第二章 精细化工绿色化
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2021/3/6
精细化工原料的绿色化，要求尽可能选用无毒无害化工原 料进行精细化学品的合成，以减少原料的生产所带来的环境污 染和毒害品伤害。精细化工工艺技术的绿色化，要求利用全新 化工技术，如新催化技术、生物技术等开发高效、高选择性的 原子经济性反应和绿色合成工艺，从源头上减少或消除有害废 物的产生；或者改进化学反应及相关工艺，降低或避免对环境 有害的原料的使用，减少副产物的排放，最终实现零排放。精 细化工产品的绿色化，要求根据绿色化学的新观念、新技术和 新方法，研究和开发无公害的传统化学用品的替代品，设计和 合成更安全的化学品，采用境友好的生态材料，实现人类和自 然环境的和谐与协调。
AU越大，表明消耗原料而产生的副产物少 原子利用率和产物的收率、转化率及选择性的区别
2021/3/6
2021/3/6
转化率 对某一组分来说，反应物所消耗的物料量 与投入反应物料量之比简称该组分的转化 率。一般以百分率表示。
2021/3/6
2021/3/6
例：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 25.0kg，未反应的没食子酸2.0kg，生成三甲 氧苯甲酸24.0kg，求转化率、选择性和收率。
A + B C(产物) + D(副产物)
A + B C(产物) + C’ (产物) + D(副产物)
2021/3/6
乙烯在银催化剂存在时氧化制备环氧乙烷
甲醇和CO在催化剂下通过氧化羰基化反应 合成碳酸二甲酯
2021/3/6
（2）原子利用率（AU）：度量原子经济性。是用 来估算不同化工过程所用的原料化合物分子中原子 利用程度，可用化学反应式计算出其理论值。
2021/3/6
2021/3/6
精细化学品生产绿色化设计
精细化学品及其工业涉及三部分： 原药的合成、复配物的制备、商品化
精细化学 品绿色化
关键
本教材绿色化学 归纳八项原则
2021/3/6
产品设计 有效产品、功能终结后
合成路线 少废物，高收率 设计合成（催化剂） 绿色催化剂 原料选用、循环利用 无毒无害
条件控制 亲电加成、亲核加成、催化加氢、环加成 不当，副产 光加成
（3）取代反应 负面影响原子经济性
亲核取代、亲电取代、游离基取代
性原
烷基化、芳基化、酰基化、磺化、硝化
较 差
子 经
（4）消除反应
济
α-消除、γ-消除、β-消除
2021/3/6
3 提高原子利用率的方法
例一、非甾体消炎镇痛药布洛芬(Ibuprofen，61)的合成曾采用Darzens合成路线，从原料异丁 苯(6-2)到成品需如下六步反应：
2021/3/6
绿色精细化工的基础
用生物质资源或绿色化的原料，在绿色化溶剂或 无溶剂条件下，采用绿色化能源、绿色化催化剂和绿 色化高新技术，以最经济、最清洁、最安全、最优化 的过程，进行原子经济性反应，转化率、选择性、收 率尽量达到最高，使原料中的原子尽可能全部转化为 绿色化产品，实现废物的零排放，是研究绿色精细化 工过程的基础。
2021/3/6
产品总原子利用率仅为40.03%
采用新发明的方法生产布洛芬，废物量可减少 37%，美国BHC公司因此获得了1997年度 “总 统绿色化学挑战奖”的变更合成路线奖。
2021/3/6
精细化工是生产精细化学品的工业，是现代化学工业的重 要组成部分，是衡量一个国家科学技术水平和综合实力的重要 标志之一。绿色精细化工，就是运用绿色化学的原理和技术， 选用无毒无害的原料、开发绿色合成工艺和环境友好的化工工 艺、生产对人类健康和环境无害的精细化学产品。绿色精细化 工的内涵主要包括：化工原料的绿色化、工艺技术的绿色化和 产品的绿色化。
CH4 + Cl2 + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O
参加反应原料M 28 71
74
44 111 18
合成目标产物M 废弃物M
44 111+18=129
AU = 44 / (28 + 71 + 74 ) ×100% = 25%
2021/3/6
