，各種副產(chǎn)物，分析他們在氣相色譜、液相色譜或薄層色譜上的相對位置和相對大小。從而可以看出各組分的相對大小及各組分隨溫度和濃度條件不同的變化。對不同的副反應(yīng)采取不同的抑制方法。

（1）首先搞清反應(yīng)過程中那些副產(chǎn)物生成；（2）重點找出含量較多的副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，因為只有抑制了主要副反應(yīng)，才能顯著提高主反應(yīng)的選擇性；（3）根據(jù)主要副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，研究其生成的機理，速度方程和對比選擇性方程，并據(jù)此進行溫度效應(yīng)、濃度效應(yīng)分析；（4）由對比選擇性方程確定部分工藝條件，并據(jù)此設(shè)計獲取活化能相對大小和反應(yīng)級數(shù)相對高低的試驗方按。（5）也應(yīng)該找出最難除去的雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進行（3），（4）的方法研究。4．跟蹤定量反應(yīng)產(chǎn)物

在定分析的基礎(chǔ)上，對同一實驗不同時刻各組分的含量進行跟蹤測試，根據(jù)跟蹤測試結(jié)果認識影響因素，再根據(jù)影響因素調(diào)整實驗方按。

（1）可在同一實驗中考察原料、中間體、產(chǎn)物，各副產(chǎn)物在不同條件下的變化趨勢，從一個實驗中盡可能獲取更多的信息，實驗效率大大提高。

（2）根據(jù)實驗過程中的新現(xiàn)象調(diào)整和修改預(yù)定方按，使每一具體實驗的目標多元化，即可使每一次實驗的目的在實驗中調(diào)整和增加，從而提高工作效率和研究開發(fā)進度。

（3）將不同時刻、不同組分的相對含量，整理成表格或曲線，從數(shù)據(jù)表或曲線中觀察不同組分的數(shù)量，各組分在不同階段依不同條件的變化趨勢和變化率，從而找出宏觀動力學(xué)影響因素，并根據(jù)這些因素去調(diào)整溫度、濃度因素，以提高選擇性。

這里的定量并非真正的含量，只是各組分的相對值。5．分階段研究反應(yīng)過程和分離過程

大多數(shù)人習(xí)慣于每次實驗部分都分離提純產(chǎn)品并計算收率。然而，除非簡單的實驗外這是不科學(xué)的。

（1）研究開發(fā)的初始階段，分離過程是不成熟的，很難估算分離過程損失，這樣，所得產(chǎn)品不能代表反應(yīng)收率。（2）實驗的最終結(jié)果是反應(yīng)過程與分離過程的總結(jié)果，影響因素太多，考察某一影響因素 太難。

（3）一個實驗真正做到完成分離提純的程度很難，往往后處理時間多于反應(yīng)時間，若每個實驗都做到提純分離，則工作效率降低。（4）為降低科研費用，往往進行微量制備，而微量制備的實驗幾乎不能完成全過程。比如精餾，沒有一定數(shù)量就無法進行。

（5）反應(yīng)過程中直接取反應(yīng)液進行中控分析最接近于反應(yīng)過程的在線測試，最能反映出過程的實際狀態(tài)，對于某一因素的變化的影響也最敏感，應(yīng)用起來方便。

（6）做好反應(yīng)過程是分離過程研究的基礎(chǔ)。副產(chǎn)物越少，則分離過程越簡單。

總之，在研究開發(fā)的最初階段，應(yīng)先回避分離過程而僅研究反應(yīng)過程?？梢栽诜磻?yīng)過程中得到一系列的色譜分析譜圖和定性分析結(jié)果，根據(jù)原料、中間體、產(chǎn)品、副產(chǎn)品出峰的相對大小來初步定量，根據(jù)不同反應(yīng)溫度條件下不同組分的消漲來判斷活化能的相對大??；根據(jù)副產(chǎn)物結(jié)構(gòu)機不同的加料方式引起的副產(chǎn)物的消漲來判斷活性組分的反應(yīng)級數(shù)的相對高低。從理論到實踐實現(xiàn)了動力學(xué)所要求的溫度效應(yīng)、濃度效應(yīng)，再實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)化率，最后研究分離過程。這是一種循序漸進的、條理清晰的、理性的和簡單化的工藝優(yōu)化程序。6．程序升溫法確定溫度范圍

程序升溫法是另一種反應(yīng)溫度的優(yōu)化方法。其是在實驗的最初階段采用的。一般采用微量制備，物料以滿足分析測試即可。為使放熱反應(yīng)的溫度可控制，反應(yīng)物料不必成比例（一般使某一種原料微量）。

在跟蹤測試的基礎(chǔ)上，采取程序升溫大方法，往往一次實驗即可測得反應(yīng)所適合的溫度范圍，并可得到主反應(yīng)與某一特定副反應(yīng)活化能的相對大小和確認反應(yīng)溫度最佳控制條件。程序升溫過程如圖所示。

