精细有机合成化学与工艺学第2章精细有机合成基础课件.ppt

1、12/17/20221第2 2章精细有机合成基础010203概况三点击此处输入相关文本内容整体概况概况一点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容312/17/2022本章教学基本内容和要求1 1、芳香族亲电取代的定位规律补充一：芳香族的亲核取代反应补充二：自由基反应2 2、化学反应的计量学3 3、化学反应器4 4、精细有机合成中的溶剂效应5 5、有机合成新技术教学重点：芳香族亲电取代反应及定位规律教学难点：有机合成新技术412/17/20222.1 芳香族亲电取代的定位规律一、反应历程以苯的一元亲电取代为例，其反应过程可表示如下：络合物又叫惠兰特中间体或碳正离子中间体+E+E+E

2、H+-H+E络合物络合物快慢EH+EH+EH+K-1k1k2化学反应所经历的途径或过程，又称反应机理。络合物证据512/17/2022图2-1 苯系亲电取代的能量变化图E3612/17/2022CH3C2H5FBF3,-80CH3H3C+CH3CH3H3CHC2H5BF4-15CH3CH3H3CC2H5+HF+BF3络合物，橙色固体，熔点-15支持络合物存在的证据：NO2FBF3,-50+HF+BF3CF3+HCF3NO2 BF4-CF3NO2络合物，固体，无一定熔点712/17/2022二、苯的二元亲电取代反应1、概念 苯的二元亲电取代是指一元取代苯再进行第二次亲电取代的反应。在绝大多数情况

3、下，反应的结果是苯环上的另一个氢被取代成为二元取代苯。BAABABAB+812/17/20222、单环芳烃二元亲电取代反应的定位规律1、定位规律EAAEAEAE+决定反应的难易以苯的相对反应速率为标准，分为和决定反应的位置以邻对位产率60%为标准，分为和理论平均值：定位基团912/17/2022表2-1 邻、对位定位基和间位定位基定位效应强度取代基电子效应综合性质邻、对位定位最强-O-给电子诱导效应、给电子共轭效应活化基强NR2、NHR、NH2、OH、OR吸电子诱导效应小于给电子共轭效应*给电子诱导效应，给电子超共轭效应中OCOR、NHCOR弱NHCHO、C6H5、CH3*、CR3*弱F、Cl

4、、Br、I、CH2Cl、CH=CHCOOH、CH=CHNO2吸电子诱导效应大于给电子共轭效应间位定位强COR、CHO、COOR、CONH2、COOH，SO3H、CN、NO2、CF3*、CCl3*吸电子诱导效应、吸电子共轭效应*只有吸电子诱导效应钝化基最强NH3+、NR3+吸电子诱导效应1012/17/2022练习1：指出下列物质取代反应的位置COCH3CH2CH3SO3H练习2：排出下列物质取代反应的难易顺序CH3BrNO2OHCHOH1112/17/2022练习3：选择合理的合成路线ClSO3HNO2COCH3ClCOCH3NO21212/17/2022NO2BrCOOHCH3氧化、硝化、溴

5、化CH3NO2BrCOOH硝化、溴化、氧化CH3BrCH3引入第三个基团时，前两个基团的定位作用一致更好。COOHNO2COOHHNO3H2SO4NO2BrCH3CH3NO2BrCOOH1312/17/2022三、苯环上的已有取代基的定位规律及影响因素1 1、已有取代基的电子效应诱导效应(Inductive effect)（I）：由电负性大小决定。共轭效应（T T）：包括-共轭和p-p-共轭。I:I:供电子-I:-I:吸电子T:T:供电子-T:-T:吸电子1412/17/2022n有+I，无T：如-C2H5，-CH3（1）使-配合物稳定，活化苯环；（2）使邻、对位取代产物更稳定；（3）为邻、对

6、位定位基。C:C:I:I:-CH3是斥电子基CHHH超共轭使苯环上电子云密度使苯环上电子云密度+C、+I同 向，都使苯环上电子云+C、+I同 向，都使苯环上电子云密度密度CHHH1512/17/2022n有-I，无T：如-N+(CH3)3、-CF3、-CCl3等（1）使-配合物均不稳定，使苯环钝化；（2）使邻、对位取代产物更不稳定；（3）为间位定位基。1612/17/2022n有-I，-T：如-NO2、-CN、-COOH、-CHO等（1）诱导效应与共轭效应作用一致；（2）则使苯环钝化；（3）间位定位基。1712/17/2022n有+I，+T：如-O-、-CH3（1）共轭效应与诱导效应作用一致；

