化學(xué)合成課題2

化工與制藥1506班LOGO

HERE化學(xué)合成技術(shù)化工與制藥類1506班成員介紹：組長：李茂華副組長：黃飛、任坤組員：蔣京、馬亞兵、王鵬博、范家河、符琮苡如果我們比周圍的人獲得更多的成就的話，那主要——不，我可以說幾乎完全是由于不懈的努力。——道爾頓多看、多學(xué)、多試。如果有成果，絕不炫耀。一個(gè)人如果怕費(fèi)時(shí)、費(fèi)事，則一事無成?！啡夸汚.化學(xué)合成簡介B.化學(xué)合成基本原理C.常見的化學(xué)合成方法與技術(shù)D.特殊的化學(xué)合成方法與技術(shù)A化學(xué)合成簡介A2003200420052006200720082009化學(xué)合成簡介合成化學(xué)，又稱化學(xué)合成，合成化學(xué)是有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)、高分子化學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)和核心。B化學(xué)合成基本原理B2003200420052006200720082009一、化學(xué)反應(yīng)的基本機(jī)理1.化學(xué)反映的機(jī)理:化學(xué)反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行過程中，反應(yīng)物分子并不是直接變成產(chǎn)物分子，通常要經(jīng)過若干個(gè)簡單的反應(yīng)步驟才能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物分子，這個(gè)過程就是一個(gè)基元反應(yīng)。若反應(yīng)經(jīng)過兩個(gè)或兩個(gè)以上的基元反應(yīng)，則稱為復(fù)合反應(yīng)。2.要全面考察化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律，必須了解兩個(gè)問題：平衡和速率。即合成反應(yīng)熱力學(xué)和合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。B2003200420052006200720082009二、化學(xué)熱力學(xué)1.定義：把熱力學(xué)的定律、原理、方法用來研究化學(xué)過程以及伴隨這些化學(xué)反映過程而發(fā)生的物理變化。2.研究對(duì)象：研究化學(xué)變化的方向、能達(dá)到的最大限度以及外界條件對(duì)平衡的影響。3.局限性：只能預(yù)測(cè)反應(yīng)的可能性，但無法預(yù)料反應(yīng)能否發(fā)生，反應(yīng)速率如何，反應(yīng)的原理如何。2010201120122013201420152003B三、化學(xué)動(dòng)力學(xué)1.定義：研究化學(xué)反映過程的速率和反應(yīng)機(jī)理的物理化學(xué)分支學(xué)科，它的研究對(duì)象是物質(zhì)性質(zhì)隨時(shí)間變化的非平衡的動(dòng)態(tài)體系。2.原理：通過控制反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理得到預(yù)期產(chǎn)品。研究對(duì)象：研究化學(xué)反應(yīng)得速率和反應(yīng)的機(jī)理以及溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照條件等對(duì)外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，揭示了反應(yīng)的機(jī)理，從而控制化學(xué)反映的過程，為生產(chǎn)、科研服務(wù)。3.研究方法：a.宏觀方法：從宏觀變量如濃度、溫度，壓力等出發(fā)，研究基元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的速率。b.微觀方法：從微觀的物質(zhì)特性如分子尺寸、幾何構(gòu)型，以及分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)和電子的運(yùn)動(dòng)出發(fā)，研究基元反應(yīng)的速率。2010201120122013201420152003B四、化學(xué)動(dòng)力學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)的關(guān)系（1）化學(xué)熱力學(xué)研究物質(zhì)變化過程的能量效應(yīng)及過程的方向與限度，即有關(guān)平衡的規(guī)律。解決了物質(zhì)變化的過程的可能性。（2)化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究完成該過程所需要的時(shí)間以及實(shí)現(xiàn)這一過程的具體步驟，即有關(guān)速率的規(guī)律。解決了如何把這種可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。2010201120122013201420152003B五、好的合成反應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（1）高的反應(yīng)速率。（2）溫和的反應(yīng)條件。（3）優(yōu)異的反應(yīng)選擇性。（4）易于獲得的反應(yīng)其實(shí)原料。（5）盡可能的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)向催化循環(huán)反應(yīng)發(fā)展。（6）對(duì)環(huán)境的污染盡量少。C常見的化學(xué)合成方法與技術(shù)C1999200020012002200320042005一、高溫合成1.高溫固相合成比如碳、硅、硼的二元金屬化合物的合成。2.高溫還原反應(yīng)氫氣還原法金屬還原法3.自蔓延高溫合成又稱為燃燒合成技術(shù)，是在真空或介質(zhì)中點(diǎn)燃原料，當(dāng)反應(yīng)物被引燃，便會(huì)自動(dòng)向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全是制備無機(jī)化合物高溫材料的一種新方法。C1999200020012002200320042005元素間直接合成化合物之間的直接合成C1999200020012002200320042005二、低溫合成定義：低溫合成是指低于室溫的溫度，室溫以下的合成就是低溫合成。1.液氨中的低溫合成2.低溫下稀有氣體的合成C1999200020012002200320042005三、高壓合成1.定義：高壓合成是指在高壓下合成常態(tài)時(shí)不能生成或難于生成的物質(zhì)的過程。2.高壓合成新的物想的幾種情況

