原子经济性反应

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原子经济型反应

原子经济型反应
原子经济性反应是一种化学反应，其中反应物中的原子尽可能多地被转化为产物中的原子，从而减少废物的产生。

这种反应具有很高的经济性和环境友好性，因为它可以最大限度地利用反应物，减少废物的产生，并且减少对环境的影响。

原子经济性反应的实现需要选择合适的反应条件和催化剂，以促进反应的进行并提高反应的选择性。

在化学合成中，原子经济性反应可以通过选择合适的反应路线和反应条件来实现，例如使用绿色化学技术、选择高效的催化剂、优化反应条件等。

原子经济性反应的优点包括：
1. 提高反应的经济性：原子经济性反应可以最大限度地利用反应物，减少废物的产生，从而提高反应的经济性。

2. 减少对环境的影响：原子经济性反应可以减少废物的产生，从而减少对环境的影响。

3. 提高反应的选择性：原子经济性反应可以提高反应的选择性，从而减少副产物的产生。

4. 提高产物的纯度：原子经济性反应可以提高产物的纯度，从而提高产物的质量。

总之，原子经济性反应是一种具有很高经济性和环境友好性的化学反应，它可以最大限度地利用反应物，减少废物的产生，并且减少对环境的影响。

在化学合成中，原子经济性反应是一种非常重要的反应类型，它可以提高反应的经济性、选择性和产物的纯度，从而提高化学合成的效率和质量。

有机合成中的原子经济性

光气(Phosgene)，又称碳酰氯，是一种重要的有机中间体，主要用于生产聚氨酯的基本原料异氰酸酯。
CH3 NCO
NCO
甲苯二异氰酸酯 TDI; Toluene diisocyanate
氢氰酸同样主要用于生产聚合物的单体如甲基丙烯酸系列产品、已二腈等重要有机化工原料。
惨痛的博帕尔毒气事件: MIC Methyl isocynate
产率（％）＝（产物的质量/理论产量）×100
Diels-Alder反应:
+
原子利用率：
[ 82 /（28+54）] ×100% = 100%
D-A反应亦称双烯合成（diene synthesis), 是制备环状化合物应用最广泛的合成方法之一，也是形成碳碳键的重要方法。
D-A反应是一个原子经济性的反应
取代反应：
例：卤代烷的亲核取代反应：
RCl + NaOH
ROH + NaCl
通式： A-B＋C-D → A-C＋B-D
原子利用率不高。
例：有机铜试剂能与多种类型的卤代烃及磺酸酯反应，获得高产率的取代产物：
I + (CH3)2CuLi
例： F-C酰基化反应：
O +
Cl
AlCl3
原子利用率31.7%。
2 绿色化学
1. 化学反应中的新概念－原子经济反应美国Stanford大学的B. M. Trost教授1991年首次提出反应的 “原子经济性”(Atom Economy)概念，并获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”。
A + B→C + D
主产物副产物
E ＋F→C
原子经济性或原子利用率（％）＝（被利用原子的质量/ 反应中所使用的全部反应物分子的质量）×100

原子经济性

原子经济性最早由美国斯坦福大学的B.M.Trost教授提出，他针对传统上一般仅用经济性来衡量化学工艺是否可行的做法，明确指出应该用一种新的标准来评估化学工艺过程，即选择性和原子经济性，原子经济性考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到了产品之中，这一标准既要求尽可能地节约不可再生资源，又要求最大限度地减少废弃物排放。

原子经济反应是原子经济性的现实体现。

理想的原子经济性的反应应该是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不需要附加，或仅仅需要无损耗的促进剂，即催化剂，达到零排放。

原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染的必要条件，但不是充分条件。

这是因为某些化学反应中：1，反应平衡转化率很低，反应物与产物分离困难，反应物难于循环使用；2，生产目标产物的反应是原子经济的，但反应物还能同时发生其他平行反应，生产不需要的副产物。

原子利用率的定义是目标产物的占反应物总量的百分比。

即原子利用率=（预期产物的分子量/全部生成物的分子量总和）×100%用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定量目标产物到底会生成多少废物。

在化学反应中，一旦要利用的化学反应计量式被确定下来，则其最大原子利用率也就确定了。

一般状况下，重排反应和加成反应的原子经济性最高，为100%。

其他类型反应院子经济性则较低。

原子利用率达到100%的反应有两个最大的特点：1，最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；2，最大限度地减少了废物排放（“零废物排放”），因而最大限度地减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。

近年来，开发原子经济性反应已成为绿色化学研究的热点之一。

例如，环氧丙烷是生产聚氨酯塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用可能带来危险的氯气，而且还产生大量污染环境的含氯化钙废水，国内外均在开发催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济反应新方法。

再如，EniChem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢反应，可直接合成环己酮肟。

绿色化学的理念

绿色化学的理念一、绿色化学的概念绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

它是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，反应物的原子全部转化为期望的最终产物。

二、绿色化学的主要理念1. 预防污染- 传统化学注重在污染产生后进行治理，而绿色化学强调在化学反应和化学工艺过程中就预防污染的产生。

例如，在化工生产中，选择合适的反应原料、反应条件和反应路线，避免或减少副产物和废弃物的生成。

例如，在合成某种有机化合物时，如果有多种合成路线可供选择，应优先选择那些原子利用率高、产生废弃物少的路线。

2. 原子经济性- 原子经济性概念是绿色化学的核心内容之一。

原子经济性是指反应物中的原子有多少进入了产物中。

理想的原子经济性反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废弃物。

例如，加成反应一般具有较高的原子经济性，如乙烯与溴的加成反应CH_2 = CH_2+Br_2→CH_2BrCH_2Br，反应物的原子全部转化为产物。

而传统的以苯为原料生产苯胺的反应，经过多步反应，原子利用率低，产生大量废弃物。

3. 使用安全的反应物和反应条件- 在绿色化学中，尽量选择无毒或低毒的反应物。

例如，在涂料生产中，传统的有机溶剂型涂料含有大量挥发性有机化合物（VOCs），对环境和人体健康有害。

现在越来越多地采用水性涂料，其以水为溶剂，大大减少了对环境的污染和对人体健康的危害。

- 反应条件也应尽可能温和。

高温、高压、强酸碱等苛刻的反应条件不仅对设备要求高，而且容易产生安全隐患并造成环境污染。

例如，一些酶催化反应在常温常压下就能进行，且具有很高的选择性，是绿色化学中理想的反应类型。

4. 设计安全化学品- 设计出对人类健康和环境危害小的化学品。

例如，在农药研发方面，传统的有机氯农药如DDT，虽然在防治害虫方面有一定效果，但由于其化学性质稳定，在环境中难以降解，会通过食物链富集，对生态环境和人类健康造成严重危害。

