第六章 原子经济反应
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。
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。
《原子经济性》课件
发现生活中的原子经济性实践，如节能环保的家 居设计和可持续消费生活方式。
分析原耗和环境污染，有助于保护生态环境和生物多样性。
2 对资源利用的优势
通过有效利用资源，原子经济性提高了资源利用效率，降低了资源短缺和价格波动的风 险。
3 对经济发展的意义
原子经济性与可持续发展密不可分，通过优化资源利用和减少环境负荷，推动经济的长期 稳定和社会的可持续发展。
原子经济性的发展历程
原子经济性的概念和实践在过去几十年中不断演进，经历了从减少污染到循环经济再到绿 色发展的转变。
探究原子经济性的实践案例
工业制造中的实践案例
生活中的实践案例
了解工业制造领域中采用原子经济性的创新方法， 如资源回收利用和生产过程优化。
演示结束
感谢大家观看我们的《原子经济性》PPT课件！希望通过本课程的学习，能够对原子经济性有更深入的 了解，为推动可持续发展贡献一份力量！
原子经济性促进了经济的可持续发展，提升了企业竞争力，推动了绿色经济的崛起。
展望原子经济性的未来
1
未来的发展方向
原子经济性的未来将聚焦于创新技术、政策支持和国际合作，推动全球范围内的可持 续发展。
2
未来趋势和预测
预计原子经济性将成为各行各业的标准实践，推动全球绿色转型和可持续经济的崛起。
3
挑战和解决方案
《原子经济性》PPT课件
欢迎来到《原子经济性》PPT课件！本课程将介绍原子经济性的概念、实践 案例、优势和意义，并展望其未来。让我们一同探索这一引人入胜的话题！
介绍原子经济性的概念
原子经济性定义
原子经济性是指在经济活动中最大限度地利用资源，减少浪费和污染，实现可持续发展的 经济模式。
原子经济性与可持续发展的关系
《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。
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。
有机合成中的原子经济性-精品文档
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
例1.
+
N O 2
N O 2 8 5 % H
2、有机合成中常见反应的原子经济性
加成反应：
例：烯烃的催化加氢： CH3CH=CH2 + H2
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 C H 2 5 O C H O 2 5 O O C H 2 5 O
+
O C H 2 5 O
原子利用率31.7%。 例： F-C酰基化反应：
O O + C l A l C l 3 + H C l
原子利用率41.4%。
消除反应：
例：季铵碱的热消除反应：
N
O H
+ N
+H O 2
原子利用率35.3%。
N O 2 N
N O 2
+
N
O + H 2
O H
O N 2 N O 2
O N 2
N O 2
原子利用率75.6%。
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2019年美国“总 统绿色化学挑战奖”。
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。
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
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.
化学合成中的原子经济性研究
化学合成中的原子经济性研究化学合成作为一种重要的科学技术手段，广泛应用于药物研发、材料合成、能源开发等领域。
然而，传统的化学合成过程通常存在较高的废物生成率，浪费了大量的原材料和能源资源，同时也对环境造成了不可忽视的影响。
因此，研究如何提高化学合成的原子经济性成为了当今化学领域的热点之一。
原子经济性，即反应中所用的原子与最终产品中所包含的原子的比例。
在理想情况下，每个反应所用的原子都完全被转化为有效产物，形成零废物排放。
然而，由于反应条件、反应途径和催化剂等种种限制，实际中的化学反应往往无法达到完全的原子经济性。
提高化学合成的原子经济性需要从多个方面进行研究和优化。
首先，选择合适的合成路径和方法非常重要。
优化反应途径，减少或消除中间产物的生成，可以有效地提高原子经济性。
例如，直接合成方法可以避免一些复杂的中间步骤，从而减少了浪费和废物的生成。
同时，选择高效催化剂也可以促进反应的进行，降低副产物的生成。
其次，催化剂在化学合成中扮演着重要的角色。
