原子经济反应.pptVIP

2009 * 6 原子经济反应 2009 * 6．1原子经济性 原子经济性的概念可用原子利用率（Atom Utilization，AU）来表示： 原子经济性：1991年，美国Stanford大学的B.M.Trost教授首次提出了反应的“原子经济性”（Atom Economy）的概念。他认为高效的化学反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合成目标产物。 ? 2009 * 计算由乙烯制备环氧乙烷反应的原子利用率。 （1）经典方法??? 二步法 CH2=CH2 + Cl2 + H2O → ClCH2CH2OH + HCl ClCH2CH2OH + Ca（OH)2 +HCl → C2H4O + CaCl2+2H2O C2H4 + Cl2 + Ca（OH）2→C2H4O+CaCl2+H2O ???28 71 74 44 (2）新方法????? 一步法 2009 * Witing 反应是一个精细合成中非常有用的反应，Witing因此于1979年获得诺贝尔化学奖。Witing反应过程为： 2009 * 6.1.2 E-因子的概念 其中废弃物是指预期产物以外的任何副产物。常见的废弃物 有无机盐如氯化钠、硫酸钠、硫酸镁等，重金属化合物和各种反应中间体。 实际E-因子除理论的副产物外，还有由于化学平衡转化率小于100%造成的废弃物；为充分利用某一昂贵的反应物，而加入的大量过量的另一反应；分离产物时中和等操作步骤，加入的酸碱等物；同一产物的不同旋光异构体；分离效果不完全造成的产物的流失；分离过程加入的溶剂等。 2009 * 几个行业的环境因子 ? 生产规模/kg E因子 石油精炼 基本化工 精细化工 制??? 药 109～1011 107～109 105～107 104～106 0.1 1～5 5～50 25～100 可以看出，产品越精细复杂，E值越大。这是因为产品越复杂，生产步骤越多，原子利用率越低的缘故。 2009 * 6.1.3原子经济性或E-因子概念的局限 6.2有机合成中各种反应的原子经济性分析 6.2.1分子间结构互变或异构化的重排反应 克莱森重排：烯醇或酚的烯丙基醚当加热到一定温度时，可发生分子内重排。苯酚的烯丙基醚在200℃时，不用催化剂顺利的重排。 2009 * 比克曼重排：酮污转化为酰胺。 6.2.2加成反应 CH2=CH2+HBr CH3CH2Br 2009 * 6.2.3 取代反应 ?A—B + C—D → A—C + B—D 例如丙酸乙脂与甲胺的取代反应 6.2.4 消除反应 2009 * 6.3 提高化学反应原子经济性的途径及反应实例 1.采用新合成原料提高反应的原子经济性 传统工艺 绿色工艺 投资成本降低 2009 * 2.开发新催化材料提高化学反应原子经济性 TS-1分子筛催化有机氧化反应---环氧丙烷的生产 原子利用率76.3% 氯醇法 次氯酸 石灰 原子经济性=？% 皂化 废渣 废水 2009 * 新型过渡金属配合物催化剂 环加成反应 烯炔偶联反应 2009 * 3．新合成路线提高反应原子经济性 Boots公司的Brown方法合成布洛芬 —镇静、止痛药 原子经济性 ~40% 2009 * BHC公司新发明的绿色方法 原子经济性 ~99% 获1997年美国总统 “绿色化学挑战奖” 简单！ 2009 * 抗帕金森药物Lazabemide的绿色合成 （1）从2-甲基-5-乙基吡啶出发 （2）从2,5-二氯吡啶出发 用钯催化羰基化反应 原子利用率达100% 2009 * 己二晴的生产 以前的合成方法： DuPont公司的新方法 其原子利用率为100%。 乙酸合成 Kolbe合成法: 甲醇羰基化法: 原子利用率100% 2009 * 6.4 化工生产的“零排放” 磷铵副产磷石膏制硫酸联产水泥新技术，将磷铵、硫酸、水泥三套生产装置有机地排列组合为一体，形成绿色环保产业链。 1.磷铵部分 ２、硫酸、水泥部分 2009 * 6.5 原子经济反应的发展与未来 合成效率：一是选择性， 一是原子经济性。 有机合成-----依靠催化剂------解决选择性和原子经济性 有机合成优化和设计---计算机辅助分子设计---组合化学 2009 * 思考题 1 什么是原子经济性?以一个化学反应为例计算反应的原子经济性. 2 什么是环境因子?环境因子与原子利用率之间有什么关系? 3 原子经济性与产率有什么区别? 4 通过哪些途径可以提高