化学反应中的原子经济性1

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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。

原子经济性反应

原子经济性反应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；也确实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；另一个方面确实是反应的原子经济性，即原料和试剂分子中怎么说有多少的原子转化成了产物分子。

目前合成化学的要紧研究方向确实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 试运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，因此，依照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%该原子利用率也可依照质量作用定律，按反应物氢氧化钠和盐酸的分子量依下式运算：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，在运算时，反应物和产物分子的原子数值差不多上以其原子量代入运算的。

由于许多反应中副产物难以确定，副产物分子量专门难求得，因而原子利用率不易直截了当按各种产物的分子量运算求得。

化学反应中的原子经济性1

1、降低能耗的途径
⑴优化反应体系，减少反应能耗 ⑵利用其它形式能量减少环境负效应
(1)微波―污染小、速度快、效率高、能耗低 (2)声波---环加成反应、周环反应 (3)光能 …
2、我国能源危机与对策
常见耗能
回流过程加热
提高反应速度的升温冷却、纯化、分离过程
降低能耗措施
进行能量需求分析，减少不必要能耗
H2 Pd
NC-CH2-CH2-CH2-CN
目前方法：由丁二烯与HCN合成制备
Ni,Complex CH2=CH-CH=CH2 +2HCN 30~50oC NC-CH2-CH2-CH2-CN
为加成反应，原子利用率为100％
原子经济性与环境因子
菏兰有机化学家赛德隆（R.A.Sheldon)根
温下可以重排，生成烯丙基酚）
加成反应：
• 把反应物的各个部分完全加进到另一个物质中。 • 由于加成反应是将反应物的原子加到某一基质上，因
此是原子经济性反应。其通式为：
• 原子利用率为100%。 • 例：
取代反应：
• 特点：用某一基团取代离开的基团，取代下来的基团必生产一个副产品，降低了该转化过程的原子经济性。
（4）由于反应步骤多，或常引入基团保护试剂或除去保护基团试剂带来的对E的贡献为E4。
（5）即使对只有一个产物的反应，由于存在不同光学异构体，必须将无用且有害的异构体分离并且抛弃，由此对E的贡献为E5。
（6）由于分离工程技术限制，常常不可能达到完全分离，以至部分产物随副产物进入环境，对E的贡献为E6。
• 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

《原子经济性》课件

，进一步节约资源。
减少环境污染
降低废物排放
原子经济性强调减少生产过程中的废物排放，从而降低对环境的污染。
减少有毒有害物质的使用
通过优化生产工艺和流程，原子经济性有助于减少有毒有害物质的使用，降低对环境和人体的危害。
提高环境治理效率
原子经济性有助于提高环境治理的效率，降低环境治理成本，促进企业与环境的和谐发展。
案例分析某化工厂的原子经济性实践
总结词：持续改进
详细描述：该制药公司采用绿色生产流程，注重减少废弃物和污染物的产生。通过不断的技术创新和改进，实现了生产过程中的资源循环利用，提高了原子经济性。
案例分析某化工厂的原子经济性实践
总结词：创新发展
VS
详细描述：该农业合作社采用生态农业模式，注重利用自然资源和生态循环。通过合理配置农业资源，实现了农作物的可持续生产和资源的高效利用，提高了原子经济性。同时，这种模式还有助于保护生态环境，促进农业的可持续发展。
性原则将更加广泛地应用于化学工业中，推动化学品的生产和使用更加
环保和高效。
新材料的应用前景
新材料
具有优异性能和特殊功能的新一代材料，在能源、环保、医疗、信息等领域具有广泛的应用前景。
原子经济性在新材料中的应用
通过设计和合成具有特定结构和功能的分子或纳米材料，实现材料的高效合成和利用，减少资源的浪费和环境的污染。
物。
这不仅有助于提高经济效益，还有助于减少环境污染。
原子经济性的重要性
原子经济性是实现可持续发展的重要手段之一，它有助于减少资源消耗和废物产生，降低生产成本，提高产品质量。
在全球资源日益紧张和环境问题日益严重的情况下，原子经济性对于推动绿色化学的发展和保护环境具有重要意义。