有机催化剂、金属催化剂和生物催化剂等不同类型的催化剂可以通过不同的机制实现反应的加速和选择性控制。
在催化剂的选择和设计中，应考虑到催化剂的活性、稳定性和可回收性等因素，以降低原料消耗和废物产生。
此外，反应条件的优化也是提高原子经济性的重要途径。
适当调整反应的温度、压力和溶剂等条件，可以改变反应的速率和产物分布，从而实现更高的原子利用率。
同时，绿色溶剂的使用和替代也可以减少对环境的污染。
另外，废物回收和再利用也是提高原子经济性的关键环节。
废物处理通常需要大量的能量和资源消耗，因此，研究废物的资源化利用方法具有重要意义。
通过有效的废物回收，可以将废物中的有用组分提取出来，进一步减少对原材料的需求，实现资源的循环利用。
综上所述，化学合成中的原子经济性研究是当今化学领域的重要课题。
通过选择合适的合成路径和方法，优化催化剂和反应条件，以及实现废物的回收和再利用，可以有效提高化学合成的原子经济性，实现资源的高效利用和环境的可持续发展。
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。
第六章 原子经济反应
LOGO
YOUR SITE HERE
3、
重排反应
LOGO
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连 接、键的形式等产生一个新的分子的反应。 分子间结构互变或异构化的重排反应，是合成染料、 合成药物中的重要有机合成反应，也是理想的原子经济 反应。
YOUR SITE HERE
YOUR SITE HERE
Diels-Alder反应:
+
LOGO 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
NO 2 NO 2 H
YOUR SITE HERE
2、有机合成中常见反应的原子经济性
①加成反应：
例：烯烃的催化加氢：
Ni
LOGO
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
六 氢 吡 啶
O + CH (COOC2H5)2 2 C 6H5CH-CH2CC6H5 CH(COOC2H5)2 98%
LOGO
原子利用率100％
CH O OH CH = CH CH O
+
CH 3CHO
原子利用率降低
YOUR SITE HERE
3. 几种常见反应的原子经济性
LOGO
1、 化合反应 3H2 + N2
=
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。
原子经济反应的例子
原子经济反应的例子
嘿，朋友！今天我要给你讲讲原子经济反应的超有趣例子哦！
比如说，在化工领域，生产聚碳酸酯这个过程就很典型呢！就好像我们搭积木一样，所有的原子都被充分利用，几乎没有什么浪费。
这不就是我们希望的那种高效又环保的反应吗？
再看看生产乙醇的例子呀！通过一些巧妙的方法，让原子们乖乖地组合在一起，形成我们需要的乙醇。
哎呀，这多神奇呀！这就好比烹饪一道美味的菜肴，每一种食材都被恰到好处地利用，最后呈现出完美的味道。
还有呀，在一些新型材料的合成中，原子经济反应更是发挥了大作用！想象一下，就像是一位神奇的建筑师，用那些原子搭建出坚固又漂亮的大厦。
记得上次我和朋友讨论这个原子经济反应，他都惊呆了！他说：“哇，原来化学还能这么神奇！”可不是嘛，原子经济反应就是这么牛！它不仅能提高生产效率，还能减少资源浪费和对环境的污染呢。
这多棒呀！让我们的世界因为原子经济反应而变得更加美好，更加可持续。
我们难道不应该为这样的伟大发现而欢呼吗？所以呀，原子经济反应真的是超级厉害的，它在我们的生活中有着至关重要的地位呢！。
原子经济反应合成LDHs及相关动力学研究的开题报告
原子经济反应合成LDHs及相关动力学研究的开题报告一、选题背景及意义随着社会经济的不断发展，化学品的应用范围不断扩大。
但由于化学品的生产、使用和处理过程中，存在大量的废弃物和污染物，会对环境造成严重的污染和危害，加大了环境保护的难度和成本。
因此，研发可持续化学合成方法和高效清除废弃物和污染物的技术成为迫切需要解决的问题。
近年来，原子经济反应合成方法备受关注，具有高效、环保、节能等特点，对应对环境问题和实现可持续发展具有重要意义。
其中，利用原子经济反应合成层状双金属氢氧化物（LDHs）作为吸附剂，能有效地去除水中的污染物，实现水的净化。
二、研究内容及研究目标本研究将使用原子经济反应合成方法合成层状双金属氢氧化物（LDHs），并研究LDHs对水中污染物的吸附性能和动力学行为。
具体内容包括以下几个方面：1. 合成不同结构捏合金属离子的LDHs，并对合成的LDHs进行表征和比较，探究不同结构的LDHs对水中污染物去除效率的影响。
2. 研究LDHs对不同类型污染物（如有机物、重金属离子等）的吸附性能，分析各类污染物在LDHs中的吸附机理。