有机合成中的原子经济性

RCl + NaOH ROH + NaCl
通式： A-B＋C-D → A-C＋B-D 原子利用率不高。
例：有机铜试剂能与多种类型的卤代烃及磺酸酯反应，获得高产率的取代产物：
I + (C H 3 ) 2 C u L i
原子利用率31.7%。例： F-C酰基化反应：
O O + Cl A lC l 3 + HCl
Ni
CH3CH2CH3
可用通式表示为： A ＋ B → C 原子利用率达到100％例： Michael(迈克尔)反应:
O O O O C 2H 5 C 2H 5O O O C 2H 5 O
piperidine
9 8%
+
O C 2H 5 O
原子利用率达到100％
协同型反应：
1. 电环化反应 2. Diels-Alder反应
7.采用无毒、无害的溶剂
采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。
• 在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体，特别是超临界二氧化碳作溶剂。超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点以上的二氧化碳流体。 • 固相有机合成不使用溶剂，也是绿色化学研究的方向之一：例1.
原子利用率47％
钯催化法:
CH 3
Pd
CH 3 C
CH
+ CO +
CH
3 OH
CH
2
= CC OOCH
3
原子利用率100％
目前，在基本有机原料的生产中，已有一些实现了原子经济性反应：如：丙烯氢甲酰化制丁醛甲醇羰基化制醋酸
在精细化工中原子利用率还很低，废物排放量很大。过渡金属催化剂的研究，提供了一些很好的原子经济性反应：

第四章原子经济性

CH3COCH3+ HCN + CH3OH + H2SO4 AA CH3OOC(CH3)C=CH2 + NH4HSO4
58 27 32 98 100 100 115
115
=
100
100+115
100
╳ 100%
=
58+27+32+98
╳ 100% AA = 46% AA
传统方法的缺点
如果每步反应的选择性和产率都为100%：
100无副产物无污染对资源的消耗是最摩尔目标分子1摩尔副产物浪费资源而且副产物是一种污染物3rohnaxrxnaxrchchrx1摩尔目标分子1摩尔副产物浪费资源而且副产物是一种污染物更有效的使用自然资源延长期寿命研究原子经济反应手性技术反应物的原子全部转化为产物反应物的原子全部进入产物分子且具有特定的立体结面对自然资源枯竭问题尽可能彻底地提高反应的转化率和选择性原子经济对于反应不产生废弃物是必要的但这还不够
定义：
出现在目标分子中的原子占反应物所有原子的的比例。原子利用率为100%的反应是理想的原子经济性反应。
? 如何设计原子经济反应
传统合成方法的缺点
A + B
C ＋D
目标分子物废弃
目标分子为 C
传统的合成方法
A + B
C +D
这一过程不可避免地产生的副产物，反应后需要处理，因而应被视为废物。由于化学反应的特性，如果我们想采用这种反应，我们将无法避免这种缺点。
其原子利用率仅为65.41%。
(4) 消除或降解反应（非原子经济性反应）
甲基丙基氢氧化铵的热分解反应（霍夫曼消除反应）生成丙烯、三甲胺和水

化学合成反应中的原子经济性

化学合成反应中的原子经济性化学合成反应是一种实现化学转化的方法，它通过改变原子之间的化学键来合成新的化合物。

在这个过程中，了解和优化反应的原子经济性至关重要。

原子经济性是指合成所需的原料中有多少原子被转化为最终产品中的原子的比例。

更高的原子经济性可以有效减少废物的产生，降低能源和资源消耗，并提高化学合成过程的可持续性。

1. 原子经济性的意义原子经济性在可持续发展的背景下显得尤为重要。

传统的合成方法通常会生成大量废弃物和副产物，这些废物不仅对环境造成污染，而且浪费了有限的资源。

提高原子经济性意味着最大限度地利用原料中的原子，减少废物产生，并减少对有限资源的消耗。

2. 原子经济性的计算方法计算原子经济性可以通过以下公式进行：原子经济性 = （所用原子总量 - 产物中未利用原子总量）/ 所用原子总量 × 100%其中，所用原子总量是指反应中所用的所有原子的总数，产物中未利用原子总量是指最终产物中未利用的原子的总数。

3. 提高原子经济性的方法实现高原子经济性的关键在于设计合成路线和选择合适的反应条件。

以下是几种常见的提高原子经济性的方法：(1) 原子经济性高的反应路线设计：在化学合成中，经常存在多种反应途径可以得到同一种目标产物。

选择原子经济性更高的反应途径，能够减少废物产生，提高反应的效率。

例如，在合成有机化合物中，选择直接烷基化反应而不是还原和烷基化两步反应路线。

(2) 原子经济性高的催化剂选择：合适的催化剂可以显著提高反应的原子经济性。

催化剂能够降低反应的活化能，使得反应更加高效。

选择催化剂时要考虑其催化活性和选择性，以确保高转化率和高产率。

(3) 废物再利用：通过合适的工艺设计和技术创新，可以将废物转化为有用的物质或再次参与反应，从而提高原子经济性。

例如，利用废物热能进行其他反应，或者将废物中的有机物进行再利用，减少资源浪费。

4. 原子经济性的案例在实际化学合成中，已经有许多成功的案例展示了原子经济性的重要性和实现方法。

第六章原子经济反应

英国诺丁汉州的布特公司 PLC（异布洛芬的发现者）在1960年取得了布洛芬合成的专利（U.S.patent. 3,385,886）,许多年来工业上生产异布洛芬都采用这一方法。
过去四十年来，这一合成方法不仅生产了上千吨的布洛芬，同时也伴随着产生了几千吨的不希望的和不能循环使用的副产物，这些副产物必须加以处理。
对比两条路线
第一步都是经异丁基苯的酰化产生相同的产物。在第一步中老方法使用化学计量的三氯化铝，这会产生
大量无用副产物水合三氯化铝，通常此废物未回收。新方法以氟化氢作为可回收利用的催化剂，显示出优越性。步骤2和3的雷尼镍与钯催化剂也可回收利用。老方法：六步，新方法：三步。消除了大量的废物，生产能力大得多，在较短的时间和较少的资金投入下，生产效率高得多等优点。在环境效益与低投入获益方面，绿色合成显示出极大的优势。
第六章原子经济反应
提高原子经济性的途径
一、采用新合成原料提高反应的原子经济性二、开发新催化材料提高反应的原子经济性三、采用新反应加工途径提高反应的原子经济性四、化工生产的“零排放”
采用新合成原料提高反应的原子经济性实例：甲基丙烯酸甲酯的合成
甲基丙烯酸甲酯（简称MMA）是一种重要的有机化工原料。
HO2
133 27 13 0 0 0 33
H
1
C2H3O3 75
C3H6ClO2 109.5
C2H5ONa 68
H3O
19
NH3O
33
H3
3
反应物合计
布洛芬
废物
C20H42NO10ClNa 514.5 C13H18O2 206 C7H24NO8ClNa 308.5