在t1 溫度下反應(yīng)一段時間，取樣a分析；若未發(fā)生反應(yīng)，則升溫至t2后反應(yīng)一段時間后取樣b分析；若發(fā)現(xiàn)反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，但不完全，則此時應(yīng)鑒別發(fā)生的是否是主反應(yīng)；若在溫度t2下先發(fā)生的是主反應(yīng)，則繼續(xù)取樣c分析；若反應(yīng)仍不完全，升溫至t3后反應(yīng)一段時間取樣d分析；若仍不完全則升溫至t4，取樣e分析，直至反應(yīng)結(jié)束。

若樣品d中無副產(chǎn)物，e中有副產(chǎn)物，則主反應(yīng)的活化能小于副反應(yīng)的活化能，反應(yīng)溫度為t4以下，再在t3上下選擇溫控范圍。

若樣品b中發(fā)生的是副反應(yīng)，則應(yīng)立即升溫，并適時補加原料，邊升溫邊取樣f,g,h等，直至主反應(yīng)發(fā)生。若主反應(yīng)在較高溫度時發(fā)生了，說明主反應(yīng)的活化能大于副反應(yīng)的活化能，反應(yīng)應(yīng)避開較低溫度段。此時的程序升溫過程應(yīng)在缺少易發(fā)生副反應(yīng)的那種主原料下進行，即預(yù)先加熱反應(yīng)底物至一定溫度，再滴加未加入的原料，后滴加的原料用溶劑稀釋效果更加?？梢姡淮纬绦蛏郎剡^程便可基本搞清主副反應(yīng)活化能的相對大小和反應(yīng)溫度控制的大致范圍，取得了事半功倍的效果。

在低溫有利于主反應(yīng)的過程中，隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物的濃度逐漸降低，反應(yīng)速度逐漸減慢，為保持一定的反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率以保證生產(chǎn)能力，就必須逐漸緩慢升溫以加速化學(xué)反應(yīng)的進行，直至轉(zhuǎn)化率達到目標，這才實現(xiàn)最佳控制。7．調(diào)節(jié)加料法

滴加的功能有兩個，（1）對于放熱反應(yīng)，可減慢反應(yīng)速度，使溫度易于控制。(2)控制反應(yīng)的選擇性，對每種原料都應(yīng)采取是滴加還是一次性加入對反應(yīng)選擇性影響的研究。如果滴加有利于選擇性，則滴加時間越慢越好。如不利于選擇性的提高，則改為一次性的加入。溫度效應(yīng)、濃度效應(yīng)對反應(yīng)選擇性的影響是個普遍存在的一般規(guī)律，但在不同的具體實例中體現(xiàn)出特殊性，有時某一種效應(yīng)更重要，而另一種效應(yīng)不顯著。因此必須具體問題具體分析，在普遍的理論原則指導(dǎo)下解決特殊的問題。7．動力學(xué)方法的工藝優(yōu)化次序

有了上面所述的方法，一般的工藝優(yōu)化需要按以下的步驟進行。

（1）反應(yīng)原料的選擇 反應(yīng)原料的選擇除了考慮廉價易得的主要因素外，另一個必須考慮的因素是副產(chǎn)物的形成，所用的原料應(yīng)該盡可能以不過多產(chǎn)生副反應(yīng)為準，原料的活性應(yīng)該適當，活性高了相應(yīng)的副反應(yīng)形成的速度也就加大了，原料的反應(yīng)點位應(yīng)該盡可能少，以防進行主反應(yīng)的同時進行副反應(yīng)。以阿立哌唑的中間體合成為例。不同的原料產(chǎn)生不同的副反應(yīng)從而形成不同的雜質(zhì)，原料的性質(zhì)不同，產(chǎn)生雜質(zhì)的數(shù)量也就不同。圖1 為 以1，4－二溴丁烷為原料反應(yīng)形成的雜質(zhì)。在該實例中，a 是所需要的中間體，但因為1，4－二溴丁烷及另一原料的雙重反應(yīng)部位，產(chǎn)生了大量的雜質(zhì)，給后處理帶來了極大的麻煩。因而是不合適的。但是如以4－溴丁醇為原料（圖2），則反應(yīng)形成的雜質(zhì)數(shù)量大大減少，給提純及后續(xù)反應(yīng)帶來極大的方便。可見原料的選擇對抑制副反應(yīng)也有者重要的作用。

（2）溶劑的選擇：主要根據(jù)反應(yīng)的性質(zhì)和類型來考慮：非質(zhì)子極性溶劑：乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、n,n-二甲基乙酰胺、n－甲基吡咯烷酮；質(zhì)子極性溶劑：水、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇等；極性非常小的溶劑：石油醚、正己烷、乙酸乙酯、鹵代烴類、芳香烴類等。