7、（2）则使苯环活化；（3）邻、对位定位基。1812/17/2022n有-I，+T，且|-I|+T|：如-F,-Cl,-Br,-I等（1）总效果使苯环电子云密度降低；（2）使取代基邻、对位电子云密度低于间位；（3）邻、对位定位基。ClNH2O=N O+0.0041+4.46+0.0202-0.0030-0.02+0.260+0.191+0.2702012/17/2022两类定位基：n邻、对位定位基（第一类定位基）：-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。n间位定位

8、基（第二类定位基）：-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。2112/17/20222 2、已有取代基的空间效应n已有取代基的空间效应 Ro/p-CH31.66-C2H50.90-CH(CH3)20.41-C(CH3)30.12(1)(1)在极性效应相差不大时，已有取代基体积越大，邻位异构产物的比例越小。表 一硝化（AcONO2,0),0)产物异构体比例R2212/17/2022(2)当极性效应起主导作用时，结果可能相反。Xo/p-F0.15-Cl0.55-Br0.77-I0.83

9、表 一 硝化（HNO3,67.5%H2SO4,25)产物异构体比例X2312/17/2022n新引入基团的空间效应 新引入取代基的体积越大，邻位产物越少。表 甲苯C-烷化反应新引入基团对异构体比例的影响新引入基团反应条件异构产物比例，邻位间位对位CH3CH3Br(GaBr3,C6H5CH3,45)55.79.934.4C2H5C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25)38.421.040.6CH(CH3)2CH(CH3)2Br(GaBr3,C6H5CH3,25)26.226.247.2C(CH3)3C(CH3)3Br(GaBr3,C6H5CH3,25)032.167.92412/17/2

10、0223 3、亲电试剂的活泼性（电子效应）n亲电试剂的活泼性越高，亲电取代反应速度越快，反应的选择性越低。n亲电试剂的活泼性越低，亲电取代反应速度越低，反应的选择性越高。2512/17/2022异构产物比例，反应类型氯化C-酰化C-烷化反应条件Cl2(CH3COOH,25)CH3COCl(AlCl3,C2H4Cl2,25)C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25)kT/kB3401282.47表 亲电试剂活泼性的影响H3C59.80.539.7H3C1.171.2597.6H3C38.421.040.62612/17/20222.1 芳香族亲电取代的定位规律4 4、亲电试剂的空间效应（P

11、10 P10 图2-32-3）5 5、新取代基的空间效应6 6、反应的可逆性2712/17/2022n温度 （1 1）通常情况下，温度升高，亲电取代反应活性增高，选择性下降。NO2NO2NO2NO2NO2NO2NO2混酸硝化0 5 94 140 7 91 290 13 85 27 7、反应条件的影响2812/17/2022 （2）使不可逆的磺化、C-烷化反应转变为可逆反应，从而影响产物异构体的比例。CH3CH3SO3HCH3SO3HCH3SO3HCH3SO3HCH3SO3HCH3SO3H043%4%53%4.3%54.1%35.2%200实例1 1：磺化磺化2912/17/2022实例2 2：

12、CH3CH3CH(CH3)2CH2=CH-CH3CH3CH(CH3)2CH(CH3)2CH3CH2=CH-CH3CH3CH(CH3)2CH3CH(CH3)2CH(CH3)2CH3AlCl3,034%25%41%AlCl3,11012%6570%2830%3012/17/2022n反应介质NH COCH3NHCOCH3NO2NHCOCH3NO2NHCOCH3NO2硝化反应介质+乙酸酐 约9292 少量 约8 8 硫酸 约3030 少量 约70703112/17/2022n催化剂的影响 （1 1）改变E+的极性效应或空间效应。（2 2）改变反应历程。OOOOSO3HOOSO3H磺化磺化HgSOHg

13、SO4 4催化3212/17/2022n已有两个取代基为同一类型定位基，且处于间位，则定位作用一致。n已有两个取代基为同一类型定位基，且处于邻、对位，则定位作用不一致取决于定位能力的强弱。CH3CH3COOHCOOH四、苯环上已有两个取代基的定位规律主产物少量NHCOCH3CH33312/17/2022n已有两个取代基为不同类型定位基，且处于邻、对位，则定位作用一致。n已有两个取代基为不同类型定位基，且处于间位，则定位作用不一致取决于第一类定位基。CH3NO2NHCOCH3COOH3412/17/2022 (1)苯环上已有取代基的定位效应具有加和性。(2)当苯环上已有两个取代基对新取代基的定位