化学合成中的原子经济性

化学合成中的原子经济性化学合成是一种通过化学反应将原始材料转化为目标产物的过程。

在过去的几十年中，随着人们对环境可持续性和资源利用的关注增加，化学合成中的原子经济性成为了一个关键的研究方向。

原子经济性是指在化学合成反应中，尽可能地利用和转化反应原料中的原子，减少废弃物的生成，以提高资源利用效率。

原子经济性的核心思想是追求高效、高选择性的反应，以最大限度地将原始材料转化为目标产物。

一种实现原子经济性的方法是使用催化剂。

催化剂可以加速反应速度，减少能量消耗，并且能够选择性地促使原料中的特定原子参与反应。

通过合理设计和选择催化剂，可以实现高效的化学转化，减少废弃物的生成。

另一个实现原子经济性的方法是优化反应条件。

反应温度、压力和反应物比例都可以对反应的选择性和产率产生重要影响。

通过合理调节这些反应条件，可以增加目标产物的生成，减少废物的产生。

此外，改进反应步骤的顺序和条件，也有助于提高原子经济性。

例如，选择合适的反应序列和条件可以减少副反应的发生，提高目标产物的生成效率。

此外，设计和合成新的催化剂也是提高原子经济性的重要途径。

最近，研究人员发展了许多高效的催化剂，例如金属有机骨架材料（MOFs）和金属纳米颗粒。

这些新型催化剂具有高度可调控性和选择性，可以在化学合成反应中实现高效的原子转化。

除了催化剂的设计和优化，废物的再利用和循环利用也是提高原子经济性的重要策略之一。

废物的再利用可以通过对废物进行合理的分离和提取来实现。

分离出的有用物质可以作为新的原料参与下一轮的化学合成，从而提高资源和能源的利用效率。

此外，开发绿色合成路线也是提高原子经济性的关键要素。

绿色合成是一种利用可再生能源、环境友好的反应溶剂和低污染催化剂等方法来实现化学合成的方法。

通过采用绿色合成路线，可以减少对有限化石燃料的需求，减少废物和污染物的生成，最大程度地利用和保护环境中的原子资源。

在实际的化学合成过程中，实现高度的原子经济性仍然面临一些挑战。

关于有机化学反应中的原子经济性探讨

用原料分子的每一个原子 ,使之结合到目标分子中
(如完全的加成反应 :A + B C) ,达到零排放。即
原料中的原子得到了 100 %的利用 , 没有任何副产
物。原子经济性可以用原子利用率衡量 :
原子利用率 ( %) =
被利用原子的质量反应中所使用全部反应物分子的质量
×100
合成中 ,原子的利用率越高 ,其原子经济性越高 ,
Keywords atom economy organic chemistry
1 原子经济性
美国 Stanford 大学的 B. M. Trost 教授在 1991 年首
次提出了反应的“原子经济性”(Atom Economy) 的概
念[1]并因此获得了 1998 年美国“总统绿色化学挑战
奖”中的学术奖。他认为高效的合成应最大限度地利
当分子中有 7 个不饱和键时 ,可得到七螺环化合物[1] 。
羟胺或酰化物降解等反应 ,其通式为 :
Trost 把上述反应形象地称为拉链反应 ,这种串联反应将底物分子中的原子最大程度地体现在了产物分子中 ,因而体现较高的原子经济性。
上述几类有机反应都具有很高的原子经济性 ,但有些常见的有机反应如取代反应包括烷基化反应 (甲基化、氯甲基化、羟甲基化等) 、芳基化、酰化 (甲酰化、乙酰化、苯甲酰化、胺类酰化等) ,以及磺化和砷化等反应 ,其通式为 :
Jin Zhunian Hu Lingxia
(Jinhua College of Profession and Technology ,Zhejiang Jinhua 321000)
Abstract The atom economy on the reaction of organic chemistry has attracted particular attention in resent years be2 cause it is a kind of the improtant reactions. In order to make the atom economy more clear ,the rearrangement reations addi2 tion reactions and isomerization reactions for examples were interpreted.

2020年(财务知识)原子经济性反应

（财务知识）原子经济性反应ATOMEFFICIENCY：SyntheticMethodsShouldBeDesignedToMaximiseTheIncorporationOfAllMaterialsUs edInTheProcessIntoTheFinalProduct第二章原子经济性设计使用能最大限度地将反应过程中所用到的所有物料全部转化为产物的合成方法原子经济性(AtomEconomy)是由美国化学家BarryMTrost于1991年提出,是指于化学反应中，反应物中的原子应尽可能多地转化为产物中的原子；也就是要于提高化学反应转化率的同时，尽量减少副产物。

Trost教授仍提出了壹个合成效率的概念，指出合成效率应当成为今后合成方法学研究中关注的焦点。

且提出合成效率包括俩方面，壹方面是选择性，包括化学选择性、区域选择性、非对映和对映选择性等；另壹个方面就是反应的原子经济性，即原料和试剂分子中究竟有多少的原子转化成了产物分子。

目前合成化学的主要研究方向就是提高化学反应的选择性及提高化学反应的原子经济性。

1反应转化率、反应收率、反应选择性和原子利用率之概念（1）原子利用率（atomefficiency，AE）:目标产物原子占所有产物原子中的百分数。

即：其中，所有产物分子量的总和=目标产物的分子量+副产物的分子量。

例1试计算如下中和反应生成盐的原子利用率。

解：氯化钠的分子量为58.5，水的分子量为18，氢氧化钠的分子量为40，盐酸的分子量为36.5，所以，根据原子利用率的定义可得：该反应生成氯化钠的原子利用率=58.5÷（58.5+18）×100%=76.5%该原子利用率也可根据质量作用定律，按反应物氢氧化钠和盐酸的分子量依下式计算：原子利用率=58.5÷（40+36.5）×100%=76.5%俩种算法的答案完全壹致。

原子利用率实际上是比较化学反应中目标产物分子中的原子数和反应原料分子的原子数的相对比值大小的壹个参数，于计算时，反应物和产物分子的原子数值均是以其原子量代入计算的。

有机合成中的原子经济性例题和知识点总结

有机合成中的原子经济性例题和知识点总结在有机化学领域，有机合成是一项关键的研究内容。

而原子经济性作为评估有机合成方法优劣的重要指标，对于实现绿色化学、可持续发展具有重要意义。

接下来，让我们通过一些具体的例题来深入理解有机合成中的原子经济性，并对相关知识点进行总结。

一、原子经济性的概念原子经济性指的是在化学反应中，有多少反应物的原子最终进入到目标产物中。

理想的原子经济性反应是反应物的原子全部转化为目标产物，没有副产物生成。

原子经济性的计算公式为：原子经济性＝（预期产物的分子量÷反应物质的原子量总和）× 100%。

例如，在氢气和氧气反应生成水的过程中，2H₂＋ O₂＝ 2H₂O，所有的氢原子和氧原子都进入了水分子中，原子经济性达到 100%。

二、原子经济性例题分析例 1：由苯制备苯胺传统方法：苯先经过硝化反应生成硝基苯，硝基苯再经过还原反应生成苯胺。

C₆H₆＋ HNO₃ → C₆H₅NO₂＋ H₂O （硝化反应）C₆H₅NO₂＋ 3H₂ → C₆H₅NH₂＋ 2H₂O （还原反应）在这个过程中，硝化反应生成了水作为副产物，还原反应生成了两分子水作为副产物。

