原子經(jīng)濟反應PPT學習教案

1、會計學1原子經(jīng)濟反應原子經(jīng)濟反應2009261原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性 原子經(jīng)濟性的概念可用原子利用率原子利用率（Atom Utilization，AU）來表示： AU%=預期（目的）產(chǎn)物的摩爾質(zhì)量所有反應物的摩爾質(zhì)量總和 100%產(chǎn)率或收率（%）=目的產(chǎn)物質(zhì)量目的產(chǎn)物理論上應得質(zhì)量 100%原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性：1991年，美國Stanford大學的B.M.Trost教授首次提出了反應的“原子經(jīng)濟性”（Atom Economy）的概念。他認為高效的化學反應應最大限度地利用原料分子的每一個原子，使之結(jié)合成目標產(chǎn)物。 第1頁/共19頁20093計算由乙烯制備環(huán)氧乙烷反應的原子利用率。計算由乙烯制備環(huán)

2、氧乙烷反應的原子利用率。 （1）經(jīng)典方法 二步法 CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + HClClCH2CH2OH + Ca（OH)2 +HCl C2H4O + CaCl2+2H2O C2H4 + Cl2 + Ca（OH）2C2H4O+CaCl2+H2O 28 71 74 44 (2）新方法 一步法 C2H412O2AgC2H4O原子利用率=4428+16100%=100%原子利用率=44100%=100%28+71+78第2頁/共19頁20094Witing 反應是一個精細合成中非常有用的反應，Witing因此于1979年獲得諾貝爾化學獎。Witing反應過程為：

3、 第3頁/共19頁200956.1.2 E-因子的概念因子的概念 其中廢棄物是指預期產(chǎn)物以外的任何副產(chǎn)物。常見的廢棄物 有無機鹽如氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鎂等，重金屬化合物和各種反應中間體。 實際E-因子除理論的副產(chǎn)物外，還有由于化學平衡轉(zhuǎn)化率小于100%造成的廢棄物；為充分利用某一昂貴的反應物，而加入的大量過量的另一反應；分離產(chǎn)物時中和等操作步驟，加入的酸堿等物；同一產(chǎn)物的不同旋光異構(gòu)體；分離效果不完全造成的產(chǎn)物的流失；分離過程加入的溶劑等。第4頁/共19頁20096幾個行業(yè)的環(huán)境因子幾個行業(yè)的環(huán)境因子 生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模/kg /kg E E因子因子 石油精煉石油精煉 基本化工基本化工 精細化工

4、精細化工 制制 藥藥 1091091011 1011 107107109 109 105105107 107 104104106 106 0.1 0.1 1 15 5 5 550 50 2525100 100 可以看出，產(chǎn)品越精細復雜，E值越大。這是因為產(chǎn)品越復雜，生產(chǎn)步驟越多，原子利用率越低的緣故。第5頁/共19頁200976.1.3原子經(jīng)濟性或原子經(jīng)濟性或E-因子概念的局限因子概念的局限 6.2有機合成中各種反應的原子經(jīng)濟性分析有機合成中各種反應的原子經(jīng)濟性分析 6.2.1分子間結(jié)構(gòu)互變或異構(gòu)化的重排反應克萊森重排：烯醇或酚的烯丙基醚當加熱到一定溫度時，可發(fā)生分子內(nèi)重排。苯酚的烯丙基醚在2

5、00時，不用催化劑順利的重排。第6頁/共19頁20098比克曼重排：酮污轉(zhuǎn)化為酰胺。 R1R1R2R2CCONHNOH酸6.2.2加成反應 CH2=CH2+HBr CH3CH2Br ClClClClClClCl ClClClClCl第7頁/共19頁200996.2.3 取代反應 AB + CD AC + BD 例如丙酸乙脂與甲胺的取代反應 6.2.4 消除反應 第8頁/共19頁2009106.3 提高化學反應原子經(jīng)濟性的途徑及反應實例提高化學反應原子經(jīng)濟性的途徑及反應實例 1.1.采用新合成原料提高反應的原子經(jīng)濟性采用新合成原料提高反應的原子經(jīng)濟性 傳統(tǒng)工藝傳統(tǒng)工藝綠色工藝綠色工藝投資成本降低