（3）重復(fù)文獻條件，對反應(yīng)產(chǎn)物定性分析。

（4）變化反應(yīng)溫度確認主副反應(yīng)活化能的相對大小并確定溫度控制曲線。

（5）根據(jù)副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)改變加料方式，以確定主副反應(yīng)對某一組分的反應(yīng)級數(shù)的相對大小并確定原料的加料方式。此時反應(yīng)選擇性已達最佳。（6）選擇轉(zhuǎn)化率的高低。力求轉(zhuǎn)化完全或回收再用。此時反應(yīng)收率最佳。

（7）選擇簡單的分離方式并使分離過程產(chǎn)物損失最小。此時優(yōu)化的工藝大到了。（8）酸堿強度的影響：強酸還是弱酸，強堿還是弱堿，有機酸還是有機堿。在質(zhì)子性溶劑

中一般選擇無機堿，因為此時無機堿一般溶于這類溶劑中使反應(yīng)均相進行，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀溶于醇中，但是弱無機堿碳酸鈉等不容于該類溶劑，須加入相轉(zhuǎn)移催化劑；在非質(zhì)子極性溶劑中一般選擇有機堿，此時反應(yīng)為均相反應(yīng)，若選擇無機堿一般不溶于該類溶劑，也需加入加入相轉(zhuǎn)移催化劑。

（9）催化劑的影響：相轉(zhuǎn)移催化劑，無機鹽，路易斯酸，路易斯堿。篇五：有機合成心得

有機合成心得

有機合成心得（1）-引言

搞了十余年藥物研發(fā)，感覺最深刻的是關(guān)鍵要有一個靈活的頭腦和豐富的有機合成知識，靈活的頭腦是天生的，豐富的有機合成知識是靠大量的閱讀和高手交流得到的。二者缺一不可，只有有機合成知識而沒有靈活的頭腦把知識靈活的應(yīng)用，充其量只是有機合成匠人，成不了高手，也就沒有創(chuàng)造性。只有靈活的頭腦而沒有知識，只能做無米之炊。一個有機合成高手在頭腦中掌握的有機化學(xué)反應(yīng)最少應(yīng)為300個以上，并能靈活的加以運用，熟悉其中的原理（機理），爛熟于胸，就像國學(xué)大師爛熟四書五經(jīng)一樣，看到了一個分子結(jié)構(gòu)，稍加思索，其合成路線應(yīng)該馬上在腦中浮現(xiàn)出來。

本系列心得基本上是作者在工作中的經(jīng)驗之談，也有部分內(nèi)容取材于參考資料，本心得主要是想提供方法上的指導(dǎo)。

有機合成心得（2）－基本功的訓(xùn)練

每個行業(yè)都有自己的基本功，有機合成的基本功就是對有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握與靈活運用。那么對有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握應(yīng)從那方面入手？你在大學(xué)里學(xué)到的有機合成知識，只是入門的東西，遠遠達不到高手的水平，學(xué)了四年化學(xué)，基本上不理解化學(xué)。遇到問題還是束手無策，不知從何處下手。這不是你的問題，而是大學(xué)教育體制的問題，在大學(xué)階段應(yīng)該打下堅實的基本功，然后才能專，而我們的大學(xué)在這方面還做的遠遠不夠。下面我推薦幾本有機合成方面的書籍希望能夠達到上述的目的： 有機化學(xué)反應(yīng)的理解掌握方面的書籍： 1.march’s advanced organic chemistry.2.carey, f.a.;sundberg, r.j.: advanced organic chemistry.3.michael b.smith: organic synthesis.5.黃憲：新編有機合成化學(xué) 6.李長軒：有機合成設(shè)計

前三本書是從機理方面來討論有機合成的，4、5兩本書是從官能團轉(zhuǎn)變的角度討論有機合成的，第6本書是討論有機合成路線設(shè)計的。以上幾本書應(yīng)該隨時放在自己的身邊，作為案頭書。認真精讀，達到記憶理解，把反應(yīng)分類記憶理解，這時你可能感覺很枯燥乏味，不要緊，經(jīng)過一段時間的合成研究再回過頭來閱讀，就會感覺耳目一新，有新的理解。掌握了這幾本書，可以說您已經(jīng)打下了一定的有機合成基本功，這時你應(yīng)該最少掌握300個反應(yīng)了，但并不意味者你已經(jīng)成為了有機合成高手，接下來你需要做的是將學(xué)到的有機合成知識能夠靈活運用，熟練的理解化學(xué)反應(yīng)在什么情況下應(yīng)用。

下面推薦的幾本雜志，主要是關(guān)于如何運用有機化學(xué)反應(yīng)的。1.organic synthesis(80vol.)2.organic process research & development.這是美國化學(xué)會出版的一本有機合成雜志，主要講述一些化工產(chǎn)品的工藝研究，書中的反應(yīng)均用在大規(guī)模的制備上，對產(chǎn)業(yè)化的研究很有幫助，這些反應(yīng)具有很強的實用性，對理解化學(xué)反

