原子经济性反应
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
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。
有机合成中的原子经济性探讨
有机合成中的原子经济性探讨——重排反应⒈“原子经济性”的提出在人类文明的进步中，化学起着十分重要的作用，人们的衣、食、住、行都离不开化学。
但是，在人类物质生活不断提高和工业化程度不断发展的同时，工业上大量污物的排放和生活中污物的堆积造成人类的生存环境迅速恶化，资源急剧减少，同时人类的可持续发展受到极大的威胁。
在这种情况下，众多的化学家致力于发展对人类健康和环境仅有较少危害的化学，提高的原料利用率，一个新的学科——绿色化学开始诞生。
所谓绿色化学是指用化学的技术和方法减少或消除那些对人类健康获环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的生产和应用。
其中，提高原子经济性是绿色化学的一个重要课题。
原子经济性概念的最先由美国Stanford大学的B.M.Trost教授在1991年提出。
原子经济性又称原子利用率，其计算式为：原子经济性（％）＝（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原子经济性这一概念引导人们在有机合成设计中如何经济地利用原子，避免用保护基团或离去基团，这样设计的合成方法就不会有废物产生，而是环境友好型的。
原子经济性反应有两个显著的优点: 一是最大限度地利用了原料; 二是最大限度地减少了废物的排放,减少了环境污染。
⒉重排反应与原子经济性重排反应在有机化学中是一类很重要的反应。
分子重排反应中有一些很好的原子经济性反应，这些反应没有什么副产物，原子经济性很高，很多都在工业上付诸了实施，例如工业上用异丙苯制丙酮和苯酚：该反应的原子经济性为100%，这是目前生产苯酚最主要和最好的方法，得到的丙酮是重要的化工原料，未产生污染物，异丙苯可来源于石油化工产品丙烯和苯，因而经济合理。
又如片呐酮的工业合成：该反应的原子经济性为 100%，而且步骤少成本低，简单易合成。
若采用下面的合成方法，不仅步骤多，工业所需成本高，而且原料异丁烯不易获得。
⒉⒈Claisen , Cope重排Claisen重排即烯丙基芳基醚在高温(200°C)下重排，生成烯丙基酚的反应。
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。
原子经济性在有机合成中的应用
原子经济性在有机合成中的应用随着现代科技的发展，原子经济性逐渐成为有机合成领域的热门话题。
原子经济性是指在化学反应中充分利用原子，提高反应的效率，减少废弃物的产生。
本文将探讨原子经济性在有机合成中的应用，并分析其对环境保护和可持续发展的意义。
1. 原子经济性在合成反应中的重要性在传统的有机合成中，常常需要大量的试剂和溶剂，从而产生大量的废弃物。
这些废弃物不仅对环境造成严重的污染，还带来了废弃物处理的问题。
原子经济性的概念的提出解决了这一问题，通过合理设计合成路线和催化剂的使用，可以最大限度地减少废弃物的生成，提高反应的效率。
2. 催化剂在有机合成中的应用催化剂是实现原子经济性的关键因素之一。
催化剂可以降低反应的活化能，加速反应速率，从而降低反应温度和压力，减少废弃物的生成。
常见的催化剂有金属催化剂、贵金属催化剂等。
以氧化亚铜为例，它在有机合成中广泛应用于不对称氧化反应中，可实现较高的催化活性和选择性。
3. 原子经济性与可持续发展原子经济性的应用不仅有效解决了废弃物处理的问题，还对可持续发展起到了积极的推动作用。
首先，原子经济性的提高减少了原材料和能源的浪费。
其次，原子经济性促使有机合成过程更加高效、环保，符合可持续发展的原则。
此外，原子经济性还可以降低合成成本，提高产品的竞争力。
4. 原子经济性与环境保护原子经济性的应用对环境保护具有重要意义。
传统的有机合成过程中产生的废弃物通常含有大量的有害物质，如重金属、有机溶剂等。
这些废弃物的排放对环境造成严重的污染和破坏。
而原子经济性的应用可以最大限度地减少废弃物的生成，降低环境的负荷，保护生态环境的可持续发展。
5. 原子经济性的挑战与前景尽管原子经济性在有机合成中的应用取得了显著的进展，但仍然面临着一些挑战。
其中一个挑战是如何设计更高效的催化剂，提高反应的选择性和活性。
另一个挑战是如何更好地控制反应条件，以实现最佳的原子经济性。
未来，随着科技的不断发展和创新，相信原子经济性在有机合成领域将有更广阔的前景。
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.
