(财务知识)原子经济性反应
原子经济性
原子经济性李寒宇【摘要】简要介绍了原子经济性的概念和在实践应用中的特点,提出了在实现原子经济方面所面临的挑战.【期刊名称】《黑龙江交通科技》【年(卷),期】2011(034)002【总页数】1页(P110-110)【关键词】原子;催化反应;经济性【作者】李寒宇【作者单位】黑龙江省化工研究院【正文语种】中文【中图分类】TQ016在有机化学中,合成反应的选择性和产品的收率通常是化学家们主要关心的问题,而反应物分子中原子的有效利用率问题常常被忽视。
例如,Wittig成烯反应是一个应用非常广泛的有机反应,被广泛地用于合成带烯键的天然有机化合物和药物,但从绿色化学的角度来看,它生成了等量的“废物”,三苯基氧膦副产物。
1991年,斯坦福大学的 BarryM.Trost教授在提出了“原子经济性(Atomic ECO nomy)”的概念,即高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每个原子,使之结合到目标分子中,以实现最低排放甚至零排放。
原子经济性可以用反应的原子利用率来衡量,即目标产物的分子量与反应物质的原子量总和的比率原子利用率越高,反应产生的废弃物越少,对环境造成的污染也越少。
原子经济性反应的特点是最大限度地利用原料和最大限度地减少废物的排放。
从有机反应类型来看,原子经济性的氧化反应、催化的加成反应、周环反应中具有代表性的 Diels-Alder反应和ene反应、过渡金属催化的[2+2+2]环加成反应和胺氢化反应、C-H 键活化反应、自由基反应以及重排反应等都是理想的原子经济反应。
由于取代反应和消除反应都同时伴随有副产物的产生,因此,这两种类型反应的原子利用率都不高。
原子经济性反应是现代有机合成中应当遵循的基本原则之一。
因此,提高反应的原子利用率成为有机合成中的挑战性课题之一。
在设计有机合成路线时不仅仅要考虑单步反应自身的原子经济性,还需要考虑反应原料是否简单易得,合成步骤是否优化,定量反应还是催化反应等等其他因素的影响。
第四章原子经济性课件
布洛芬
第六步
第四章原子经济性 第五步
第一步 第二步 第三步 第四步
58
Reagents formula C10H14
BOOTS公司生产布洛芬方法的原子经济性
Reagents Utilized
FW
atoms
134
10C, 13H
Weight of
Unutilized atoms
utilized atoms
第四章原子经济性
5
Examples
Example 1 ：用乙烯制备环氧乙烷 Example 2：制备环氧丙烷 Example 3：合成丙烯酸甲酯
第四章原子经济性
6
Example 1
制备环氧乙烷
第四章原子经济性
7
传统方法
CH2=CH2 + Cl2 +
CHl2COH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl
8
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。
第四章原子经济性
C3H6O
第四章原子经济性
17
Example 3 制备丙烯酸甲酯
第四章原子经济性
18
传统方法
反应过程中使用的原料包括丙酮与 氢氰酸。
H3CCOCH3 HCN
第四章原子经济性
19
传统方法
O
HO
HC N +
(i)
提高化学反应的原子经济性
2. 采用新的合成原料
两种合成路线分别为：
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ห้องสมุดไป่ตู้7％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”。
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)。
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。
浅述“绿色催化”
AlCl3-CuCl2、AlCl3-Ti2(SO4)3、AlCl3-Fe2(SO4)3等。 (3) 氟代磺酸化离子交换树脂（Nafion-H）
(4) 膜催化剂 膜催化剂是将催化剂制成膜反应器，反应物 可选择性的穿越催化膜并发生反应，产物也可以选择性的穿过 膜而离开反应区域，从而有效地调节反应区域内的反应物和产 物的浓度，这也是将膜技术和催化综合的一种催化工艺。 如 NOx在膜反应器中还原，反应转化率可达100% 。
结束语
清洁生产是可持续性发展提出的新课题，各国为此花费大 量人力、物力、财力进行研究和开发，是发展的方向。绿色催 化剂的研制与开发，是化学工作者的重大课题，也是化学工业 摆脱排污量，对环境伤害严重局面的希望所在。然而催化技术 仍面临着许多待解决的课题，很多技术尚处于探索阶段，如超 临界流体技术催化氧化反应、等离子体技术、纳米催化技术等 都是绿色化工中有待开发的重要内容。
.3应用
(1) 烃类异构化反应 汽油的抗爆性用异辛烷值表示，直 链烃异构化是生产高辛烷值汽油的重要手段。用SbF3-Al2O3 作催化剂进行丁烷、戊烷的异构化，反应条件为温室，选择 率达80％～90％。
(2)烷基化反应 工业上常通过芳烃烷基化、烯烃烷基化 及烷烃烷基化反应来生产高辛烷值的汽油，固体超强酸作催 化剂可使反应在常温下进行。如苯和乙烯反应制乙苯，传统 反应办法以AlCl3-HCl作催化剂，催化活性较高，但AlCl3 和 HCl都对设备又强烈的腐蚀，故使设备投资大增，且会产生 大量的废水。假如以SbF3-Al2O3为催化剂就克服了这一困难， 且转化率达97％～99％。
《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-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。
现代制药工艺学名词解释
1. 制药工艺学（Pharmaceutical Technology)：是研究各类药物生产制备的一门学科；它是药物研究、开发和生产中的重要组成部分，它是研究、设计和选择最安全、最经济、最简便和先进的药物工业生产途径和方法的一门学科。
2. 化学制药工艺学：化学制药工艺学是药物研究、开发和生产中的重要组成部分，是研究药物的合成路线、合成原理、工业生产过程及实现生产最优化的一般途径和方法。
它是研究、设计和选择最安全、最经济、最简便和先进的药物工业生产途径和方法的一门学科。
3. 制剂工艺学：是综合应用药剂学、物理化学、药物化学、应用化学、药理学、生物学等学科的知识，研究药物剂型的生产工艺、设备及质量控制，按照不同的临床医疗要求，设计、制造不同的药物剂型。
4．新药研发：新药研究与开发应包括新药从实验室研究到生产上市，扩大临床应用的整个过程，是制药工艺学研究的一个基本内容。
制药工业是一个以新药研究与开发为基础的工业。
5．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6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。
7. 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。
8. 手性制药：具有手性分子的药物9. 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。
10. 倒推法或逆向合成分析（retrosynthesis analysis）：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。
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
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。
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
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！。
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。
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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+H 2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.H2O+H 2O 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 2OHOHBrOHBrOHBrBrBrOHBr+++C 6H 6O 94.04C 6H 3Br 3O 330.80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 2110.11 71.84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。