14、效应不一致时，新取代基进入苯环的位置取决于已有取代基定位效应的强弱。通常活化基的定位效应大于钝化基的定位效应；邻、对位的定位效应大于间位的定位效应。活化基的定位效应有下列强弱次序：O-NH2NR2OHCH3、NHCOCH3CH3X (3)当苯环上两个取代基都是钝化基时，很难再进入新取代基。钝化基的定位效应有下列强弱次序：N(CH3)3+NO2CNSO3HCHOCOCH3COOH (4)新取代基一般不进入1,3-取代苯的2位。苯的多元亲电取代反应的定位规律3512/17/2022CH3NO2NO2OHCH3CH3NH2ClOHNH2CH3NH2NO2ClNO2OHClBr3612/17/2022

15、CH3ClCH3ClCH3ClOHCH3NO2COOHNO2NO2NO2CH3NO2CH3NO2O2N3712/17/2022练习：在下述两题中，各选择一条更好的合成路线。-BrCH3CH3SO3HCOOHCOOHCH3SO3H-BrCH3CH3CH3COOHCOOH-Br-BrCH3CH33812/17/2022五、萘环的定位规律 萘的结构X射线衍射结果：萘分子中，18个原子共平面。0.142nm0.136nm0.140nm0.139nmC-C键长：C=C键长：0.154nm0.134nm通常：其中：123456781,4,5,8 位2,3,6,7 位9,10位 萘分子中亦有离域现象，单、双

16、键键长趋于平均化（但未完全平均化）。OHOH3912/17/2022五、萘环的定位规律n萘环的特性 （1 1）比苯环更易发生亲电取代反应。HEHEHEHEHEHEHEHEHEHE-位-位4012/17/2022 （2 2）位比位的亲电取代反应活性高，E E+优先进攻位。95%5%硝化90%10%85%15%氯化低温磺化（3）某些反应在一定条件下可逆，使低温反应产物以位为主，高温反应产物以位为主。SO3HSO3H6060磺化160160磺化160160异构化SO3HH原因解释:SO3HHH4112/17/2022n已有一个取代基的定位作用OH（1 1）已有一个第一类取代基 CH3CH3 大多使萘

17、环活化，新取代基进入已有取代基的同环。4212/17/2022 （2 2）已有一个第二类取代基 NO2NO2ENO2EE+使苯环钝化，新取代基进入异环的位。SO3HSO3HNO2SO3HNO2硝 化+4312/17/2022六、蒽醌环的定位规律n蒽醌环的特点（1 1）亲电取代反应活性低；（2 2）两个边环具有等同性；（3 3）位比位活泼。OOOONO2OONO2NO2OO4412/17/2022n蒽醌环的定位规律n催化剂的影响OOOOSO3HOOSO3H磺化磺化HgSOHgSO4 4催化4512/17/2022芳香族的亲核取代反应(补充一）由硝基苯加氢还原制备NH2条件苛刻ClNH3/Cu2O

18、200 C,6MPa。ClNaNH2液NH3,-33NH2ClNO2NH2NH3NO24612/17/2022(A)负离子：OH-、RO-、ArO-、NaSO3-、NaS-、CN-等(B)极性分子中偶极的负端：NH3、RNH2、RRNH、A rNH2和NH2OH等芳香族亲核取代是亲核试剂对芳环进攻的反应。反应类型1 芳环上氢的亲核取代；2 芳环上已有取代基的亲核取代；3 通过苯炔中间体的亲核取代反应历程1 双分子反应2 单分子反应3 苯炔中间体常用的亲核试剂芳香族的亲核取代反应(补充一）4712/17/2022一、反应动力学与历程1、双分子反应(加成-消除机理)XNO2+Nu-Nu+X-NO2

19、XNO2Nu迈森海默络合物4812/17/20221902年，迈森海默(Meisenheimer)从下列反应的过程中，曾分离出所形成的 络合物，证实了上述亲核取代反应历程是通过负碳离子小间体进行的。文献上常把芳香族亲核取代反应中的络合物叫做迈森海默络合物：4912/17/20222、单分子反应=k ArN2+该反应分两步进行：5012/17/20223、消除-加成机理(苯炔机理)当苯环上没有较强的吸电子基存在时，卤原子被取代的反应是按照消除-加成机理进行的：ClNaNH2液NH3,-33NH25112/17/2022ClHNaNH2/液NH3-HClNH2-NH2-NH3NH3NH2-NH2N