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。

绿色化学名词解释

绿色化学名词解释
绿色化学是一种以生态学、环境保护和人类健康为导向的化学。

它旨在设计、开发和实施化学过程和产品，以减少对人类健康和环境产生的潜在危害。

以下是绿色化学中一些重要的名词解释：
1. 原子经济性：指化学反应中所用的原子数与最终产物中原子数之比。

高原子经济性的反应可以减少废弃物和副产物的产生，从而降低环境污染。

2. 可再生材料：指由可持续资源生产的材料，如植物、动物和微生物源。

3. 生物降解性：指材料在生物条件下分解的速度和程度。

它是一种可持续的替代方案，因为它可以减少废弃物和垃圾的堆积。

4. 绿色催化剂：指使用低毒性和可再生材料催化反应的催化剂。

绿色催化剂可以减少反应废物和减少环境影响。

5. 超临界流体：指在高温高压下，具有液体和气体特性的物质。

超临界流体可以用于取代传统有机溶剂，并且对环境和健康没有危害。

6. 环境分析：指对环境污染物的检测和测量。

绿色化学的目标是开发出更快速、更准确、更廉价的环境分析方法，以促进环境保护和公共健康。

以上是绿色化学中一些重要的名词解释，它们都是为了更加环保和健康的化学工艺和产品服务的。

原子经济性--1991年

子, 毒性大小和其生成A位自由基的难易有关; 如在A位进行取代, 使其不能生成自由基, 腈类化合物的毒性可以降低几个数量级。
二、研究成果
浙江工业大学—— 绿色精细有机合及产品开发
改课题组着重阐述精细有机合成原理，以亲电反应、亲核反应、自由基反应和消除反应为主，叙述反应过程中旧键断裂和新键形成的过程、影响反应的因素，以典型精细有机合成反应为例探讨了精细有机合成机理，包括卤代反应、磺化反应、硫酸化反应、硝化反应、亚硝化反应、氨基化反应、重氮化反应、偶合反应、氧化反应、还原反应、烷基化反应、酰基化反应、水解反应、醇解反应和缩合反应等。还介绍一些现代技术在精细有机合成中的应用，如：酶技术、光技术、微波技术、相转移催化技术和非传统的“洁净”反应介质。
浙江大学—— 氮氧杂环化合物的绿色合成方法与选择性研究
• 探索了氨基醇与羧酸乙烯酯的反应选择性,考察了有机溶剂、底物结构等因素对反应的影响;重点研究了反应条件对氨基、羟基成环反应的调控,发现氨基醇如普萘洛尔与O-Ac-苹果酸二乙烯酯的反应通过使用不同的溶剂可以实现对6元及7元氮氧杂环产物、直链衍生物的调控合成。
L一、领域简介
原子经济性--1991年美国有机化学家Trost提出原子利用率 =（预期产物的分子量／反应物质的原子量总和） ×100% 例美国壳牌公司用丙炔-钯催化甲氧碳基化合成甲基丙烯酸甲酯。新合成路线避免使用氢氰酸和浓硫酸，且原子利用率达到100%，是环境友好的。
甲基丙烯酸甲酯
最大限度地利用原料最大限度地减少废物排放环境污染
• 改课题组研究了一类新型高效的非膦钯催化体系,发现3-（N,N-二甲胺基）丙酸可以替代N,N-二甲基甘氨酸,作为一个更加高效的配体参与钯催化的溴苯,碘苯,活化氯苯的 Heck反应和Suzuki反应,其TON分别高达 103和104。动力学研究和理论计算表明3（N,N-二甲胺基）丙酸能比N,N-二甲基甘氨酸更快地促进氧化加成反应,从而具有更好的催化效果。

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.

原子经济性

什么是绿色化学？绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。

它要求利用化学原理，从源头上消除污染，减少或消除在化工产品的设计，生产及应用中有害物质的使用和产生，是实现污染预防的基本的和重要的科学手段。

绿色化学又称环境友好化学，它的主要特点是：1.充分利用资源和能源，采用无毒，无害的原料；2.在无毒，无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；3.提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；4.生产出有利于环境保护，社区安全和人体健康的环境友好的产品。

从上面可以看出，发展绿色化学是解决环境和生态问题的根本，但必须注意的是：绿色化学不同于环境化学。

环境化学是一门研究污染物的分布，存在形式，运行，迁移及其对环境影响的科学，通过对化学合成的终端或过程污染进行控制或进行处理，实现保护生态和环境的目的；而绿色化学则强调在化学合成的始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染，主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有原子经济性，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。