應(yīng)的應(yīng)用很有幫助。

經(jīng)過以上知識的訓(xùn)練，你已經(jīng)具備成為有機合成高手的潛力了，接下來需要做的就是大量的實踐研究了，相信經(jīng)過自己的努力和多年的實踐，多次的失敗，吃的苦中苦，你就成為有機合成高手了。

有機合成心得（3）－合成路線的選擇 合成路線的設(shè)計與選擇是有機合成中很重要的一個方面，它反映了一個有機合成人員的基本功和知識的豐富性與靈活的頭腦。一般情況下，合成路線的選擇與設(shè)計代表了一個人的合成水平和素質(zhì)。合理的合成路線能夠很快的得到目標化合物，而笨拙的合成路線雖然也能夠最終得到目標化合物，但是付出的代價卻是時間的浪費和合成成本的提高，因此合成路線的選擇與設(shè)計是一個很關(guān)鍵的問題。

合成路線的選擇與設(shè)計應(yīng)該以得到目標化合物的目的為原則，即如果得到的目標化合物是以工業(yè)生產(chǎn)為目的，則選擇的合成路線應(yīng)該以最低的合成成本為依據(jù)，一般情況下，簡短的合成路線應(yīng)該反應(yīng)總收率較高，因而合成成本最低，而長的合成路線總收率較低，合成成本較高，但是，在有些情況下，較長的合成路線由于每步反應(yīng)都有較高的收率，且所用的試劑較便宜，因而合成成本反而較低，而較短的合成路線由于每步反應(yīng)收率較低，所用試劑價格較高，合成成本反而較高。所以，如果以工業(yè)生產(chǎn)為目的，則合成路線的選擇與設(shè)計應(yīng)該以計算出的和實際結(jié)果得到的合成成本最低為原則。

如果得到的目標化合物是以發(fā)表論文為目的，則合成路線的選擇與設(shè)計則有不同的原則。設(shè)計的路線應(yīng)盡量具有創(chuàng)造性，具有新的思想，所用的試劑應(yīng)該是新穎的，反應(yīng)條件是創(chuàng)新的，這時考慮的主要問題不是合成成本的問題而合成中的創(chuàng)造性問題。

如果合成的是系列化合物，則設(shè)計合成路線時，應(yīng)該共同的步驟越長越好，每個化合物只是在最后的合成步驟中不同，則這樣的合成路線是較合理的和高效率的，可以在很短的時間內(nèi)得到大量目標化合物。

每個目標化合物的合成路線一般有多步反應(yīng)，為了避免雜質(zhì)放大的問題，最好的解決辦法是將合成路線一分為二，轉(zhuǎn)化為兩個中間體，最后將兩個中間體通過一步反應(yīng)組裝起來得到目標化合物。盡量避免連續(xù)反應(yīng)只在最后一步得到產(chǎn)物。

有機合成心得（4）－有機反應(yīng)的實質(zhì) 有機合成的任務(wù)是運用已知的或可能的化學(xué)反應(yīng)來形成c-c鍵或c-雜鍵，從而將兩個或多個分子或離子連接起來。

有機化學(xué)反應(yīng)類型可分為三種：極性反應(yīng)，協(xié)同反應(yīng)，自由基反應(yīng)，其中協(xié)同反應(yīng)與自由基反應(yīng)又稱為非極性反應(yīng)。非極性反應(yīng)可以采用‘一鍋法’進行，而極性反應(yīng)則需分步進行。因為極性反應(yīng)的條件比較苛刻（無水、惰性氣體保護、強酸或強堿），而非極性反應(yīng)的條件比較溫和。極性反應(yīng)占80％，非極性反應(yīng)占20％。極性反應(yīng)的實質(zhì)就是分子中負電性的原子與正電性的原子的結(jié)合。所謂負電性與正電性都是指廣義而言的，原子的負電性可以是負電荷，也可以是孤電子對；原子的正電性可以是正電荷也可以是空軌道。負電性與正電性的密度越大，反應(yīng)活性越高，但是高密度的負電性原子通常與高密度的正電性原子結(jié)合，低密度的負電性原子與低密度的正電性原子結(jié)合。如果分子中同時存在兩種相反電荷的原子則產(chǎn)生環(huán)合反應(yīng)，如果分子中存在兩種相同電荷的原子，此時與另一分子中相反電荷的原子結(jié)合時就容易產(chǎn)生副反應(yīng)，通常密度較高電荷的原子先進行反應(yīng)。

因此，在記憶化學(xué)反應(yīng)時，只需分清分子中那個原子是正電性的，那個原子是負電性的就可以了。不必去記憶什么人名反應(yīng)來浪費記憶力，也不必對親核、親電反應(yīng)的類型太在意。

所以，學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)時，主要的任務(wù)就是了解各種正電性的基團和負電性的基團。這些正電性的基團和負電性的基團稱之為合成子。下面舉例簡單說明：