20、H2-NH2+NH2-+NH2-“苯炔”非正常三键条件苛刻ClCH3NH2CH3CH3NH2+KNH2-液NH338%（预期的）62%（非预期的）消除-加成机理(苯炔机理)如下：5212/17/20225312/17/2022表115 芳环上已有取代基的亲核置换反应反应物亲核试剂反应产物单元反应羟基化烷氧基化芳氧基化氨解氨解磺化ArCl 或 ArBr NaOH、H2ORONaArONa、ArOKNH3、NH4OHRNH2Na2SO3Na2SNaCNArOHArORArOArArNH2ArNHRArSO3NaArSHArCN5412/17/2022羟基化氨解芳胺基化烷氧基化芳氧基化氨解磺化羟基化

21、卤素置换羟基化芳胺基化氨解芳胺基化ArSO3HNaOH、KOHNH4OHArNH2NaCNArOHArNH2ArNHArArCNArNO2ROKArOKNH4OHNa2SO3ArORArOArArNH2ArSO3NaArN2 Cl 或 ArN2 HSO4 H2OHCl(CuCl)NaCu(CN)2ArOHArClArCNArNH2H2O(NaHSO3)ArNH2ArOHArNHArArOHArNH2ArNHArNH3、NH4OHArNH25512/17/20221、自由基在溶液中生成后，对其他型体的进攻，或者对同一型体进攻其不同位置的选择性都较低。2、绝大部分自由基反应一经引发，通常都能很快进

22、行下去，具有低能障的快速连锁反应特征。3、自由基反应很易受到某些物质的抑制，这些物质能非常快地与自由基反应，如酚类、醌类、二苯胺、碘等，使自由基反应终止。1、有机化合物的燃烧过程，几乎全是自由基反应；2、烃类在气相中和氯反应，以及和四氧化二氮反应分别生成氯代烷烃和硝基烷烃也属自由基反应。自由基反应的特征：自由基反应(又称游离基反应)（补充二）5612/17/2022一、反应历程1、自由基的形成采用可见光或紫外光照射就能使有机化合物生成自由基 光解CH3COCH3hCH3COCH3CO+CH3nmKJmol-1nmKJmol-1200250300350598.7479.0399.0342.140

23、0450500299.4265.9239.5Cl-Cl Cl +Clhvh+RNNRRNN+R表1-16 光的能量换算表5712/17/2022 热解此法产生自由基的最适宜的温度为50150。热解法用的化合物主要有两类：1)含有较弱键能的化合物，特别是如二烷基过氧化物(离解能DO-O155KJmol-1)，氯(DCl-Cl238KJmol-1)溴(DBr-Br188KJmol-1)。2)易于分解的偶氮化合物或过氧羧酸酯，分解时生成非常稳定的产物(如N2或CO2).NN+(CH3)2CCNN2(CH3)2CCN2(CH3)2CCN+(CH3)3C2(CH3)2COCO2OOOOC(CH3)3CO

24、OC5812/17/2022 氧化还原反应按此法产生自由基都涉及个电子的转移(如Cu+/Cu2+、Fe2+Fe3+等金属离于)。例如用cu+可以明显加速酰基过氧化物的分解：+OO(C6H5COO)2+Cu+C6H5C C6H5COO-+Cu2+H2O2+Fe2+HO +OH-+Fe3+芬顿试剂5912/17/20222、自由基反应的分类自由基与饱和有机化合物反应时，通常要从碳原子上夺取一个原子，一般是氢：夺取反应四种简单烃的CH键的离解能为：因此，自由基反应的活泼性次序由大到小为：叔丁烷丙烷乙烷甲烷，通常的规律为：叔C-H仲C-H伯C-H。键H-CH3H-CH2CH3H-CH(CH3)2H-C

25、(CH3)3离解能（kJmol-1）4264013853726012/17/2022CH3CH=CH2+Cl2为什么不是加成反应？为什么取代在-位？原因：反应条件，易产生自由基Cl22Cl原因：稳定(p-共轭)CH2CH=CH2历程自由基取代反应CH2CH=CH2ClHHHHH+CCC6112/17/2022CH3CH3Cl2光照Cl2FeCl3CH2ClCl2光照CHCl2Cl2光照CCl3CH3CH3ClCl+6212/17/2022加成反应自由基可加成到各种不饱和基因上去。最重要的是加成到CC键上，这种加成反应的选择性良好。注意：自由基加成到烯烃CH2CHX上时，不论X的性质，反应几乎全