“原子经济性”是绿色化学的核心内容之一。

原子经济性的概念是1991年美国著名有机化学家Trost（为此他曾获得1998年度的总统绿色化学挑战奖的学术奖）提出的，用原子利用率衡量反应的原子经济性，表达式为: 原子利用率=（预期产物的相对分子质量/参与反应各原子相对原子质量总和）×100％以反应A+B=C+D为例（假设C为反应的预期产物，而D为反应的副产物），则该反应的原子利用率的计算式为：原子利用率=[C的相对分子质量/(A的相对分子质量+B的相对分子质量）]×100％。

原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。

绿色化学强调：化学合成应该是原子经济性的，即原料的原子100％转化成产物，不产生废弃物，实现原子“零排放”。

提高化学反应的原子经济性

1. 设计新的合成路线
布洛芬的合成就是很好的例子。布洛芬是许多止痛消炎药的主要成分，过去布洛芬的合成需6步反应才能得到产品。原子利用率只有40．04％。最近，法国BHC公司发明设计的新路线只需3反应即可得到产品布洛芬，原子利用率达77．44％。新方法减少了37％的废物排放。BHC公司也因此获得了 1997年度美国“总统绿色化学挑战奖”。
这一反应的原料全部转化为产品，反应的原子利用率达到100％，成为原子经济性反应。而且该方法原料成本低，消除了硫酸对环境的污染。2. 采用新 Nhomakorabea合成原料
两种合成路线分别为：
1. 设计新的合成路线
2. 采用新的合成原料
采用新的合成原料也是提高原子利用率的一种手段。例如，甲基丙烯酸甲酯的合成就是一个很好的例子。过去几十年来甲基丙烯酸甲酯主要用丙酮和氢氰酸原料合成，原子利用率仅有47％。最近开发了2价钯的有机膦配合物、质子酸及一种胺添加剂所组成的均相钯催化剂体系，将甲基乙炔在甲醇存在下于 60℃、6MPa、9．6min条件下羰基化，一步制得甲基丙烯酸甲酯(MMA)。

第四章原子经济性

新方法
使用的催化剂为 Pd(OAc)2
Pd(OAc)2
新方法的优点
如果反应的选择性达到 100% 原子利用率极高 (100 %) 相对于氢氰酸，一氧化碳和甲醇对人员以及设备都要安全。反应过程没有产生废弃物。
4. 2 化学反应的原子经济性 1991，Barry M. Trost
1996, The Presidential Green Chemistry Challenge Award of USA
44
44
111
18
111+ 18 = 129 44 ╳ 100% = ╳ 100% = 25% = 28+ 71 + 74 111+ 18 + 44 44
传统方法的缺点
如果每步反应的选择性与产率都是100%
1. 原子利用率仅为 25%,也就是说, 每生产 1kg的产品将产生 3kg的废物。 2. 反应物 Cl2是有害的，会腐蚀设备也会对人造成伤害，因此需要采用特殊的设备并采取相应的保护措施。 3. 得到需要的产物需要分离于纯化。
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。
氧气对人以及环境都是安全的
反应后不需要分离以及纯化

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。

第四章原子经济性

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。
原子经济反应
E+F
C
Target product
设计新的原子经济反应如下图
E+F
C
优点: 反应物E、F中的所有原子都要被用于合成产物 C, 使得原子利用率达到100%。
不产生副产物无需处理废弃物无污染
问题
❖ 有机反应的类型: ❖ 哪种反应符合原子经济性？
第一步
第二步
第三步
简单多了！
BHC公司合成布洛芬的原子经济性
Reagents formula C10H14
C4H6O3
H2
CO
Reagents Utilized
FW
atoms
134
10C, 13H
102
2C, 3H, O
2
2H
28
C, O
Weight of
Unutilized atoms
utilized atoms
58 ╳ 100% = 76%
58 + 18
42 + 34
新方法的优点
如果反应的选择性为 100%
☺ 原子利用率很高 (76 %) ☺ 反应的副产物为水对环境没有影响. ☺ 过氧化氢相比氯气要更安全
问题?
CH3CH=CH2 + 1/2 O2
C3H6O
Example 3 制备丙烯酸甲酯
传统方法
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