3. 调控LDHs的pH、温度等条件，研究LDHs对污染物的吸附动力学行为，并建立动力学吸附模型。
4. 探究LDHs的再生能力，优化LDHs再生方法和条件，实现LDHs的循环利用。
三、研究方法及技术路线本研究主要采用以下研究方法和技术路线：1. 合成LDHs：采用原子经济反应合成方法，探究不同结构的捏合金属离子对LDHs结构和性质的影响。
2. 表征LDHs：采用XRD、SEM、TEM等技术对合成的LDHs进行表征，分析LDHs的结构和性质。
3. 研究LDHs的吸附性能：通过吸附实验，研究LDHs对不同类型污染物的吸附性能，并分析污染物在LDHs中的吸附机理。
4. 研究LDHs的吸附动力学：调控LDHs的pH、温度等条件，研究LDHs对污染物的吸附动力学行为，并建立动力学吸附模型。
- 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)。
缺点： 原子利用率低，仅为31%；消耗大量的石灰和氯 气，设备腐蚀和环境污染严重。
YOUR SITE HERE
6.提高化学反应原子经济性的途径
（1）开发新催化材料
LOGO
a. 反应条件温和。常压，40-50℃。 b. 氧源安全易得（30%H2O2），转化率高（以 H2O2计算为93%）。 c. 选择性高达97%以上，原子利用率76.3%。 d. 仅联产水，是低能耗、无污染的绿色化工过程。 e. 不足之处是H2O2成本高。
⑤消除反应：
例：季铵碱的热消除反应： CH3CH2CH2
NO2 O2N NO2
N+(CH
3)3
OH-
CH3CH = CH2
NO2
LOGO + N(CH3)3 +H2O
C2H5 CH2CH2 N CH3 C2H5 OH O2N
CH = CH2 NO2
+ CH3N ( C2H5 )2
+
H2O
原子利用率不高。
YOUR SITE HERE
LOGO
YOUR SITE HERE
3、
重排反应
LOGO
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连 接、键的形式等产生一个新的分子的反应。 分子间结构互变或异构化的重排反应，是合成染料、 合成药物中的重要有机合成反应，也是理想的原子经济 反应。
YOUR SITE HERE
绿色化学
Green Chemistry
第六章
编者
原子经济反应
沈玉龙 魏利滨 曹文华 琚行松等
中国环境科学出版社
LOGO
以反应选择性和产率为评价指标的传统生产 模式不能满足现代化学工业的需要 LOGO
采用产物选择性和产率作为化工反应过程或产 品合成工艺优劣的标准，是建立在追求最大经 济效益基础上的。它不考虑反应物的有效利用 问题，也不考虑所排放的废物在数量上和性质 上对环境的影响。 如何更有效地使用原料，使反应实现废物“零 排放”或尽可能少地排放废弃物？
LOGO
甲醇羰基化制醋酸
丁二烯的氢氰酸反应合成已二腈
CH2=CH—CH=CH2+2HCN→NC—CH2—CH2—CH2—CH2—CH SITE HERE YOUR
丁二烯的氢氰酸反应合成已二腈
LOGO
上述反应，理论上可实现原子经济反应，但在实际化 学反应的合成工艺中，必须有高选择性催化剂的开展 以及工艺条件与技术参数的优选，才能实现工业生产 意义上的原子经济反应。
YOUR SITE HERE
Diels-Alder反应:
+
LOGO 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
NO 2 NO 2 H
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 CH3
原子利用率不高。
例： F-C酰基化反应：
O + CH3 C Cl O
AlCl3
C
CH3
+ HCl
原子利用率不高。
YOUR SITE HERE
被利用原子的质量 原子利用率=────────── ×100% 反应物质的原子量总和
LOGO
只有实现原料分子中的原子百分之百地转变 成产物，才能实现废物“零排放(Zero emission)
YOUR SITE HERE
不产生“三废”的原子经济反应的途径
LOGO
原子经济反应： A+B→C（产物） 一般化学反应： A+B→C（产物）+D（副产物）
几个行业的环境因子
LOGO
可以看出，产品越精细复杂，E值越大。这是因为产品越 复杂，生产步骤越多，原子利用率越低的缘故。
YOUR SITE HERE
●
CO + H2
Fe-Mn-K
CnH2n
LOGO
●
CO + H2
Cu-Zn-Al
CH 3OH
●
CH4 + CO2
CH3COOH
YOUR SITE HERE
反应产生的副产物D往往是废物，因 此可成为环境的污染源。
YOUR SITE HERE