26、部发生在亚甲基上。OCHRCCH846312/17/2022CH3CH=CH2+HBrCH3CHBrCH3CH3CH2CH2Br链引发：R2O22RORO+HBrROH+Br 链增长：CH3CH=CH2+BrCH3CHCH2BrCH3CHCH2Br+HBrCH3CH2CH2Br+BrCH3CHBrCH2唯一6412/17/2022偶联及歧化 偶联反应是两个自由基的化合导致生成新键，成为二聚物，如RR。这类偶联反应不仅可以发生在相同的自由基之间，也可以发生在不同的自由基之间。歧化反应是发生在-氢原子由一个自由基转移到另一个自由基的过程。例如：6512/17/20223、自由基反应历程以甲烷的氯代

27、反应为例：CH4CH3+HCl反应条件：漫射光或加热400-500Cl2CH2+HClCH+HClCl2Cl2C+HClCl2一氯甲烷二氯甲烷氯仿四氯化碳几点反应事实：光照Cl2气和CH4气混合物，反应可以进行；光照Cl2气后，迅速和CH4气混合，反应可以进行；光照CH4气后，迅速和Cl2气混合，反应不能进行；光照Cl2气，延时再和CH4气混合，反应不能进行。6612/17/2022（1）甲烷的氯代反应历程（1）ClCl光或热2Cl（3）CH3+Cl2CH3Cl+Cl（2）Cl+CH4CH3+HCl每一步都产生一个链反应链引发链增长反复进行（5）CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl（4）Cl+

28、CH3Cl CH2Cl+HCl自由基之间相互碰撞链终止Cl+CH3Cl+ClCH3+CH3Cl2CH3ClCH3CH3CH3H光或热CH3+H？Cl+CH4CH3Cl+H？6712/17/2022（2）甲烷氯代反应的能量变化链引发，为什么不是CH3H光或热CH3+H 链增长，为什么不是 Cl+CH4HCl+CH3Cl+CH4CH3Cl+H 离解能()431HCl349CH3Cl243ClCl435CH3H能量变化是反应的基本动力断裂价键需要能量 生成价键放出能量ClCl CH3H 需要的能量越少，放出的能量越多，反应越容易进行。HCl CH3Cl6812/17/2022二、常见的自由基反应1、

29、生成C-X键的反应 大多数的卤化有机化合物可以采用卤化剂通过自由基取代反应或加成反应制得，常用的卤化剂上要有卤素和卤化氢，其次还有硫酰氯、N-溴化丁二酰亚胺、次卤酸叔丁酯及多卤化甲烷等。(1)饱和有机卤化合物(2)不饱和有机卤化合物(3)重氮基被氯或溴置换6912/17/2022 注意：此反应不能用来制备芳基氟和芳基碘。桑德迈尔(sandmeyer)反应该反应是按自由基反应历程进行的：ArN2X ArX+N2CuXArN2+Cl-+CuX Ar +N2+CuX2Ar +CuX2 ArX+CuX7012/17/20222 生成C-N键的反应7112/17/2022这种气相硝化反应的历程与也属于自

30、由基反应历程。3、生成C-O键的反应4、生成C-S键的反应7212/17/20222.2 化学反应的计量学n反应物的摩尔比n限制反应物和过量反应物n过量百分数n转化率n选择性n理论收率n质量收率n原料消耗定额n单程转化率和总转化率7312/17/2022ClC-烷化氧化酸解CH(CH3)2C OCH3H3COHOH磺化水解（碱熔）氯化气固相接触催化水解高压液相碱性水解氧化脱羧硝化还原重氮化水解CH3SO3HCOOHNO2NH2N2+Cl-2.2 化学反应的计量学n对具体产品选择和确定技术上和经济上最合理的合成路线和工艺路线。n对单元反应确定最佳工艺条件、合成技术和完成反应的方法。7412/17

31、/20221、合成路线：指的是选用什么原料，经由哪几个单元反应来制备目的产品。如苯酚的生产可以有好几条合成路线，它们各有优缺点。2、工艺路线：指的是对原料的预处理（提纯、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸发、汽化、加热）和反应物的后处理（蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干燥等）应采用哪些化工过程（单元操作）、采用什么设备和什么生产流程等。3、反应条件：指的是反应物的摩尔比，主要反应物的转化率（反应深度）、反应物的浓度，反应过程的温度、时间和压力以及反应剂、辅助反应剂、催化剂和溶剂的使用和选择等。这些将结合到产品生产制备过程中讲，讨论影响反应的因素。4、合成技术：主要指的是非均相接触催化