（3）环境因子（E-因子）：每制备1 kg产物所产生 的废物（不可利用的副产物）的千克数。
2021/3/6
直接氧化法
参加反应原料M
28
16
合成目标产物M
44
废弃物M
0
AU = 44 / (28 + 16 ) ×100% = 100%
2021/3/6
氯乙醇法
CH2CH2 + Cl2 + H2O
ClCH2CH2OH + HCl
ClCH2CH2OH + HCl + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O
第二章 精细化工绿色化
Байду номын сангаас
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
正如无污染、无公害的食品被称为“绿色食 品”，无氟电冰箱被称为“绿色电冰箱”一样， 绿色精细化工指的是对环境无公害的低污染或者 无污染精细化学品工业，故又可以称为清洁精细 化工、环境无害或环境友好精细化工。
少辅助物质
无毒无害
节能、绿色能源 尽量常温常压
储运涉及物质安全 消除潜在危险
化学过程有效控制
2.2 原子经济性反应和绿色合成反应
1 基本概念 （1）原子经济性：指合成所用原料化合物分子中究 竟有百分之几的原子转化成为有用产物。
理想原子经济性反应：指构成原料化合物分子中的 原子百分之百地转化成有用产物，不产生副产物或 废物，做到废物零排放。
环境因子E越大，表明化工过程所产生的废物 越多，造成的资源浪费和环境的污染越大。
2021/3/6
不同化工领域E-因子
精细化工生产应尽量采用催化技术和先进的 分离技术，可减少反应步骤，减少后处理过程不 必要的损失，其环境因子就会下降。
2021/3/6
（4）环境商（EQ）：E为环境因子，Q为废物对环境 中的不友好程度。
环境商越小，表面该化学过程绿色化程度越高。
原子利用率、环境原子、环境商
评价化学品生产绿色化程度的重要指标
2021/3/6
2 有机合成中的原子经济性反应
经 理 （1）重排反应 Bedkmann重排、Claisen重排、
济想 反原
无副产 Fischer-Hepp重排、Fries重排、Wolff重排
应 子 （2）加成反应
精细化工原料的绿色化，要求尽可能选用无毒无害化工原 料进行精细化学品的合成，以减少原料的生产所带来的环境污 染和毒害品伤害。精细化工工艺技术的绿色化，要求利用全新 化工技术，如新催化技术、生物技术等开发高效、高选择性的 原子经济性反应和绿色合成工艺，从源头上减少或消除有害废 物的产生；或者改进化学反应及相关工艺，降低或避免对环境 有害的原料的使用，减少副产物的排放，最终实现零排放。精 细化工产品的绿色化，要求根据绿色化学的新观念、新技术和 新方法，研究和开发无公害的传统化学用品的替代品，设计和 合成更安全的化学品，采用境友好的生态材料，实现人类和自 然环境的和谐与协调。
AU越大，表明消耗原料而产生的副产物少 原子利用率和产物的收率、转化率及选择性的区别
2021/3/6
2021/3/6
转化率 对某一组分来说，反应物所消耗的物料量 与投入反应物料量之比简称该组分的转化 率。一般以百分率表示。
2021/3/6
2021/3/6
例：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 25.0kg，未反应的没食子酸2.0kg，生成三甲 氧苯甲酸24.0kg，求转化率、选择性和收率。
A + B C(产物) + D(副产物)
A + B C(产物) + C’ (产物) + D(副产物)
2021/3/6
乙烯在银催化剂存在时氧化制备环氧乙烷
甲醇和CO在催化剂下通过氧化羰基化反应 合成碳酸二甲酯
2021/3/6
（2）原子利用率（AU）：度量原子经济性。是用 来估算不同化工过程所用的原料化合物分子中原子 利用程度，可用化学反应式计算出其理论值。
2021/3/6
2021/3/6
精细化学品生产绿色化设计
精细化学品及其工业涉及三部分： 原药的合成、复配物的制备、商品化
精细化学 品绿色化
关键
本教材绿色化学 归纳八项原则
2021/3/6
产品设计 有效产品、功能终结后
合成路线 少废物，高收率 设计合成（催化剂） 绿色催化剂 原料选用、循环利用 无毒无害