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。

绿色化学基本概念

绿色化学基本概念绿色化学（Green Chemistry）是一种以可持续发展为导向的化学分支，旨在设计和开发能够降低或消除对环境和人类健康的危害的化学物质和过程。

它强调最大限度地减少废物和污染的生成，同时优化资源利用效率。

绿色化学的基本概念包括以下几个方面：1.原子经济性（Atom Economy）：原子经济性是指在化学合成过程中，有多少原子能够转化为有用的产物。

高原子经济性意味着更少的废物生成。

绿色化学鼓励选择具有高原子经济性的合成路线，以减少废物的产生。

2.高选择性（High Selectivity）：高选择性是指在反应中只产生所需产物而不产生副产物的能力。

通过选择高选择性的反应条件和催化剂，可以减少废物的生成，并提高合成效率。

3.可再生资源（Renewable Resources）：绿色化学倡导使用可再生资源作为原料，以减少对非可再生资源的依赖。

可再生资源包括生物质、植物提取物、再生材料等。

4.无毒化学品（Non-toxic Chemicals）：绿色化学鼓励使用无毒或低毒的化学品，以降低对环境和人类健康的危害。

这包括设计和合成更安全的溶剂、催化剂和反应物，以减少对生态系统的负面影响。

5.可降解性（Biodegradability）：可降解性是指化学物质在自然环境中可以被微生物降解为无害物质的能力。

绿色化学倡导开发可降解的材料和化学品，以减少对环境的持久性影响。

6.节能（Energy Efficiency）：节能是指在化学合成过程中最大限度地减少能源的消耗。

通过选择高效反应条件和合理的工艺设计，可以降低能源消耗，提高合成过程的能源效率。

7.废物减量（Waste Minimization）：废物减量是绿色化学的核心原则之一，旨在最大限度地减少废物的生成。

通过优化合成路线、设计高效催化剂和回收利用废物等措施，可以实现废物减量的目标。

8.循环经济（Circular Economy）：循环经济是一种可持续发展的经济模式，强调资源的循环利用和废物的再利用。

绿色化学的基本原则

绿色化学的基本原则绿色化学是一种以最小化对环境的负面影响为目标的化学方法。

它旨在减少化学物质的使用和生成，以及减少废弃物的产生。

绿色化学的基本原则包括以下几个方面。

1. 原子经济性：绿色化学强调化学反应的原子经济性，即尽可能地利用反应中的所有原子，减少废物的产生。

这可以通过选择高效催化剂、优化反应条件和设计高选择性的反应路径来实现。

2. 可再生资源的使用：绿色化学鼓励使用可再生资源作为化学原料，而不是依赖于有限的石油和天然气资源。

可再生资源包括生物质、农作物废料和废弃物等，它们可以通过生物转化或化学转化的方式转化为有用的化学品。

3. 无毒性：绿色化学要求合成的化学品和材料应具有最小的毒性和对人体健康的负面影响。

这可以通过设计和合成无毒的替代品，或者通过减少有毒物质的使用来实现。

4. 节能：绿色化学强调节约能源的重要性。

这可以通过优化反应条件、减少反应温度和压力、使用节能设备等方式来实现。

此外，绿色化学也鼓励开发新的能源转化和储存技术，以减少对传统能源的依赖。

5. 废物的最小化：绿色化学要求最小化废物的产生。

这可以通过设计高选择性的反应、使用可回收的溶剂、改进反应工艺等方式来实现。

废物的最小化还可以通过废物转化为有用的化学品或能源来实现。

6. 可降解性：绿色化学强调合成的化学品和材料应具有良好的可降解性，以减少对环境的持久性影响。

这可以通过选择可降解的材料、设计可降解的聚合物、降低有机溶剂的使用等方式来实现。

7. 安全性：绿色化学要求合成的化学品和材料应具有最小的安全风险。

这可以通过设计和合成安全性更高的化学品、合理管理化学品的使用和储存等方式来实现。

绿色化学也鼓励开发新的检测和评估方法，以及提供安全性信息的数据库。

8. 可持续性：绿色化学鼓励化学产业的可持续发展。

这可以通过开发可再生资源的利用技术、提高化学品和材料的循环利用率、减少对有限资源的依赖等方式来实现。

绿色化学的基本原则为化学领域的可持续发展提供了指导。