32、、相转移催化、均相络合催化、光有机合成和电有机合成以及酶催化等。5、完成反应的方法：主要指的是间歇操作和连续操作的选择，反应器的选择和设计。7512/17/2022 为完成化工生产，我们必须对所涉及的物料性质有充分了解，归纳起来有以下几点：（1）物料在一定条件下的化学稳定性、热稳定性、光稳定性以及贮存稳定性（包括与空气和水分长期接触的稳定性）等。（2）熔点（凝固点）、沸点、在不同温度下的蒸汽压；物料在水中的溶解度、水在液态物料中的溶解度；物料与水是否形成共沸物，以及共沸温度和共沸物组成等。（3）相对密度、折光率、比热、导热系数、蒸发热、挥发性和粘度等。（4）闪点、爆炸极限和必要的安全措施。（5

33、）毒性，对人体的危害性，在空气中的允许浓度，必要的防护措施以及 中毒的急救措施。（6）物料的商品规格、各种杂质和添加剂的允许含量、价格、供应来源、包装和贮运要求等。7612/17/2022化学计量比 1 2投料摩尔数 5 10.7反应物的摩尔比 1 2.14 一、反应物的摩尔比 指加入反应器中的几种反应物之间的物质的量（摩尔）之比。例如：Cl2HNO3+2H2OClNO2NO2+2.2 化学反应的计量学7712/17/2022二、限制反应物和过量反应物化学计量比 1 2投料摩尔数 5 10.7投料摩尔比 1 2.14 化学反应物不按化学计量比投料时，以最小化学计量数存在的反应物叫做限制反应物，

34、而投入量超过限制反应物完全反应的理论量的反应物叫做过量反应物。Cl2HNO3+2H2OClNO2NO2+限制反应物过量反应物7812/17/2022三、过量百分数100%nnntteNe过量反应物的物质的量；Nt与限制反应物完全反应所消耗的过量反 应物物质的量。过量反应物超过理论量部分占所需理论量的百分数，叫做过量百分数。过量百分数7912/17/2022例：%7%10025257.10化学计量比 1 2投料摩尔数 5 10.7投料摩尔比 1 2.14 硝酸过量百分之多少？硝酸的过量百分数Cl2HNO3+2H2OClNO2NO2+限制反应物过量反应物8012/17/2022四、转化率(X X)

35、某一反应物A反应掉的量nA,R占其投料量nA,in的百分数叫做反应物A的转化率XA。XA nA,RnA,in100100nA,out-nA,innA,in8112/17/2022五、选择性(S)某一反应物A转化为目的产物P时，化学计量系数是a/p，设A输入和输出反应器的物质的量为nA,in和nA,out，实际生成目的产物P的物质的量为nP，理论上应消耗的A的物质的量为nP a/p。则由A生成P的选择性S为：aA bB=pPSAnPapnA,R100100nPapnA,innA,out化学计量比8212/17/2022六、理论收率(Y)当输入反应物A的物质的量为nA，in时，实际得到的目的产物P

36、的物质的量nP占理论应得到的目的产物P的物质的量的百分数，叫做理论收率。YP100nPapnA,inYP100nPapnA,inYSX8312/17/2022例：H2NH2SO4H2NSO3H+100mol 89mol 2mol 少量H2N+焦油X苯胺100210010098S90.828911001002YX苯胺S9890.8289.08910011008412/17/2022七、总收率 指反应物经过预处理、化学反应和后处理之后，所得目的产物的总收率。例：将前述例题中生成对氨基苯磺酸的反应物通过分离精制后，得到87mol的对氨基苯磺酸，则分离过程的收率为：%75.97%1008987分Y总收

37、率：%00.87%10010087%00.87%75.97%89总总或YY8512/17/2022八、质量收率(Y Y质)NH2H2SO4NH2SO3H+例：目的产物的质量占某一输入反应物的质量百分数，叫做质量收率。质量 100kg 163.5kg纯度 99 98相对分子量 93 231.2%8.161%100%99100%985.163质Y8612/17/2022九、原料消耗定额 每生产一吨产品需要消耗的各种原料的量（吨或千克）叫做原料消耗定额。对主要反应物来说，它实际上就是质量收率的倒数。NH2H2SO4NH2SO3H+质量 100kg 163.5kg纯度 99 98相对分子量 93 23

38、1.2例：苯胺的消耗定额10099%/163.598%0.618t618kg8712/17/2022九、单程转化率(X单)和总转化率(X总)，反应物A输入和输出反应器的物质的量 ，反应物A输入和输出全过程的物质的量X单nA,inRnA,outRnA,inR100X总nA,inSnA,outSnA,inS100nA,outRnA,inRnA,outSnA,inS8812/17/2022例：在苯一氯化制氯苯时，为了减少副产二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反应产物中含38mol氯苯，1mol二氯苯，还有61mol未反应的苯，经分离后可回收60mol苯，损失1mol苯，如下图所示：C6