有機合成心得（5）－后處理的問題

在有機合成中，后處理的問題往往被大多數(shù)人所忽略，認為只要找對了合成方法，合成任務(wù)就可以事半功倍了，這話不錯，正確地合成方法固然重要，但是有機合成的任務(wù)是拿到相當純的產(chǎn)品，任何反應(yīng)沒有100％產(chǎn)率的，總要伴隨或多或少的副反應(yīng)，產(chǎn)生或多或少的雜質(zhì)，反應(yīng)完成后，面臨的巨大問題就是從反應(yīng)混合體系中分離出純的產(chǎn)品。后處理的目的就是采用盡可能的辦法來完成這一任務(wù)。

為什么對后處理的問題容易忽視呢？我們平時所看到的各種文獻尤其是學(xué)術(shù)性的研究論文對這一問題往往重視不夠或者很輕視，他們重視的往往是新的合成方法，合成試劑等。專利中對這一問題也是輕描淡寫，因為這涉及到商業(yè)利潤問題。有機教科書中對這一問體更是沒有談?wù)摰?。只有參加過工業(yè)有機合成項目的人才能認識到這一問題的重要性，有時反應(yīng)做的在好，后處理產(chǎn)生問題得不到純的產(chǎn)品，企業(yè)損失往往巨大。這時才認識到有機合成不光是合成方法的問題，還涉及到許多方面的問題，那一方面的問題考慮不周，都有可能前功盡棄。

后處理問題從哪里可以學(xué)到？除了向有經(jīng)驗的科研人員多多請教外，自己也應(yīng)處處留心，雖說各種文獻中涉及較少，但是還有不少論文是涉及到的，這就要求自己多思考，多整理，舉一反三。另外，在科研工作中，應(yīng)注意吸取經(jīng)驗，多多磨練。

完成后處理問題的基本知識還是有機化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，后處理就是這些性質(zhì)的具體應(yīng)用。當然，首先要把反應(yīng)做的很好，盡量減少副反應(yīng)的發(fā)生，這樣可以減輕后處理的壓力。因此，后處理還是考驗一個人的基本功問題，只有化學(xué)學(xué)好了才有可能出色的完成后處理任務(wù)。后處理根據(jù)反應(yīng)的目的有不同的解決辦法，如果在實驗室中，只是為了發(fā)表論文，得到純化合物的目的就是為了作各種光譜，那么問題就簡單了，得到純化合物的方法不外就是走柱子，tlc，制備色譜等方法，不用考慮太多的問題，而且得到的化合物還比較純；如果是為了工業(yè)生產(chǎn)的目的，則問題就復(fù)雜了，盡量用簡便、成本低的方法，實驗室中的那一套就不行了，如果您還是采用實驗室中的方法則企業(yè)就虧損了。下面只簡單的介紹一些工業(yè)中的方法。后處理過程的優(yōu)劣檢驗標準是：（1）產(chǎn)品是否最大限度的回收了，并保證質(zhì)量；（2）原料、中間體、溶劑及有價值的副產(chǎn)物是否最大限度的得到了回收利用；（3）后處理步驟，無論是工藝還是設(shè)備，是否足夠簡化；（4）三廢量是否達到最小。后處理的幾個常用而實用的方法：（1）有機酸堿性化合物的分離提純

具有酸堿性基團的有機化合物，可以得失質(zhì)子形成離子化合物，而離子化合物與原來的母體化合物具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)。堿性化合物用有機酸或無機酸處理得到胺鹽，酸性化合物用有機堿或無機堿處理得到鈉鹽或有機鹽。根據(jù)有機化合物酸堿性的強弱，有機、無計酸堿一般為甲酸、乙酸、鹽酸、硫酸、磷酸。堿為三乙胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等。在一般情況下，離子化合物在水中具有相當大的溶解性，而在有機溶劑中溶解度很小，同時活性碳只能夠吸附非離子型的雜質(zhì)和色素。利用以上的這些性質(zhì)可對酸堿性有機化合物進行提純。以上性質(zhì)對所有酸堿性化合物并不通用，一般情況下，分子中酸堿性基團分子量所占整個分子的分子量比例越大，則離子化合物的水溶性就越大，分子中含有的水溶性基團例如羥基越多，則水溶性越大，因此，以上性質(zhì)適用于小分子的酸堿化合物。對于大分子的化合物，則水溶性就明顯降低。酸堿性基團包括氨基。酸性基團包括：酰氨基、羧基、酚羥基、磺酰氨基、硫酚基、1，3－二

羰基化合物等等。值得注意的是，氨基化合物一般為堿性基團，但是在連有強吸電子基團時就變?yōu)樗嵝曰衔?，例如酰氨基和磺酰氨基化合物，這類化合物在氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿作用下就容易失去質(zhì)子而形成鈉鹽。