（1）合成常壓下亞穩(wěn)定物質(zhì)的高壓向。

（2）合成常壓下不存在穩(wěn)定相的高壓化合物。

（3）合成含揮發(fā)性物質(zhì)的化合物。C1999200020012002200320042005四、低壓合成a.定義：給定空間內(nèi)氣體分子密度低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)，稱為真空狀態(tài)。b.產(chǎn)生真空狀態(tài)的過程稱為抽真空、排氣或抽氣。通常用于產(chǎn)生真空的攻擊稱為真空泵，常用的有水泵、機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵。此外也采用多種特殊的習(xí)氣劑和冷凌捕捉器等。C1999200020012002200320042005五、電化學(xué)合成1.定義：通過外加電壓，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，達(dá)到任何一種化學(xué)試劑所不具備的氧化能力和還原能力，從而形成電鍍、電解、無機(jī)電合成和有機(jī)電合成。2.應(yīng)用（1）銅的電解精煉（2）電化學(xué)合成無機(jī)物（3）電化學(xué)合成有機(jī)物（4）電化學(xué)合成配合物C1999200020012002200320042005六、光化學(xué)合成光化學(xué)無機(jī)有機(jī)合成主要集中在金屬有機(jī)配合物的光化學(xué)合成，光催化水解制備氫氣和氧氣，以及光催化制備硅烷和硼烷等。D特殊的化學(xué)合成方法與技術(shù)D1999200020012002200320042005一、水熱合成1.定義：指在特質(zhì)的密閉反應(yīng)器里（高壓釜），采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對(duì)反應(yīng)器加熱，創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)高溫(100-1000℃)和高壓(1-l00MPa)的反應(yīng)環(huán)境，來合成特殊的物質(zhì)（化合物）以及培養(yǎng)高質(zhì)量的晶體。2.作用：有些在常溫下不溶或難溶的物質(zhì)，在水熱反應(yīng)的高溫高壓條件下，反應(yīng)物的溶解度增大，反應(yīng)活性提高，反應(yīng)速度加快。適當(dāng)調(diào)節(jié)水熱條件下的環(huán)境氣氛，有利于低價(jià)態(tài)、中間價(jià)態(tài)與特殊價(jià)態(tài)化合物的生成，有利于生長極少缺陷、取向好、完美的晶體，且合成產(chǎn)物結(jié)晶度高以及易于控制產(chǎn)物晶體的粒度。D19992000200120022003200420053.優(yōu)點(diǎn)：不需要高溫?zé)Y(jié)就可以得到結(jié)晶粉體，可以在納米、微米和毫米級(jí)，是一種環(huán)境污染小、成本低、易于商業(yè)化的有較強(qiáng)競(jìng)爭力的實(shí)驗(yàn)方法。4.缺點(diǎn)：它不能應(yīng)用于對(duì)水敏感的化合物參與的反應(yīng)；此外在高溫高壓下有些反應(yīng)物無法在水中溶解，這樣反應(yīng)物較低的溶解性就使得反應(yīng)很難發(fā)生。D1999200020012002200320042005二、溶劑熱合成1.定義：在水熱方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的材料制備方法，將水熱中的水換成有機(jī)溶劑（例如：醇、有機(jī)胺、苯或四氯化碳等），采用類似水熱法的原理制備在水溶液中無法生長，易氧化、易水解或?qū)λ舾械牟牧稀?.優(yōu)點(diǎn)：（1）在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的反應(yīng)能夠有效地抑制產(chǎn)物的氧化過程或空氣中氧的污染。（2）由于有機(jī)溶劑的低沸點(diǎn)，在同樣的條件下可以達(dá)到比水熱更高的氣壓，從而有利于產(chǎn)物的結(jié)晶。（3）非水溶劑的采用使得溶劑熱法可選擇原料的范圍大大擴(kuò)大。D1999200020012002200320042005三、溶膠－凝膠法1.基本概念（1）定義：溶膠－凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。（2）膠體：一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。D1999200020012002200320042005（3）溶膠：具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之間。（4）凝膠：具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1％～3％之間。D19992000200120022003200420052.基本原理（1）溶劑化：M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+（2）水解反應(yīng)：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n（3）縮聚反應(yīng)（4）失水縮聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O（5）失醇縮聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROHD19992000200120022003200420053.優(yōu)勢(shì)（1）起始原料是分子級(jí)的能制備較均勻的材料（2）較高的純度（3）組成成分較好控制，尤其適合制備多組分材料（4）可降低程序中的溫度（5）具有流變特性，可用于不同用途產(chǎn)品的制備（6）可以控制孔隙度（7）容易制備各種形狀D19992000200120022003200420054.缺陷（1）原料成本較高（2）存在殘留小孔洞（3）存在殘留的碳（4）較長的反應(yīng)時(shí)間（5）有機(jī)溶劑對(duì)人體有一定的危害性D1999200020012002200320042005四、微波輻射合成1.微波與固相合成反應(yīng)固相反應(yīng)常常伴隨有氣體的產(chǎn)生，這部分氣體產(chǎn)物釋放（或逸出）往往會(huì)直接影響到產(chǎn)品的性能。對(duì)傳統(tǒng)的固相反應(yīng),要么有一部分氣體被保留在樣品內(nèi)部；要么發(fā)生氣體的劇烈膨脹而造成產(chǎn)品的致密度減小，空間或空隙度增加。采用微波燒結(jié)技術(shù)，由于微波的內(nèi)加熱特點(diǎn)，燃燒波是沿徑向從樣品中心向外傳播，它與氣體的逸出方向一致，可以有效地將氣體驅(qū)趕出來，因此，可以使我們獲得致密性能很好的燒結(jié)產(chǎn)品。D19992000200120022003200420052.微波輻射無機(jī)合成（1）直接反應(yīng)如制備碳化物、氮化物和硅化物等。（2）溶液反應(yīng)制備羥磷飛石（3）特種玻璃制造D19992000200120022003200420053.微波高分子溶液聚合極性溶劑吸收微波能量顯著大于非極性溶劑，也就是說在極性溶劑中用微波法進(jìn)行反應(yīng)可以顯著提高反應(yīng)速率。這一規(guī)律運(yùn)用于聚合反應(yīng)中也非常有效（尤其在