原子经济性较低。

改进方法：采用直接催化加氢的方法，将苯直接转化为苯胺。

C₆H₆＋ NH₃＋ 3/2H₂ → C₆H₅NH₂＋ 3H₂O这种改进方法减少了副产物的生成，提高了原子经济性。

例 2：由乙醇制备乙醛传统方法：乙醇的氧化反应，使用强氧化剂如高锰酸钾等。

CH₃CH₂OH ＋O → CH₃CHO ＋ H₂O这个反应中生成了水作为副产物，原子经济性不高。

改进方法：使用催化氧化法，以铜或银作为催化剂，在加热条件下将乙醇氧化为乙醛。

2CH₃CH₂OH ＋ O₂ → 2CH₃CHO ＋ 2H₂O虽然仍然有水生成，但通过优化反应条件和催化剂，可以提高反应的选择性，减少副产物的生成，从而在一定程度上提高原子经济性。

三、提高原子经济性的策略1、选择高效的催化剂合适的催化剂可以改变反应的路径，降低反应的活化能，提高反应的选择性，减少副产物的生成，从而提高原子经济性。

原子经济型反应 -回复

原子经济型反应-回复什么是原子经济型反应。

原子经济型反应（Atom Economy Reaction），是指在化学反应中，原子利用率高、副产物少的反应过程。

原子经济型反应能最大程度地利用反应物的原子，减少不必要或不理想的副产物的产生，从而提高反应的经济性和环境友好性。

原子经济型反应的概念源自于20世纪80年代，当时人们开始关注化学合成中原子的转化效率。

传统的化学合成中，常常存在原子利用率低、副产物产量大等问题，这不仅浪费了原料和能源，也加剧了对环境的破坏。

因此，原子经济型反应的引入为合理利用反应原料和能源，保护环境提供了指导。

原子经济型反应的计量方式是原子经济性（Atom Economy），它是描述化学反应原子转化效率的一个指标。

原子经济性可以用以下公式表示：原子经济性= 100 ×（所需生成物的摩尔质量总和/反应物的摩尔质量总和）其中，所需生成物的摩尔质量指反应中所需生成物的摩尔质量之和，反应物的摩尔质量指反应中所有反应物的摩尔质量之和。

原子经济性的计算结果介于0和100之间。

当原子经济性为100时，反应产生的所有副产物均无法避免，此时化学反应达到最高效率。

但实际上，绝大多数反应的原子经济性都低于100。

原子经济型反应的重要性体现在多个方面。

首先，原子经济型反应能最大限度地利用原料中的原子，减少资源的浪费，提高能源利用效率。

其次，原子经济型反应能最大限度地减少或避免副产物的生成，减少环境污染和废弃物的产生。

此外，原子经济型反应还可以提高反应的选择性和产率，节约生产成本。

为了实现原子经济型反应，有一些策略和方法可以采用。

首先，选择合适的催化剂。

催化剂能够提供活性中心，引导反应物发生选择性的反应，避免副产物的形成。

其次，优化反应条件和操作步骤。

通过调整反应温度、压力、反应时间等条件，有助于提高反应的效率和经济性。

再次，设计合理的反应路径。

有时候可以通过改变反应物的骨架结构或引入新的反应中间体来设计更经济的反应路线。

原子经济性反应

ATOM EFFICIENCY：Synthetic Methods Should Be Designed To Maximise The Incorporation Of All Materials Used In The Process Into The Final Product第二章原子经济性设计使用能最大限度地将反应过程中所用到的所有物料全部转化为产物的合成方法原子经济性(Atom Economy)是由美国化学家Barry M Trost 于1991年提出, 是指在化学反应中，反应物中的原子应尽可能多地转化为产物中的原子；也就是要在提高化学反应转化率的同时，尽量减少副产物。

Trost教授还提出了一个合成效率的概念，指出合成效率应当成为今后合成方法学研究中关注的焦点。

并提出合成效率包括两方面，一方面是选择性，包括化学选择性、区域选择性、非对映和对映选择性等；另一个方面就是反应的原子经济性，即原料和试剂分子中究竟有多少的原子转化成了产物分子。

目前合成化学的主要研究方向就是提高化学反应的选择性及提高化学反应的原子经济性。

1反应转化率、反应收率、反应选择性和原子利用率之概念（1）原子利用率（atom efficiency，AE）:目标产物原子占所有产物原子中的百分数。

即：原子利用率%=目标产物分子量所有产物分子量X100%其中，所有产物分子量的总和=目标产物的分子量+副产物的分子量。

例1 试计算如下中和反应生成盐的原子利用率。

NaOH+HCl NaCl+H2O解：氯化钠的分子量为58.5，水的分子量为18，氢氧化钠的分子量为40，盐酸的分子量为36.5，所以，根据原子利用率的定义可得：该反应生成氯化钠的原子利用率= 58.5÷（58.5+18）×100% = 76.5%该原子利用率也可根据质量作用定律，按反应物氢氧化钠和盐酸的分子量依下式计算：原子利用率= 58.5÷（40+36.5）×100% = 76.5%两种算法的答案完全一致。