中合吸附法：

將酸堿性化合物轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子化合物，使其溶于水，用活性碳吸附雜質(zhì)后過濾，則除去了不含酸堿性基團的雜質(zhì)和機械雜質(zhì)，再加酸堿中合回母體分子狀態(tài)，這是回收和提純酸堿性產(chǎn)品的方法。由于活性碳不吸附離子，故有活性碳吸附造成的產(chǎn)品損失忽劣不計。

中和萃取法：

是工業(yè)過程和實驗室中常見的方法，它利用酸堿性有機化合物生成離子時溶于水而母體分子狀態(tài)溶于有機溶劑的特點，通過加入酸堿使母體化合物生成離子溶于水實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)移而用非水溶性的有機溶劑萃取非酸堿性雜質(zhì)，使其溶于有機溶劑從而實現(xiàn)雜質(zhì)與產(chǎn)物分離的方法。成鹽法：

對于非水溶性的大分子有機離子化合物，可使有機酸堿性化合物在有機溶劑中成鹽析出結(jié)晶來，而非成鹽的雜質(zhì)依然留在有機溶劑中，從而實現(xiàn)有機酸堿性化合物與非酸堿性雜質(zhì)分離，酸堿性有機雜質(zhì)的分離可通過將析出的結(jié)晶再重結(jié)晶，從而將酸堿性有機雜質(zhì)分離。對于大分子的有機酸堿化合物的鹽此時還可以采用水洗滌除去小分子的酸堿化合物已經(jīng)成鹽且具有水溶性的雜質(zhì)。對于水溶性的有機離子化合物，可在水中成鹽后，將水用共沸蒸餾或直接蒸餾除去，殘余物用有機溶劑充分洗滌幾次，從而將雜質(zhì)與產(chǎn)品分離。

以上三種方法并不是孤立的，可根據(jù)化合物的性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量標準的要求，采用相結(jié)合的方法，盡量得到相當純度的產(chǎn)品。（2）幾種特殊的有機萃取溶劑

正丁醇：大多數(shù)的小分子醇是水溶性的，例如甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇等。大多數(shù)的高分子量醇是非水溶性的，而是親脂性的能夠溶于有機溶劑。但是中間的醇類溶劑例如正丁醇是一個很好的有機萃取溶劑。正丁醇本身不溶于水，同時又具有小分子醇和大分子醇的共同特點。它能夠溶解一些能夠用小分子醇溶解的極性化合物，而同時又不溶于水。利用這個性質(zhì)可以采用正丁醇從水溶液中萃取極性的反應(yīng)產(chǎn)物。

丁酮：性質(zhì)介于小分子酮和大分子酮之間。不像丙酮能夠溶于水，丁酮不溶于水，可用來從水中萃取產(chǎn)物。

乙酸丁酯：性質(zhì)介于小分子和大分子酯之間，在水中的溶解度極小，不像乙酸乙酯在水中有一定的溶解度，可從水中萃取有機化合物，尤其是氨基酸的化合物，因此在抗生素工業(yè)中常用來萃取頭孢、青霉素等大分子含氨基酸的化合物。

異丙醚與特丁基叔丁基醚：性質(zhì)介于小分子和大分子醚之間，兩者的極性相對較小，類似于正己烷和石油醚，二者在水中的溶解度較小?？捎糜跇O性非常小的分子的結(jié)晶溶劑和萃取溶劑。也可用于極性較大的化合物的結(jié)晶和萃取溶劑。

（3）做完反應(yīng)后，應(yīng)該首先采用萃取的方法，首先除去一部分雜質(zhì)，這是利用雜質(zhì)與產(chǎn)物在不同溶劑中的溶解度不同的性質(zhì)。

（4）稀酸的水溶液洗去一部分堿性雜質(zhì)。例如，反應(yīng)物為堿性，而產(chǎn)物為中性，可用稀酸洗去堿性反應(yīng)物。例如胺基化合物的酰化反應(yīng)。（5）稀堿的水溶液洗去一部分酸性雜質(zhì)。反應(yīng)物為酸性，而產(chǎn)物為中性，可用稀堿洗去酸性反應(yīng)物。例如羧基化合物的酯化反應(yīng)。

（6）用水洗去一部分水溶性雜質(zhì)。例如，低級醇的酯化反應(yīng)，可用水洗去水溶性的反應(yīng)物醇。

（7）如果產(chǎn)物要從水中結(jié)晶出來，且在水溶液中的溶解度又較大，可嘗試加入氯化鈉、氯化銨

等無機鹽，降低產(chǎn)物在水溶液中的溶解度－鹽析的方法。

（8）有時可用兩種不互溶的有機溶劑作為萃取劑，例如反應(yīng)在氯仿中進行，可用石油醚或正己烷作為萃取劑來除去一部分極性小的雜質(zhì)，反過來可用氯仿萃取來除去極性大的雜質(zhì)。