第六章 原子经济反应ppt课件
⑥羟醛缩合反应：
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O
O
OH
O
OH, H2O CH3 C H+ H CH2 C H
CH3 CH CH2 C H
原子利用率100％
C H O
O H
+ C H 3 C H O
C H = C H C H O
原子利用率降低
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3. 几种常见反应的原子经济性
❖ 基原子利用率（AU）可达100%，实际产率可高达
99% 上，是所有乙酸合成方法中最先进的方法。
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5.原子经济性与环境效益
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❖ 为了衡量生产过程对环境的影响， 1992年 荷兰化学家Sheldon提出了环境因子的概念， 其定义为：
原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废
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2、有机合成中常见反应的原子经济性
①加成反应：
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例：烯烃的催化加氢：
Ni
CH3CH=CH2 + H2
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 C 6H 5C H =C C6 H H C 5
例： F-C酰基化反应：
O
A lC l3
+ C H 3 C C l 15
O
CC H 3 +H C l 原子利用率不高。
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⑤消除反应：
例：季铵碱的热消除反应：
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：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
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
第六章原子经济反应
新反应加工途径提高反应的原子经济 性
在精细化工和药物化学中，有些化合物往往 需要多步合成才能得到，尽管有时单步反应 的收率提高，但整个反应的原子经济性却不 甚理想。若改变反应途径，简化合成步骤， 就能大大提高反应的原子经济性。
For example：提高布洛芬(Ibuprofen)合成的原子经济性
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。
钛硅分子筛的研究已有二十多年历史，其类 型由1983年最初合成的TS-1已发展到TS-2、 Ti-b、ETS-10、Ti-MCM-41、Ti-MCM-48、TiHMS、Ti-SBA-15等多种类型，其中活性最高、 应用前景最为看好的是TS-1型钛硅分子筛， TS-1也是目前唯一实现工业化生产和应用的 钛硅分子筛（国内外均有工业化生产）。
氯化铵母液再与磷铵料浆混合即制得含氮， 磷，钾三大营养元素的三元复合肥。
(3)湿法磷酸生产中的含磷酸性废水（主要含CaSO4)重新 导入磷矿萃取工艺中，实现废液的闭路循环，达到零排放。
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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。
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。
由于不少反应中副产物难以确定，副产物分子量很难求得，因而原子利用率不易直接按各种产物的分子量计算求得。
这时可以利用质量作用定律计算出一个与之相同的数，即原子经济百分数：原子经济百分数%=生成产物的原子所有反应物原子X100%原子利用率与原子经济百分数是同一个概念的两种不同表述。
如例1计算结果也完全相同。
例 2 试计算如下实验室制氢的置换反应的原子经济百分数。
+2HClZn ZnCl2+H2解：该制氢反应的原子经济百分数= 2÷ (65 + 2×36.5)×100% =1.45%该反应的原子经济性很低，说明浪费很严重，是一个非绿色的化学反应。
但是，如果利用该反应制氯化锌的话，其原子经济百分数就很高（1-1.45% = 98.55%），就是一个比较绿色的化学反应（仅就原子经济性而言）。
所以，同一个反应，对不同的产物而言，其原子经济性是大不同的。
例3 试计算如下电解水制氢的原子经济百分数.H 2O +H 2电解O 222解：该制氢反应的原子利用率（原子经济百分数） = 2 ×2÷ (2×18)×100% = 11.11%考虑到氢的原子质量很小，所以，这是一个较高的原子经济百分数，因而是一个较绿色的制氢反应。
原子经济性反应就是指那些原子利用率高的化学反应。
但是，某些物质因其本身的特点（如氢气单质的分子量很小、一般只能用还原的方法得到等），在合成它们时，很难找到一种既具有工业经济性又有原子经济性的方法，所以，对不同的化学品（或化学反应）而言，相同的原子经济百分数，所含有的实际意义也可能大不相同。
所以，原子经济百分数也是一个相对的概念。
在实际工作中，在制取某一相同的化学品时，才可以比较不同反应的原子经济性，尽量使用原子经济性高的化学合成反应。
（2）化学反应收率：实际得到的目标产物数量占理论目标产物数量的百分数。
即：化学反应收率%=实际得到的目标产物数量理论目标产物数量X100%化学反应收率是描述反应效果最常用的参数，有时也用产率、得率等词替代，是与反应产率、得率相同的一个概念。