制药工艺学题+答案

一、名词解释1. 清洁技术：制药工业中的清洁技术就是用化学原理和工程技术来减少或消除造成环境污染的有害原辅材料、催化剂、溶剂、副产物；设计并采用更有效、更安全、对环境无害的生产工艺和技术;其主要研究内容有：1原料的绿色化2催化剂或溶剂的绿色化3化学反应绿色化4研究新合成方法和新工艺路线2. 全合成制药：是指由化学结构简单的化工产品为起始原料经过一系列化学合成反应和物理处理过程制得的药物;由化学全合成工艺生产的药物称为全合成药物;3. 半合成制药：是指由具有一定基本结构的天然产物经化学结构改造和物理处理过程制得的药物;这些天然产物可以是从天然原料中提取或通过生物合成途径制备;4. 药物的工艺路线：具有工业生产价值的合成途径,称为药物的工艺路线或技术路线;5. 倒推法或逆向合成分析：从药物分子的化学结构出发,将其化学合成过程一步一步逆向推导进行寻源的思考方法称为追溯求源法,又称倒推法、逆合成分析法;6. 类型反应法：是指利用常见的典型有机化学反应与合成方法进行药物合成设计的思考方法;包括各类化学结构的有机合成物的通用合成法,功能基的形成、转换、保护的合成反应单元等等;对于有明显类型结构特点和功能基的化合物,常常采用此种方法进行设计; 7．Sandmeyer反应：重氮盐用氯化亚铜或溴化亚铜处理,得到氯代或溴代芳烃：8．“一勺烩”或“一锅煮”：对于有些生产工艺路线长,工序繁杂,占用设备多的药物生产;若一个反应所用的溶剂和产生的副产物对下一步反应影响不大时,往往可以将几步反应合并,在一个反应釜内完成,中间体无需纯化而合成复杂分子,生产上习称为“一勺烩”或“一锅煮”;改革后的工艺可节约设备和劳动力,简化了后处理;9. 质子性溶剂：质子性溶剂含有易取代的氢原子,既可与含负离子的反应物发生氢键结合产生溶剂化作用,也可与负离子的孤电子对配位,或与中性分子中的氧原子或氮原子形成氢键,或由于偶极矩的相互作用而产生溶剂化作用;质子性溶剂有水、醇类、乙酸、硫酸、多聚磷酸、氢氟酸-氟化锑HF-SbF3、氟磺酸-三氟化锑FSO3H—SbF3、三氟醋酸CF3COOH以及氨或胺类化合物等;10. 非质子性溶剂：非质子性溶剂不含易取代的氢原子,主要靠偶极矩或范德华力的相互作用而产生溶剂化作用;非质子溶剂又分为非质子极性溶剂和非质子非极性溶剂或惰性溶剂;非质子性极性溶剂有醚类乙醚、四氢呋喃、二氧六环等、卤素化合物氯甲烷、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等、酮类丙酮、甲乙酮等、含氮烃类硝基甲烷、硝基苯、吡啶、乙腈、喹啉、亚砜类二甲基亚砜、酰胺类甲酰胺、二甲酰胺、N-甲基吡咯酮、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺等;芳烃类氯苯、苯、甲苯、二甲苯等和脂肪烃类正已烷、庚烷、环己烷和各种沸程的石油醚一般又称为惰性溶剂;11. 相转移催化剂：相转移催化剂的作用是由一相转移到另一相中进行反应;它实质上是促使一个可溶于有机溶剂的底物和一个不溶于此溶剂的离子型试剂两者之间发生反应;常用的相转移催化剂可分为鎓盐类、冠醚类及非环多醚类等三大类;12. 中试放大：中试放大是在实验室小规模生产工艺路线的打通后,采用该工艺在模拟工业化生产的条件下所进行的工艺研究,以验证放大生产后原工艺的可行性,保证研发和生产时工艺的一致性; 中试放大的目的是验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件,13. 放大效应：在未充分认识放大规律之前,由于过程规模变大造成指标不能重复的现象称为“放大现象”;一般来说,放大效应多指放大后反应状况恶化、转化率下降、选择性下降、造成收率下降或产品质量劣化的现象;14. 原子经济性反应：“原子经济反应”是绿色化学的指导思想,其主要内容是在获取新物质的过程中充分利用每个原料原子,使原料中的每一个原子都转化成产品,不产生任何废弃物和副产品,实现“零排放”,不仅充分利用资源,而且不产生污染;15. 绿色制药生产工艺：是在绿色化学的基础上开发的从源头上消除污染的生产工艺;这类工艺最理想的方法是采用“原子经济反应”,绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化而开展的;16．生化需氧量BOD：生化需氧量BOD是指在一定条件下微生物分解水中有机物时所需的氧量,单位为mg/L;微生物分解有机物的速度与程度和时间有直接的关系;在实际工作中,常在20℃的条件下,将废水培养5日,然后测定单位体积废水中溶解氧的减少量,即5日生化需氧量,常用BOD5表示;BOD反映了废水中可被微生物分解的有机物的总量,其值越大,表示水中有机物越多,水体被污染的程度越高;17. 化学需氧量COD：化学需氧量COD,是指在一定条件下用强氧化剂K2Cr2O7或KMnO4氧化废水中的污染物所消耗的氧量,单位为mg/L;标记COD Cr或COD Mn,我国的废水检验标准规定以重铬酸钾作氧化剂,一般为COD Cr;二、填空1. 在设计药物的合成路线时,首先应从入手,然后根据其特点,采取相应的设计方法;2．在考虑合理安排工序次序时,应该把价格较贵的原料放在使用;3．工业生产上愿意采用反应,可稳定生产,减轻操作个人劳动强度;4．抗炎药布洛芬的结构式是________________,5. 选择工艺路线,首先应考虑每一合成路线所用的各种原辅材料的来源、规格和供应情况,其基本要求是____________________;6. 反应后处理多为过程,7．在进行重结晶溶剂的选择时,首先可以_______________________,其次可以进行________________试验,其经验通则是___________________;8．平行反应又称竞争性反应中,我们一般将在生产上需要的反应称为___________,其余称为__________________;9. 当药物存在多晶型时,用不同的______________进行重结晶,得到产品的晶型不同;10. 最适宜温度的确定应从__________________入手,综合分析正、副反应的规律、反应速度与温度的关系,以及经济核算等进行通盘考虑;11. 常用的相转移催化剂分为、、等三大类; 12．中试放大的目的是___________、______________和___________实验室工艺又称小试验所研究确定的反应条件与反应后处理的方法;13. 中试放大阶段制备中间体及成品的批次一般不少于_____________批,以便积累数据,完善中试生产资料;14. 中试放大规模一般是小试规模的__________倍,15. 根据药品剂量和疗程的长短,中试药品数量一般为___________kg;16. 制药等精细化工行业一般依靠_____________________放大来完成;17. ___________________可以加速传热和传质过程,减少物料团之间温度差、浓度差,从而有利于化学反应;___________________则不利于化学反应;18. 消除环境污染的根本措施是_____________________________________;三、单选1．最理想的工艺路线是A. 直线型B. 交叉型C. 汇聚型D. 对称型2．从收率的角度看,应该把收率低的单元反应放在A. 前头B. 中间C. 后边D. 都可3．从收率的角度看,应该把收率高的反应步骤放在A. 前头B. 中间C. 后边D. 都可4．在考虑合理安排工序次序时,通常把价格较贵的原料放在何处使用;A. 前头B. 中间C. 后边D. 最后5．在工业生产上可稳定生产,减轻操作劳动强度的反应类型是A. 