（9）兩種互溶的溶劑有時加入另外一種物質(zhì)可變的互不相容，例如，在水作溶劑的情況下，反應(yīng)完畢后，可往體系中加入無機鹽氯化鈉，氯化鉀使水飽和，此時加入丙酮，乙醇，乙腈等溶劑可將產(chǎn)物從水中提取出來。

（10）結(jié)晶與重結(jié)晶的方法

基本原理是利用相似相容原理。即極性強的化合物用極性溶劑重結(jié)晶，極性弱的化合物用非極性溶劑重結(jié)晶。對于較難結(jié)晶的化合物，例如油狀物、膠狀物等有時采用混合溶劑的方法，但是混合溶劑的搭配很有學(xué)問，有時只能根據(jù)經(jīng)驗。一般采用極性溶劑與非極性溶劑搭配，搭配的原則一般根據(jù)產(chǎn)物與雜質(zhì)的極性大小來選擇極性溶劑與非極性溶劑的比例。若產(chǎn)物極性較大，雜質(zhì)極性較小則溶劑中極性溶劑的比例大于非極性溶劑的比例；若產(chǎn)物極性較小，雜質(zhì)極性較大，則溶劑中非極性溶劑的比例大于極性溶劑的比例。較常用的搭配有：醇－石油醚，丙酮－石油醚，醇－正己烷，丙酮－正己烷等。但是如果產(chǎn)物很不純或者雜質(zhì)與產(chǎn)物的性質(zhì)及其相近，得到純化合物的代價就是多次的重結(jié)晶，有時經(jīng)多次也提不純。這時一般較難除去的雜質(zhì)肯定與產(chǎn)物的性質(zhì)與極性及其相近。除去雜質(zhì)只能從反應(yīng)上去考慮了。

（11）水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾與精餾的方法

這是提純低熔點化合物的常用方法。一般情況下，減壓蒸餾的回收率相應(yīng)較低，這是因為隨著產(chǎn)品的不斷蒸出，產(chǎn)品的濃度逐漸降低，要保證產(chǎn)品的飽和蒸汽壓等于外壓，必須不斷提高溫度，以增加產(chǎn)品的飽和蒸汽壓，顯然，溫度不可能無限提高，即產(chǎn)品的飽和蒸汽壓不可能為零，也即產(chǎn)品不可能蒸凈，必有一定量的產(chǎn)品留在蒸餾設(shè)備內(nèi)被設(shè)備內(nèi)的難揮發(fā)組分溶解，大量的斧殘既是證明。

水蒸氣蒸餾對可揮發(fā)的低熔點有機化合物來說，有接近定量的回收率。這是因為在水蒸氣蒸餾時，斧內(nèi)所有組分加上水的飽和蒸汽壓之和等于外壓，由于大量水的存在，其在100℃時飽和蒸汽壓已經(jīng)達到外壓，故在100℃以下時，產(chǎn)品可隨水蒸氣全部蒸出，回收率接近完全。對于有焦油的物系來說，水蒸氣蒸餾尤其適用。因為焦油對產(chǎn)品回收有兩個負面影響：一是受平衡關(guān)系影響，焦油能夠溶解一部分產(chǎn)品使其不能蒸出來；二是由于焦油的高沸點使蒸餾時斧溫過高從而使產(chǎn)品繼續(xù)分解。，水蒸氣蒸餾能夠接近定量的從焦油中回收產(chǎn)品，又在蒸餾過程中避免了產(chǎn)品過熱聚合，收率較減壓蒸餾提高3－4％左右。雖然水蒸氣蒸餾能提高易揮發(fā)組分的回收率，但是，水蒸氣蒸餾難于解決產(chǎn)物提純問題，因為揮發(fā)性的雜質(zhì)隨同產(chǎn)品一同被蒸出來，此時配以精餾的方法，則不但保障了產(chǎn)品的回收率，也保證了產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)該注意，水蒸氣蒸餾只是共沸蒸餾的一個特例，當采用其它溶劑時也可。共沸蒸餾不僅適用于產(chǎn)品分離過程，也適用于反應(yīng)物系的脫水、溶劑的脫水、產(chǎn)品的脫水等。它比分子篩、無機鹽脫水工藝具有設(shè)備簡單、操作容易、不消耗其它原材料等優(yōu)點。例如：在生產(chǎn)氨噻肟酸時，由于分子中存在幾個極性的基團氨基、羧基等，它們能夠和水、醇等分子形成氫鍵，使氨噻肟酸中存在大量的游離及氫鍵的水，如采用一般的真空干燥等干燥方法，不僅費時，也容易造成產(chǎn)物的分解，這時可采用共沸蒸餾的方法將水分子除去，具體的操作為將氨噻肟酸與甲醇在回流下攪拌幾小時，可將水分子除去，而得到無水氨噻肟酸。又比如，當分子中存在游離的或氫鍵的甲醇時，可用另外一種溶劑，例如正己烷、石油醚等等，進行回流，可除去甲醇。可見共沸蒸餾在有機合成的分離過程中占有重要的地位。（12）超分子的方法，利用分子的識別性來提純產(chǎn)物。（13）脫色的方法 一般采用活性炭、硅膠、氧化鋁等?；钚蕴课椒菢O性的化合物與小分子的化合物，硅膠與氧化鋁吸附極性強的與大分子的化合物，例如焦油等。