6、投資成本降低 第9頁/共19頁2009112.2.開發(fā)新催化材料提高化學反應原子經(jīng)濟性開發(fā)新催化材料提高化學反應原子經(jīng)濟性 TS-1分子篩催化有機氧化反應分子篩催化有機氧化反應-環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的生產(chǎn) 原子利用率76.3% +CH3CHCH2OHClClOHCH3CHCH2+Ca(OH)2CH3CHCH22O+CaCl22H2O氯醇法2CH3CHCH2 2HOClCH3CHCH2OH Cl+ClOHCH3CHCH2+次氯酸次氯酸石灰石灰原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性=？%皂化皂化廢渣廢渣廢水廢水第10頁/共19頁200912新型過渡金屬配合物催化劑 環(huán)加成反應環(huán)加成反應 烯炔偶聯(lián)反應烯炔偶聯(lián)反應

7、第11頁/共19頁2009133新合成路線提高新合成路線提高反應原子經(jīng)濟性反應原子經(jīng)濟性 Boots公司的公司的Brown方方法合成布洛芬法合成布洛芬鎮(zhèn)靜、止痛藥鎮(zhèn)靜、止痛藥原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性40%第12頁/共19頁200914BHC公司新發(fā)明的綠色方法公司新發(fā)明的綠色方法原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性99%獲獲1997年美國總統(tǒng)年美國總統(tǒng)“綠色化學挑戰(zhàn)獎綠色化學挑戰(zhàn)獎”簡單！簡單！第13頁/共19頁200915抗帕金森藥物抗帕金森藥物Lazabemide的綠色合成的綠色合成（1）從）從2-甲基甲基-5-乙基吡啶出發(fā)乙基吡啶出發(fā)（2）從）從2,5-二氯吡啶出發(fā)二氯吡啶出發(fā)用鈀催化羰基化反應用鈀催化羰基

8、化反應原子利用率達原子利用率達100%第14頁/共19頁200916己二晴的生產(chǎn)己二晴的生產(chǎn) 以前的合成方法： Cl2H2Cu（CN）2HCNCH2CHCHCH2PdCNNCCH2CH2CH2CH2DuPont公司的新方法 Ni，Complex3050CH2CHCHCH2HCN2CNNCCH2CH2CH2CH2其原子利用率為100%。 乙酸合成乙酸合成Kolbe合成法:CCS2CCl4Cl2C=CCl2FeCl2紅熱管H2O， O2Cl3CCOOHCH3COOHCl2C=CCl2hv電解CH3OHCOCH3COOHRh185甲醇羰基化法:原子利用率100%第15頁/共19頁2009176.4

9、化工生產(chǎn)的化工生產(chǎn)的“零排放零排放” 磷銨副產(chǎn)磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥新技術，將磷銨、硫酸、水泥三套生產(chǎn)裝置有機地排列組合為一體，形成綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈。 1.磷銨部分 Ca5F(PO4)35H2SO410H2O3H3PO45CaSO42H2OHFH3PO4NH3NH4H2PO4(NH4)2HPO4NH4H2PO4NH3、硫酸、水泥部分 2CaSO4CCaO2SO2CO2900-1200212CaO 5SiO27Ai2O34Fe2O33CaOSiO25CaOAi2O34CaO Fe2O32SO2O22SO3V2O5SO3H2OH2SO4第16頁/共19頁2009186.5 原子經(jīng)濟反應的發(fā)展與未來合成效率：一是選擇性， 一是原子經(jīng)濟性。有機合成-依靠催化劑-解決選擇性和原子經(jīng)濟性有機合成優(yōu)化和設計-計算機輔助分子設計-組合化學第17頁/共19頁200919思考題1 什么是原子經(jīng)濟性什么是原子經(jīng)濟性?以一個化學反應為例計算反應的原子經(jīng)濟性以一個化學反應為例計算