平顶型B. 尖顶型C. 直线型D. 汇聚型6．工艺的后处理过程一般属于的过程是A. 化学B. 物理C. 物理化学D. 生物7. 可以使用类型反应法设计药物工艺路线的药物是A．黄连素 B. 克霉唑 C. 鹰瓜豆碱 D. 己烷雌酚8. 可以使用分子对称法设计药物工艺路线的药物是A．鹰瓜豆碱 B. 克霉唑 C. 氨甲环酸 D. 布洛芬9. 可逆反应属于A. 复杂反应B. 平行反应C. 基元反应D. 简单反应10. 平行反应属于A. 连续反应B. 复杂反应C. 基元反应D. 简单反应11. 在溶剂的作用描述中,不正确的是A. 使反应分子能够分布均匀、增加分子间碰撞和接触的机会、有利于传热和散热;B. 溶剂必须是易挥发的C. 溶剂必须是惰性的,不能与反应物或生成物反应D. 溶剂直接影响化学反应的反应速度、反应方向、反应深度、产品构型等12. 在重结晶溶剂的选择原则中,不正确的是A. 溶解度必须很大B. 溶剂必须是惰性的C. 溶剂的沸点不能高于被重结晶物质的熔点D. 溶剂必须容易和重结晶物质分离13. 在重结晶溶剂的选择原则中,不正确的是A. 溶剂必须是活泼的B. 溶剂的沸点不能高于被重结晶物质的熔点C. 杂质的溶解度或是很大或是很小D. 溶剂必须容易和重结晶物质分离14. 在重结晶溶剂的选择原则中,正确的是A. 杂质的溶解度必须很大B. 杂质的溶解度必须很小C. 被重结晶物质在该溶剂中的溶解度曲线必须相当平稳D. 被重结晶物质在该溶剂中的溶解度曲线必须相当陡15. 属于质子性溶剂的是A. 乙酸B. 乙醚C. DMFD. 二氧六环16. 属于非质子性溶剂的是A. 乙醇B. 乙醚C. 乙酸D. 水17．溶剂对化学反应的影响,叙述不正确的是A. 溶剂对离子型反应影响较大;B. 溶剂对自由基反应影响较大C. 影响化学反应的方向;D. 影响化学反应的速度18. Wittig试剂和醛类或不对称酮类反应时,在下列哪种溶剂中顺式产物最多A. DMFB. PhHC. THFD. EtOH19. Wittig试剂和醛类或不对称酮类反应时,在下列哪种溶剂中反式产物最多A. DMFB. PhHC. THFD. EtOH20．下列哪个图可以表示爆炸型反应中温度和反应速度的关系21. 下列哪个图可以表示催化反应中温度和反应速度的关系22. 钯碳催化剂的用量一般为A. 1%B. 2%C. 5%D. 10%23. 下列哪个物质可以作为酸催化剂A. 三乙胺B. 吡啶C. AlCl3D. NaH24. 属于非离子型相转移催化剂的是A. 18-冠-6B. 四丁基溴化铵C. 三乙胺D. P2O525. 不属于相转移催化剂的是A. 二乙胺B. 四丁基溴化铵C. 聚乙二醇D. 三乙胺26. 毒性较大的相转移催化剂是A. 聚乙二醇B. 四丁基溴化铵C. 三乙胺D. 18-冠-627. 化学反应工程学认为导致反应收率降低的原因是A. 返混B. 搅拌不均匀C. 温度滞后D. 反应器存在有死角28. 中试研究中的过渡试验不包括的是A. 原辅材料规格的过渡试验B. 反应条件的极限试验C. 设备材质和腐蚀试验D. 后处理的方法试验29. 假设四个工序的收率分别Y1、Y2、Y3、Y4,则车间的总收率为A. Y1+ Y2+ Y3+ Y4B. Y1 Y2 Y3 Y4C. Y1+ Y2Y3+Y4D. Y1Y2+ Y3 Y430. 单程转化率和总转化率的关系是A. 单程转化率= 总转化率B. 单程转化率> 总转化率C. 单程转化率< 总转化率D. 不确定31. 关于中试放大的规模,下列叙述正确的是A. 比小型试验规模放大50～100倍B. 比小型试验规模放大500～1000倍C. 比小型试验规模放大10~50倍D. 比小型试验规模放大100~500倍32．对于工艺技术尚未成熟或腐蚀性大的车间,年操作时间一般是A. 330天B. 360天C. 300天D. 200天33. 下列哪种材质适合储存浓硫酸A. 玻璃钢B. 铁质C. 铝质D. 都可以34. 适合碱性介质反应的反应釜是A. 搪瓷玻璃B. 铸铁C. 不锈钢D. 都可以35. 针对制药厂排出的“三废”,下列说法正确的是A. 化学好氧量高B. 生化耗氧量高C. 化学好氧量和生化耗氧量都高D. 化学好氧量和生化耗氧量都不高36. 关于药厂“三废”的论述,正确的是A. 综合治理“三废”很容易B. “三废”也是一种“资源”,可回收利用C. 仅用物理方法就可彻底治理“三废”D. 生物法可以去除废水中的所有污染物37. 属于第一类污染物的是A. 硫化物B. 挥发酚C. 总铬D. 氰化物四、简答1. 在进行工艺路线的优化过程中,如何确定反应的配料比合适的配料比,既可以提高收率,降低成本,又可以减少后处理负担;选择合适配料比首先要分析要进行的化学反应的类型和可能存在的副反应,然后,根据不同的化学反应类型的特征进行考虑;一般可根据以下几方面来进行综合考虑;1凡属可逆反应,可采用增加反应物之一的浓度,通常是将价格较低或易得的原料的投料量较理论值多加5％~20％不等,个别甚至达二三倍以上,或从反应系统中不断除去生成物之一以提高反应速度和增加产物的收率;2当反应生成物的产量取决于反应液中某一反应物的浓度时,则增加其配料比、最合适的配料比应符合收率较高和单耗较低的要求;3若反应中有一反应物不稳定,则可增加其用量,以保证有足够的量参与主反应;4当参与主、副反应的反应物不尽相同时,可利用这—差异,通过增加某一反应物的用量,增强主反应的竞争能力;5为了防止连续反应副反应,有些反应的配料比宜小于理论量,使反应进行到一定程度停止;2. 反应溶剂对化学反应的影响有哪些反应速度、反应方向、反应深度、产品构型等;3. 影响药物合成工艺的反应条件和影响因素有哪些配料比与反应物浓度、溶剂、催化、能量的供给、反应时间及反应终点的监控、后处理、产品的纯化和检验4. 反应终点的确定方法有哪些TLC确定反应终点的原则是什么答： 1反应终点的控制,主要是控制主反应的完成；测定反应系统中是否尚有未反应的原料或试剂存在；或其残存量是否达到一定的限度;2在工艺研究中常用薄层色谱TLC或纸色谱、气相色谱或液相色谱等来监测反应;一般也可用简易快速的化学或物理方法,如测定其显色、沉淀、酸碱度、相对密度、折光率等手段进行监测;3实验室中常采用薄层色谱TLC跟踪检测,判断原料点是否消失或原料点几乎不再变化,除了产物和原料外是否有新的杂质斑点生成,这些信息可以决定是否终止反应;①原料点消失说明原料反应完全;②原料点几乎不再变化,说明反应达到平衡;③有新的杂质斑点,说明有新的副反应发生或产物发生分解;在药物合成研究中,常发现反应进行到一定程度后,微量原料很难反应完全,继续延长反应时间,则会出现新的杂质斑点的现象;试验中一般在原料消失时或原料斑点几乎不变而末出现新的杂质斑点时停止反应,进行后处理;5.何为相转移催化剂,作为相转移催化剂所需具备那几个条件答：相转移催化剂是使反应物由一相转移到另一相中进行反应,它实质上是促使一个可溶于有机溶剂的底物和一个不溶于此溶剂的离子型试剂两者之间发生反应;相转移催化应用于非极性溶剂中具有反应条件温和、反应速度快、收率高、产品质量好等相转移催化剂需具备的条件是：1相转移催化剂必须具有正离子部分,以便同负离子结合形成活性有机离子对或能与反应物形成络离子；2必须具有足够多的碳原子数,才能保证形成活性有机离子对转入有机相,但碳原子数目不能太多,否则,不能转入无机相;碳原子数目一般为12~20之间；3相转移催化剂中的亲油基的结构位阻应尽量小,一般为直链；4在反应条件下,化学性质应稳定且易回收;6. 相转移催化反应有何优点影响相转移催化剂的因素有哪些答：相转移催化反应与其他类型的反应相比,具有以下优点：1避免使用无水的或极性非质子溶剂2缩短了反应时间,降低了反应温度3使有些原来不能进行的反应,成为可能4改变了产品的比例和选择性5处理简单6环境条件好7．