第五篇：有機合成教案

有機合成教案

高雪梅

【教學(xué)目標】

1．掌握各類有機物的性質(zhì)、反應(yīng)類型及相互轉(zhuǎn)化。2．了解有機合成過程，把握有機合成遵循的基本原則。3．初步學(xué)會設(shè)計合理的有機合成路線。【教學(xué)重點】

1、復(fù)習(xí)各類有機物的性質(zhì)、反應(yīng)類型、相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，構(gòu)建知識網(wǎng)

2、初步學(xué)會設(shè)計合理的有機合成路線 【教學(xué)難點】

逆向合成的思維方法 【教學(xué)方法】

創(chuàng)設(shè)情境

探究討論

歸納小結(jié)

演繹推理 【教學(xué)過程】

【課程導(dǎo)入】合成材料的出現(xiàn)，使人類擺脫了只能依靠天然材料的歷史，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同 學(xué)們可以了解有機合成的一般方法和有機合成路線的設(shè)計程序，進一步掌握烴的衍生物之 間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，深化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的理論?！拘抡n】：第四節(jié) 有機合成

一、有機合成的過程

1、有機合成定義；有機合成是利用簡單、易得的原料，通過有機反應(yīng)，生成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機化合物。

2、有機合成的任務(wù)；包括目標化合物分子骨架構(gòu)建和官能團的轉(zhuǎn)化。

3、有機合成的思路：就是通過有機反應(yīng)構(gòu)建目標分子的骨架，并引入或轉(zhuǎn)化所需的官能團。

4、有機合成的關(guān)鍵—碳骨架的構(gòu)建。

二、碳鏈骨架的構(gòu)建

1、增長：有機合成題中碳鏈的增長，一般會以信息形式給出，常見方式為有機物與HCN的反應(yīng)以及不飽和化合物間的加成、聚合等。

2、變短：如烴的劣化裂解，某些烴（如笨同系物、烯烴）的氧化、羧酸鹽脫羧反應(yīng)等。

3、成環(huán)：通過形成酯基成環(huán)、肽鍵成環(huán)、醚鍵成環(huán)等。

三、官能團的引入

1、C=C的引入

①鹵代烴的消去

②醇的消去

③炔烴與氫氣 1：1 加成

2、—OH的引入

①烯烴與水的加成反應(yīng)；②醛（酮）與氫氣的加成反應(yīng)；③鹵代烴的水解反應(yīng)；④酯的水解反應(yīng)。

3、—X的引入

①烷烴或苯的同系物與鹵素單質(zhì)的取代反應(yīng)；②不飽和烴與HX或X2的加成反應(yīng)；③醇或酚的取代反應(yīng)。

拓展1：引入-CHO，某些醇氧化,烯氧化,炔水化 引入-COOH，醛氧化,苯的同系物被強氧化劑氧化,羧酸鹽酸化,酯酸性水解 引入-COO-，酯化反應(yīng)

拓展2：有機化學(xué)反應(yīng)類型有取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)以及 加聚反應(yīng)

四、有機合成遵循的原則

1、起始原料要廉價、易得、低毒、低污染——通常采用4個C以下的單官能團化合物和單取代苯。

2、盡量選擇步驟最少的合成路線——以保證較高的產(chǎn)率。

3、滿足“綠色化學(xué)”的要求。

4、操作簡單、條件溫和、能耗低、易實現(xiàn)。

5、尊重客觀事實，按一定順序反應(yīng)。.五、有機合成的方法

1、正向合成分析法

此法采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向目標合成有機物。

探究學(xué)習(xí)一：以乙烯為基礎(chǔ)原料，無機原料可以任選，合成下列物質(zhì)： CH3CH2OH、CH3COOH、CH3COOCH2CH3 探究學(xué)習(xí)二：卡托普利的合成的產(chǎn)率計算

2、逆合成分析法

又稱逆推法，其特點是從產(chǎn)物出發(fā)，由后向前推，先找出產(chǎn)物的前一步原料（中間體），并同樣找出它的前一步原料，如此繼續(xù)直至到達簡單的初始原料為止。探究學(xué)習(xí)三：由乙烯合成乙二酸二乙酯 【課堂練習(xí)】 【課堂小結(jié)】 【板書設(shè)計】 第四節(jié) 有機合成

一、有機合成的過程

二、碳鏈骨架的構(gòu)建

三、官能團的引入

四、有機合成遵循的原則

五、有機合成的方法 逆向合成分析法