39、H6100反应器分离器C6H6 61 C6H6 1C6H5Cl 38 C6H5Cl 38C6H4Cl2 1 C6H4Cl2 1%00.95%44.97%50.97%00.95%100601001138%44.97%100611001138%50.97%1006010061100%00.39%10010061100 或或生成氯苯的总收率生成氯苯的总收率生成氯苯的选择性生成氯苯的选择性苯的总转化率苯的总转化率苯的单程转化率苯的单程转化率8912/17/20229012/17/2022302.3 化学反应器化学反应器在结构和材料上的基本要求是：传质、传热、操作方式、机械强度和耐蚀性等。9112/17

40、/2022 化学反应器是反应原料在其中进行化学反应、生成目的产物的设备。化学反应器在结构和材料上必须满足以下要求：（1）对反应物料（特别是非均相的气液反应物、液液反应物、气固反应物、液固反应物、气液固三相反应物）提供良好的传质条件，便于控制反应物系的浓度分布，以利于反应的顺利进行；（2）对反应物料（特别是强放热或强吸热的反应物系）提供良好的传热条件，便于热效应的移除或供给，以利于反应物系的温度控制；（3）在反应的温度、压力和介质条件下，具有良好的力学强度和耐腐蚀性能；（4）能适应反应器的操作方式（间歇操作或连续操作）。2.3 化学反应器9212/17/20229312/17/2022型式图号结

41、构特点适用场合及应用举例立式搅拌锅1-1a标准型,带椭圆底或折边球形底在液体介质内进行的各种反应1-1b带锥形底结晶形产物或需静止分层的产物1-1c半球形底压热反应,如氨化、水解等加压下的反应9412/17/2022双桨式（单桨式）框锚式 叶片锚式直叶涡轮框式单螺带螺杆 双螺带 各种搅拌器形式9512/17/2022型式图号结构特点适用场合及应用举例卧式反应锅1-2a卧式圆筒内设搅拌带固体沉淀物的反应，如-氯蒽醌的氨化1-2b圆筒形，内设钢球或磁球，筒体旋转需要不断粉碎结块固体的场合，用于固体缩合反应等9612/17/2022型式图号结构特点适用场合及应用举例管式反应器1-3a水平管式气相或均

42、液相反应，如水解反应等1-3b垂直排管气液相反应，带悬浮固体的液固或气液固反应，如液相催化加氢还原1-3c环形管内设搅拌器非均液相反应，如芳烃液相氧化或烷基化反应。1-3d水平管带螺杆搅拌器粘稠物料与半固体物料的反应d9712/17/2022型式图号结构特点适用场合及应用举例塔式反应器1-4a圆柱形塔体内设挡板及鼓泡器气液相反应，汽液固三相反应，如芳烃液相氧化及烃化反应硝基物加氢还原1-4b塔内部有填充物气体的化学吸收苯的沸腾氯化制氯苯1-4c塔体内部有塔板结构气液相逆流操作的反应，要求伴随蒸馏的化学反应，如酯化反应及异丙苯氧化反应1-4d塔体内部有搅拌装置或脉冲振动装置气液、液液、液固等得均

43、相反应及要求伴随萃取的化学反应，如硝化废酸的萃取9812/17/2022型式图号结构特点适用场合及应用举例固定床反应器1-5a单简体内装催化剂 气固、液固、气液固相催化反应如硝基物气相加氢还原及液相加氢还原1-5b列管式，管内装催化剂反应热较大的快速气固相催化反应，如芳烃的气相催化氧化9912/17/2022流化床反应器1-6圆筒形，催化剂靠气速或液速呈流化状态放热量较大的气固相或气液固相催化反应，如芳烃的氧化、硝基物催化加氢还原喷射型反应器1-7类似喷射器结构气液、液液相快速反应，例如某些中和及酯化反应、气体的化学吸收泵式反应器1-8类似水环泵或透平泵结构液相、气液相等快速反应如烷基苯的磺化

44、反应等。10012/17/20222.4 2.4 精细有机合成中的溶剂效应一、溶剂的分类n按化学结构分类无机溶剂：水、液氨、液体二氧化硫、氟化氢、浓 硫酸、熔融氢氧化钠和氢氧化钾、四氯 化钛、三氯化磷合三氯氧磷等。有机溶剂：脂烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、胺、腈、酰胺、砜和亚砜、杂环化合物等。10112/17/2022n按偶极矩和介电常数分类：极性溶剂和非极性溶剂（1）偶极矩（）：指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中的一个电荷的电量（q），与这两个电荷间距离（d）的乘积，单位：德拜（D）。即：qdCl例：1.54D10212/17/2022极性溶剂：分子中