简述翁盐类相转移催化剂的反应机理8. 中试放大的目的是什么答：中试放大的目的是验证、复审和完善实验室工艺又称小试验所研究确定的反应条件与反应后处理的方法,以及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间的布置等,为正式生产提供设计数据、以及物质量和消耗等;同时,也为临床试验和其它深入的药理研究提供一定数量的药品;9.中试放大的研究内容主要有哪些答：中试放大中间试验是对已确定的工艺路线的实践审查;不仅要考查产品质量,经济效益,而且要考察工人劳动强度;中试放大阶段对车间布置、车间面积、安全生产、设备投资、生产成本等也必须进行审慎的分析比较,最后审定工艺操作方法、工序的划分和安排等;中试放大的研究内容有：1生产工艺路线的复审2设备材质与型式的选择3搅拌器型式与搅拌速度的考查4反应条件的进一步研究5工艺流程与操作方法的确定6原辅材料和中间体的质量监控7安全生产与“三废”防治措施的研究8 消耗定额、原料成本、操作工时与生产周期的计算10.在中试工艺放大中针对工艺条件的考察,必须注意和解决哪些问题答：1原辅材料规格的过渡试验2反应条件的极限试验3设备材质的耐腐蚀性实验4原辅材料、中间体及新产品质量分析方法研究5反应后处理的方法研究;11. 中试放大的主要任务有哪些12. 在水质指标中,BOD和COD分别指的是什么有何区别答：BOD代表生化需氧量,是指在一定条件下微生物分解水中有机物时所需的氧量,单位为mg/L;微生物分解有机物的速度与程度和时间有直接的关系;在实际工作中,常在20℃的条件下,将废水培养5日,然后测定单位体积废水中溶解氧的减少量,即5日生化需氧量,常用BOD5表示;BOD反映了废水中可被微生物分解的有机物的总量,其值越大,表示水中有机物越多,水体被污染的程度越高;COD代表化学需氧量,是指在一定条件下用强氧化剂K2Cr2O7或KMnO4氧化废水中的污染物所消耗的氧量,单位为mg/L;标记COD Cr或COD Mn,我国的废水检验标准规定以重铬酸钾作氧化剂,一般为COD Cr;BOD与COD都可表征水被污染的程度,但是COD更能精确地表示废水中污染物的含量,而且测定时间短,不受水质限制,因此常被用作废水的污染指标;COD与BOD之差表示废水中未能被微生物分解的污染物含量;五、合成题：1. 试用逆向合成分析法设计一条益康唑Econazole的合成路线Cl ON NClClEconazole答： 1逆合成分析Cl O N N Cl Cl ClCH 2Cl HO N N Cl Cl +ab HO CH 2ClCl ClHN NOCH 2ClClCl Cl Cl NH 2NH 2NO 2NO 22 合成路线： HO CH 2ClCl Cl OCH 2Cl Cl Cl Cl Cl NH 2NH 2NO 2NO 2Fe, HClO NaBH HN N CH 3OHHON N Cl Cl O NNCl Cl2. 试根据逆合成分析和类型反应等方法设计一条抗菌药物克霉唑Clotrimazole 的合成路线 N NCl克霉唑（Clotrimazole ）答： 1逆合成分析C 6H 5C 6H 5N N C 6H 5C 6H 5Cl +N HN2类型反应ClCOOHSOCl 2ClCOClC 6H 6 , AlCL 3ClCOC 6H 5PCl 5C ClC 6H 5ClCl C 6H 6 , AlCl 3C Cl C 6H 5C 6H 5Cl3．设计出以异丁基苯为原料,布洛芬的合成工艺路线;CH 3H 3CCOOH CH 3布洛芬4．试画出布洛芬的绿色合成工艺路线六、计算题：1．甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反应制备三甲氧苯甲酸工序,测得投料没食子酸Ⅰ25.0 kg,未反应的没食子酸2.0 kg,生成三甲氧苯甲酸Ⅱ24.0 kg;试求选择性和收率;已知化学反应式和分子量为：HO OHOHCOOH(I) + 3 (CH 3)2SO 42H 3CO OCH 3OCH 3COOH (II) + 3 CH 3OSO 2OH2分子量 188 212 解%2.89%1000.250.20.25=⨯-=X%1.83%100188/2120.250.24=⨯⨯=Y%1.93%100=⨯=XYϕ2．在混酸配制过程中,已知混酸组成为H 2SO 4 46％质量百分比,下同、HNO 3 46％、H 2O 8％,配制混酸用的原料为92.5％的工业硫酸、98％的硝酸以及含有H 2SO 4 69％的硝化废酸;试通过物料衡算确定配制1000 kg 混酸时各原料的用量;为简化计算,设原料中除水外的其他杂质可忽略不计; 解：混酸配制过程可在搅拌釜中进行;以搅拌釜为衡算范围．绘制混酸配制过程的物料衡算示意 42SO H G图,如图1所示;图中42SO H G 为92.5％的硫酸用量, 3HNO G 硝化混酸1000 kg3HNO G 为98％的硝酸用量,废G 为含69％硫酸的废废G酸用量; 图 1 混酸配制过程物料衡算示意图图中共有4股物料,3个未知数．需列出3个独立方程;对HNO 3进行物料衡算得100046.098.03⨯=HNO G a对H 2SO 4进行物料衡算得100046.069.0925.042⨯=+废G G SO H b对H 2O 进行物料衡算得100008.031.0075.002.0423⨯=++废G G G SO H HNO c联解a 、b 和c 得3HNO G ＝469.4 kg 42SO H G ＝399.5 kg 废G ＝131.1 kg根据物料衡算结果,可编制混酸配制过程的物料平衡表,如表1 所示;表1 混酸配制过程的物料平衡表3．甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸;已知甲苯的投料量为1000 kg,反应产物中含对甲苯磺酸1460 kg,未反应的甲苯20 kg;试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性; 解：则甲苯的转换率为%98%1001000201000=⨯-=A X对甲苯磺酸的转换率为%1.78%1001721000921460=⨯⨯⨯=Y对甲苯磺酸的选择性为()%7.79%100172201000921460=⨯⨯-⨯=ϕ4. 邻氯甲苯经α－氯化、氰化、水解工序可制得邻氯苯乙酸,邻氯苯乙酸再与2,6－二氯苯胺缩台即可制得消炎镇痛药——双氯芬酸钠;巳知各工序的收率分别为：氯代工序%6.831=y 、氰化工序%902=y 、水解工序%5.883=y 、缩合工序%4.484=y ;试计算以邻氯甲苯为起始原料制备双氯芬酸钠的总收率; 解：%6.831=Y ,%902=Y ,%5.883=Y ,%4.484=Y设以邻氯甲苯为起始原料制备双氯芬酸钠的总收率为T y ．则%2.32%4.48%5.88%90%6.834321=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=Y Y Y Y Y T5. 用苯氯化制备——氯苯时．为减少副产物二氯苯的生成量,应控制氯的消耗量;已知每100 mol 苯与40 mol 氯反应,反应产物中含38 mol 氯苯、1 mol 二氯苯以及61mol 未反应的苯;反应产物经分离后可回收60 mol 的苯．损失1 mol 苯;试计算苯的单程转化率和总转化率;解：苯的单程转化率为%0.39%10010061100=⨯-=A X 设苯的总转化率为T x ,则%5.97%1006010061100=⨯--=T X。