化学反应收率是衡量化学反应中所有的反应物起始物与实际所得产物之间比例的一个参数。
例4 在下列溴化反应中投入1公斤的苯酚与足量的溴单质反应得到了1公斤的均三溴苯酚，试计算其溴化反应的收率是多少？+Br 2OH OHBr OH Br OH BrBr BrOH Br +++C 6H 6O94.04C 6H 3Br 3O330.80解：1公斤的苯酚全部与溴反应，并且只生成三溴苯酚，理论可得三溴苯酚的质量是：理论收率（100%） = 1×330.8÷94 = 3.52 KG 。
但是实际上只得到1公斤的三溴苯酚，所以：实际收率 = 1÷3.52×100% = 28.4%收率在实际工业生产中非常有用，是工厂进行产品成本核算时必须使用的一个参数，同时也是衡量化学反应是否进行完全和化学反应选择性好坏的一个参考指标。
（3）化学反应选择性：实际得到的目标产物数量占所有已经转化的原料数量百分数。
即：实际得到的目标产物数量所有已经转化的原料数量化学反应选择性%=X100%一个化学反应在同一反应条件下，可能有多个反应方向，也就是除了得到目标产物外，还要产生一些副产物。
目标产物相对于包含其它产物的所有产物的量，就是该反应的选择性。
化学反应选择性包括化学选择性、区域选择性、立体选择性及非对映异构选择性等。
例5 如例4中的反应原料是1.2KG，反应结束后尚余0.2KG，所得的产物三溴苯酚仍然是1KG, 试计算该溴化反应在以上条件下的生产三溴苯酚的产率和选择性。
解：反应1.2KG的原料理论上可得三溴苯酚为1.2×330.8÷94=4.22 KG，实际得1KG产物。
所以，该反应产率 = 1÷4.22 ×100% =23.7%该反应实际参加反应的原料为1.2 - 0.2 = 1KG,理论收率= 1×330.8÷94 = 3.52 KG实际得到1KG的产物, 所以，该反应的选择性 =13.52×1.2(1.2-0.2)×100%= 34.1%（4）化学反应转化率：参加化学反应原料的数量占所有投入原料的数量百分数。
即：化学反应转化率%参加化学反应原料的数量所有投入原料的数量=X100%化学反应转化率也是描述反应效果最常用的参数之一。
例6 试计算例5中的转化率。
解: 该反应投料1.2KG，实际反应1KG, 剩余0.2KG, 所以，转化率= 1÷1.2 ×100% = 83.33%转化率与产率之间有明显的差距，说明该反应要么进行得不完全，要么反应的选择性不好，或有较多的副产物生成。
传统的化学合成方法只考虑反应物的转化率、产物的收率，较少考虑反应的选择性，而忽略考虑原子利用率。
只有原子利用率高的反应, 才能降低浪费, 减少副产物, 减少废物的排放。
2反应转化率、收率与反应选择性、原子利用率之间的关系如何？例7 有如下烷基化反应：OH+CatOH+MeOHC7H8O 108.06C5H12O88.09C11H16O164.12CH4O32.03对甲基苯酚(19.61g, 0.22 mol), 叔丁基甲基醚(24.31g, 0.22mol)，硅锆催化剂(3.5 wt %)于100℃下保温3h，冷却后以GC确定反应产物成分。
其主要产物是2-叔丁基-4-甲基苯酚(13.0g)，有10.78g未反应的对甲基苯酚。
计算该反应的反应转化率、收率、反应选择性、原子利用率各是多少？（改编自Yadav，Green Chem 1999, 1, 269）解：催化剂在反应前后没有变化，不予考虑其损耗。
理论收率（100%）= 19.61x164/108 = 29.77g收率% = 100x13/29.77 = 43.7%转化率%=100x（19.61-10.78）/19.61 = 45.03% 选择性% = 100x13 / 29.77[(19.61-10.78)/19.61]= 13/13.4 = 98%原子利用率% = 100x164/(164+32) = 83.6%试判断以下说法是否正确1原子利用率是100%的反应，其反应转化率等于100%。
反应转化率等于100%的反应，其原子利用率是100%。
2原子利用率是100%的反应，其反应收率等于100%。
反应收率是100%的反应，其原子利用率等于100%。
3选择性是100%的反应，其反应收率等于100%。
反应收率是100%的反应，其选择性等于100%。
4选择性是100%的反应，其原子利用率是100%。
原子利用率是100%的反应，其选择性是100%例8 以下是合成氢醌的反应，试计算其在100%收率的情况下的原子利用率。
NH 2O2+4MnO 25H 2SO 42(NH 4)2SO 44MnSO 44H 2O++++C 12H 8O 4216.18H 8N 2O 4S 132.14Mn 4O 16S 4 604.00H 8O 4 72.06OHOHFe H 2OFeO OO+++C 6H 3O 2108.0955.84C 6H 6O 2110.1171.84解：这是一个多步合成反应，计算原子利用率时应先将两步反应写成一个反应：OH(NH 4)2SO 42MnSO 4FeH 2O FeO+++++ 132151110 72NH 2+2MnO 2 2.5H 2SO 4+0.518所以：原子利用率= 110÷ [110 + 72 + 0.5(132) + 2(151) + 18]= 110 / 568 =19.37%如果分步计算各步反应的原子利用率，再相乘得最后的原子利用率，则：第一步的原子利用率=216÷（216+132+604+72）×100% =21.1%第二步的原子利用率=110÷（110+72）×100% = 60.44%两步相乘为21.1%×60.44%=12.8%可见并不与总反应的原子利用率一致，为什么？不难得出, 在数值大小上存在有如下关系：1对不同的反应类型而言，收率与原子利用率并不一致。
有的反应收率很高时，原子利用率很小。
有的反应收率高，原子利用率也高。
所以原子利用率与收率的关系与化学反应的类型有关系。