45、具有永久偶极的溶剂。有机溶剂的偶极矩在0 05.5D5.5D之间。非极性溶剂 分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。2.5D的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等。偶极矩主要影响在溶质（分子或离子）周围溶剂分子的定向作用。10312/17/2022（2）介电常数（）也叫电容率或相对电容率，是表示电介质或绝缘材料电性能的一个重要参数。具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制形成一个有序排列，即极化作用，极化作用越大，介电常数越大。介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它偶极定向的能力。10412/17/2022极性溶剂：1520非极性溶剂：1520 介电常数主要影响溶剂中离子

46、的溶剂化作用和离子体的离解作用。有机溶剂的介电常数在2190之间，越大，溶剂极性越强。10512/17/2022n按能否提供质子形成氢键来分类：质子传递型溶剂：能提供质子形成氢键。如羟基、氨基、羧基和酰胺基非质子传递型溶剂：不能提供质子形成氢键。10612/17/2022n按专一性溶质、溶剂相互作用分类质子传递极性溶剂：水、甲酸、甲醇、乙醇、正丁醇、乙二醇及其单甲醚和单乙醚等。质子传递非极性溶剂：乙酸、戊醇、乙二醇单乙醚等。非质子传递极性溶剂：高介电常数，高偶极矩。丙酮、DMF、硝基苯、乙腈、二甲基亚砜、环丁砜等。非质子传递非极性溶剂：低介电常数，低偶极矩。烷烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、叔胺、二

47、硫化碳等。10712/17/2022n按Lewis酸碱理论分类Lewis酸碱理论：酸是电子对受体（EPA）碱是电子对给体（EPD）:A +:B A B 酸(EPA)碱(EPD)酸-碱配合物 亲电试剂 亲核试剂 EPA/EPD配合物 10812/17/2022EPAEPA溶剂：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂，择优使EPDEPD或负离子溶剂化。如水、醇、酚、羧酸等。EPDEPD溶剂：具有富电子或碱性部位，亲核试剂，择优使EPAEPA或正离子溶剂化。如：醇、醚、羰基化合物中的氧 氨类和N N杂环化合物中的氮原子10912/17/2022二、“相似相溶”原则溶质易溶于化学结构相似的溶剂，不易溶于化学结

48、构完全不同的溶剂。11012/17/2022三、溶剂极性对反应速率的影响1、Houghes-Ingold规则n 对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度增加的反应，溶剂极性增加，使反应速度加快。异性电荷分离电荷密度增加S SN N1 1反应：RX+RX-R+X-+11112/17/2022n 对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度降低的反应，溶剂极性增加，使反应速度减慢。S SN N2 2反应电荷分散电荷密度降低YRX-RXY-+RX-Y+n对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度变化很小或无变化的反应，溶剂极性的改变对反应速度的影响极小。局限性：忽略了溶剂的类型、溶剂的EPDEPD和EPA

49、EPA性质及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。11212/17/2022四、有机反应中溶剂的使用和选择溶剂对反应物和反应产物不发生化学反应，不降低催化剂的活性。溶剂本身在反应条件下和后处理条件下是稳定的。溶剂对反应物有较好的溶解性，或者使反应物在溶剂中能很好的分散。溶剂容易从反应体系中回收，损失少，不影响产品质量。溶剂应尽可能不需要太高的技术安全措施。溶剂的毒性小、含溶剂的废水容易治理。溶剂的价格便宜、供应方便。11312/17/20222.5 有机合成技术 2.5.1气-固相接触催化一、气-固相接触催化反应概念 指气态反应物在一定的温度、压力下连续地通过固体催化剂的表面而完成反应的。如气相催

50、化加氢、气-固相催化氧化反应等。11412/17/2022二、催化剂的活性和寿命(1)(1)催化剂的活性 指加速化学反应的能力，习惯上常以每单位体积(或单位质量)催化剂在指定反应条件下，单位时间内所得到的目的产物的质量来表示，单位是LL-1h-1(或-1 h-1)。又称为催化剂的负荷，这种参数主要用于连续生产。催化剂从开始使用到完全丧失活性的期限称催化剂寿命，催化剂寿命是使用催化剂的重要经济指标。(2)(2)催化剂的寿命11512/17/2022三、催化剂的毒物、中毒和再生 催化剂的毒物：指能使催化剂活性或选择性下降的微量外来物质。催化剂中毒：指微量外来毒物使催化剂活性或选择性下降的现象。它通