原子经济性反应

Trost教授还提出了一个合成效率的概念，指出合成效率应当成为今后合成方法学研究中关注的焦点。

目前合成化学的主要研究方向就是提高化学反应的选择性及提高化学反应的原子经济性。

1反应转化率、反应收率、反应选择性和原子利用率之概念（1）原子利用率（atom efficiency，AE）:目标产物原子占所有产物原子中的百分数。

即：其中，所有产物分子量的总和=目标产物的分子量+副产物的分子量。

例1 试计算如下中和反应生成盐的原子利用率。

解：氯化钠的分子量为58.5，水的分子量为18，氢氧化钠的分子量为40，盐酸的分子量为36.5，所以，根据原子利用率的定义可得：该反应生成氯化钠的原子利用率 = 58.5÷（58.5+18）×100% = 76.5%该原子利用率也可根据质量作用定律，按反应物氢氧化钠和盐酸的分子量依下式计算：原子利用率 = 58.5÷（40+36.5）×100% = 76.5%两种算法的答案完全一致。

原子利用率实际上是比较化学反应中目标产物分子中的原子数与反应原料分子的原子数的相对比值大小的一个参数，在计算时，反应物和产物分子的原子数值都是以其原子量代入计算的。

化学反应中的原子经济性1

环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）、环境友好化学（Environmentally Friendly Chemistry）、清洁化学（Clean Chemistry）。
2、绿色化学的特点
绿色化学的特点
1 采用无毒、无害的原料
2
在无毒无害的反应条件下进行
• 非原子经济性程度由试剂和反应物定。 • 其通式为：
例：苯酚钠与碘代烷的反应：
ONa I
O NaI
有副产物碘化钠生成导致原子利用率降低。
消除反应
特点：减少原子数目而使反应物转化为最终产物。被消除
的原子都成为废物。是非原子经济性反应。
例：环己醇变为环己烯的反应
OH
H2SO4
H2O
虽不是原子经济性反应，副产物为水（无害）可以接受。用磷酸代替硫酸避免腐蚀和碳化（催化剂的绿色化）
松花江污水治理十一五期间
<
指
标
人均资源拥有量
我国状况
我国≈1/2世界平均水平
我国大大高于资源消耗、能耗指标国际平均水平
1
单位国民生产总值消耗的矿物资源
我国= (2～4) 发达国家
2 能源消耗
我国= (3～4) 发达国家
2.3.2
1、如何让一条合成路线有较高的原子经济性 2、提高合成路线的原子利用率是减少“三废”
AU（%）=
目标产物的量各反应物的量总和
100％

产率（％）＝实际得到目标产物的量
理论上原料变为目标产物的量
100％
一宏观，一微观。
产率高不一定原子利用率高。
例如1：用乙烯合成环氧乙烷

原子经济化的化学方程式

原子经济化的化学方程式原子经济化是指在化学反应过程中，尽量减少或避免产生废物和副产物，以实现资源的高效利用和环境的最小污染。

这种经济化的化学方程式可以通过控制反应条件、催化剂的选择和设计合理的反应路径来实现。

化学反应通常会伴随着物质的转化和能量的释放。

在传统的化学反应中，往往会产生大量的副产物和废物，这些废物不仅会浪费资源，还会对环境造成污染。

而原子经济化的化学反应则追求将反应过程中的原子尽量利用起来，以减少或避免废物的产生。

在原子经济化的化学反应中，需要考虑以下几个方面：1. 反应条件的控制：反应条件的选择可以影响反应的选择性和产物的生成。

通过调整温度、压力和反应时间等条件，可以促使反应发生在最有利的途径上，减少或避免副反应的发生，提高反应的原子利用率。

2. 催化剂的选择：催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质，它能够提供一个更低的能量路径，降低反应的活化能，使得反应更容易进行。

选择合适的催化剂可以增加反应的选择性，使得产物的生成更加高效。

3. 反应路径的设计：在反应的路径选择上，可以通过设计合理的反应步骤，将废物转化为有用的产物，从而减少废物的产生。

例如，有机合成中常用的多步反应，通过逐步将废物转化为其他有用的中间体，最终得到目标产物。

下面以氢气和氧气反应生成水为例，来说明原子经济化的化学方程式：2H2 + O2 → 2H2O在这个反应中，氢气和氧气反应生成水，水是目标产物。

这个反应符合原子经济化的原则，因为反应的所有原子都被利用起来，没有产生任何废物和副产物。

在实际应用中，原子经济化的化学方程式可以应用于各个领域。

例如，有机合成领域中，通过选择合适的反应条件和催化剂，可以实现废物的转化和资源的高效利用。

在能源领域，通过优化反应条件和反应路径，可以提高能源的利用率，减少能源的浪费。

原子经济化的化学方程式是一种实现资源高效利用和环境友好的化学反应方式。

通过控制反应条件、选择合适的催化剂和设计合理的反应路径，可以最大程度地利用原子，减少或避免废物的产生。

6 原子经济反应

甲醇羰基化法:
2009
Rh CH3OH CO 185 ℃
O CH3 C OH 原子利用率100% 16
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
Ca5F(PO4)3 5H2SO4 10H2O
1 2
一步法
O2
Ag
C2H4O
原子利用率=
2009
44 × 100% =100% 28+16
3
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
4
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。
CH2=CH2+HBr CH3CH2Br
Cl Cl Cl Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Cl
2009
Cl
Cl
Cl
8
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
9
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

原子经济性

原子经济反应是原子经济性的现实体现。

理想的原子经济性的反应应该是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不需要附加，或仅仅需要无损耗的促进剂，即催化剂，达到零排放。

原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染的必要条件，但不是充分条件。

原子利用率的定义是目标产物的占反应物总量的百分比。

在化学反应中，一旦要利用的化学反应计量式被确定下来，则其最大原子利用率也就确定了。

一般状况下，重排反应和加成反应的原子经济性最高，为100%。

其他类型反应院子经济性则较低。

近年来，开发原子经济性反应已成为绿色化学研究的热点之一。

再如，EniChem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢反应，可直接合成环己酮肟。