如环氧乙烷的生产： LOGO 二步法： CH2=CH2+HOCl→HOCH2-CH2Cl HOCH2CH2Cl+1/2Ca(OH)2 → 1/2CaCl2+H2O Ag催化剂作用下： 一步法： CH2=CH2+1/2O2 → 原子利用率从原来的37.45%提高到100%。
YOUR SITE HERE
针对目前条件尚不可能将所有反应的 原子经济性都提高到100%的现状： 可从两方面努力，实现原子经济性
LOGO
── 不断寻找新的反应途径来提高合成反应
过程的原子利用率
── 对传统的化学反应过程不断提高反应
的选择性
YOUR SITE HERE
原子利用率越高，反应产生的废弃物LOGO 越少，对环境造成的污染也越少。 在一般的有机合成反应中： A + B = C + D 主产物 副产物
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。
YOUR SITE HERE
5.原子经济性与环境效益
LOGO
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 物就越多，造成的资源浪费和环境污染就越大。 SITE HERE YOUR
例如(+)-β-香茅醛加热可生成(-)-异胡薄荷醇: LOGO
H3C
H
H3C
H
180℃ C=O H H H 60% OH
分子内的ene反应
ene反应是指含有丙烯型氢的烯烃 与另一烯、炔进行的加热反应。
YOUR SITE ：
OCH2CH = CH2 Claisen 重 排 OH CH2CH = CH2
O
CH 2CH=CH 2 Claisen 重排
OH CH 2CH=CH 2
100%
YOUR SITE HERE
LOGO
绿色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。
应使用产率和原子经济性两个概念， 作为评估一个化学工艺过程的标准，才能 实现更“绿色化”、更有效的化学合成反 应。
LOGO
原子利用率100％
CH O OH CH = CH CH O
+
CH 3CHO
原子利用率降低
YOUR SITE HERE
3. 几种常见反应的原子经济性
LOGO
1、 化合反应 3H2 + N2
=
2NH3
2、 加成反应 加成反应是不饱和分子与其它分子在反应中加 合生成新分子的反应，反应中同时发生不饱和分子中 π键的断裂和与加合原子或基团间新的σ键的生成。 加成反应一般分为亲电加成、亲核加成、催化加氢和 环加成等类型。
典型原子经济反应
在有机原料的生产中，有的已采用原子经济反 应，如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、 LOGO 乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸合成已二 腈等。还有一些基本有机原料的生产所采用的 反应，已由过去的二步反应，改成一步原子经 济反应，
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。
YOUR SITE HERE
甲醇羰基化合成乙酸的实践
LOGO
以甲醇羰基化制乙酸而论，甲醇与一氧化碳合成乙酸， 需要在温度185℃和压力2.8Mpa的（温和）条件下，以 铑（Rh）作催化剂合成。铑的碘络合物在羰基（CO） 存在下可生成Rh（CO）2I2络合配位化合物，参与羰基 催化反应生成乙酸。
例1.
O H
+
85%
O H O CHO + -20℃ ee值 :64% Ph CH3O O H CHO H
例2.
Ph CH3O
(不对称D-A反应)
YOUR SITE HERE
Wittig反应：
Wittig试剂能发生多种有机反应，是有机合成的重要中间体， LOGO 广泛用于碳碳双键的形成。
O
例1.
O
YOUR SITE HERE
4.并非所有化学反应都是原子经济反应
例如，甲醇和异丁稀反应合成甲基叔丁基酸，在理论 上是原子经济反应。而甲醇氧化羰基合成碳酸二甲酯 在理论上不是原子经济反应，因为有副产品水生成。
LOGO
YOUR SITE HERE
现在，基本有机化工原料的生产中，有些合成工艺采用了原 子经济反应，如丙稀氢甲酰化制丁醛
YOUR SITE HERE
1.原子经济性(Atom Economy)的概念
LOGO
化工生产上常用的产率或收率：
目的产品质量 产率 = ──────────── ×100% 理论上原料变为目的产品质量
传统宏观量上看化学反应
YOUR SITE HERE
原子经济性的概念是1991年美国著名 有机化学家Trost出的，他以原子利用率衡 量反应的原子经济性：
2 Ph3P = CH2
(生成的双键处于原来羰基的位置)
CO2Et
例2.
OHC
O
O P h3P CHCOO2Et
O
O
(反应具有立体选择性)