条件控制 亲电加成、亲核加成、催化加氢、环加成 不当，副产 光加成
（3）取代反应 负面影响原子经济性
亲核取代、亲电取代、游离基取代
性原
烷基化、芳基化、酰基化、磺化、硝化
较 差
子 经
（4）消除反应
济
α-消除、γ-消除、β-消除
2021/3/6
3 提高原子利用率的方法
例一、非甾体消炎镇痛药布洛芬(Ibuprofen，61)的合成曾采用Darzens合成路线，从原料异丁 苯(6-2)到成品需如下六步反应：
2021/3/6
绿色精细化工的基础
用生物质资源或绿色化的原料，在绿色化溶剂或 无溶剂条件下，采用绿色化能源、绿色化催化剂和绿 色化高新技术，以最经济、最清洁、最安全、最优化 的过程，进行原子经济性反应，转化率、选择性、收 率尽量达到最高，使原料中的原子尽可能全部转化为 绿色化产品，实现废物的零排放，是研究绿色精细化 工过程的基础。
2021/3/6
产品总原子利用率仅为40.03%
采用新发明的方法生产布洛芬，废物量可减少 37%，美国BHC公司因此获得了1997年度 “总 统绿色化学挑战奖”的变更合成路线奖。
2021/3/6
精细化工是生产精细化学品的工业，是现代化学工业的重 要组成部分，是衡量一个国家科学技术水平和综合实力的重要 标志之一。绿色精细化工，就是运用绿色化学的原理和技术， 选用无毒无害的原料、开发绿色合成工艺和环境友好的化工工 艺、生产对人类健康和环境无害的精细化学产品。绿色精细化 工的内涵主要包括：化工原料的绿色化、工艺技术的绿色化和 产品的绿色化。
CH4 + Cl2 + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O
参加反应原料M 28 71
74
44 111 18
合成目标产物M 废弃物M
44 111+18=129
AU = 44 / (28 + 71 + 74 ) ×100% = 25%
2021/3/6
（3）环境因子（E-因子）：每制备1 kg产物所产生 的废物（不可利用的副产物）的千克数。
2021/3/6
直接氧化法
参加反应原料M
28
16
合成目标产物M
44
废弃物M
0
AU = 44 / (28 + 16 ) ×100% = 100%
2021/3/6
氯乙醇法
CH2CH2 + Cl2 + H2O
ClCH2CH2OH + HCl
ClCH2CH2OH + HCl + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O
第二章 精细化工绿色化
Байду номын сангаас
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
2021/3/6
正如无污染、无公害的食品被称为“绿色食 品”，无氟电冰箱被称为“绿色电冰箱”一样， 绿色精细化工指的是对环境无公害的低污染或者 无污染精细化学品工业，故又可以称为清洁精细 化工、环境无害或环境友好精细化工。
少辅助物质
无毒无害
节能、绿色能源 尽量常温常压
储运涉及物质安全 消除潜在危险
化学过程有效控制
2.2 原子经济性反应和绿色合成反应
1 基本概念 （1）原子经济性：指合成所用原料化合物分子中究 竟有百分之几的原子转化成为有用产物。
理想原子经济性反应：指构成原料化合物分子中的 原子百分之百地转化成有用产物，不产生副产物或 废物，做到废物零排放。
环境因子E越大，表明化工过程所产生的废物 越多，造成的资源浪费和环境的污染越大。
2021/3/6
不同化工领域E-因子
精细化工生产应尽量采用催化技术和先进的 分离技术，可减少反应步骤，减少后处理过程不 必要的损失，其环境因子就会下降。
2021/3/6
（4）环境商（EQ）：E为环境因子，Q为废物对环境 中的不友好程度。
环境商越小，表面该化学过程绿色化程度越高。
原子利用率、环境原子、环境商
评价化学品生产绿色化程度的重要指标
2021/3/6
2 有机合成中的原子经济性反应
经 理 （1）重排反应 Bedkmann重排、Claisen重排、
济想 反原
无副产 Fischer-Hepp重排、Fries重排、Wolff重排
应 子 （2）加成反应