精细化学品合成技术

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生物分子荧光探针的应用
●生命科学研究 ● 医学诊断
生物芯片
– DNA芯片 – 蛋白质芯片
DNA序列分析 荧光免疫分析 细胞染色 细胞内小分子(离子)的探测
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OLED：有机平板显示的新星
省电、高亮度、柔性、体积小等优势
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精细化工的生态经济性问题
●采用无毒无害的原料； ●在无毒无害的条件下反应； ●具有“原子经济性”，即零排放； ●产品环境友好； ●满足“物美价廉”的传统标准.
产品分类：按功能化程度分类
附 加 值
1 国民经济 社会发展 国防建设
争夺的重 要制高点 1.5-5
5-100+
精细化学品
大宗化学品 基本原料
加工深度、应用功能化
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精细化工的发展趋势

发展原料工业 重视基础产品 加强应用研究 优化复配技术 重视剂型改造 开拓新兴领域
精细化工的发展重点及动向
合成技术、固定化酶发酵技术等特种技术。
精细化工的发展重点及动向
优先发展的关键技术（1）
新催化技术（精细有机合成） 设计和开发出若干具有高活性、高选择性、立体定向、稳 定性好、寿命长的高效催化剂和相应的催化技术，以满足 精细化工发展的国内外市场的需要。
重点是开发膜催化剂、稀土络合催化剂、沸石择型催化剂
scale
small
large
price
22 $/kg
0.08 $/kg
Process type synthesis
batch Multi-step
Paul Ashall, 2008
continuous Few steps
Characteristics of fine versus bulk Chemicals (cont)
• 6. The ULLMANN‘s （乌尔曼） Encyclopedia of Industrial Chemistry • 7. PETER J. DUNN, Sustainable Catalysis,
_Challenges and Practices for the Pharmaceutical
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精细化工产品的特点
小批量 多品种 复配增效 更新换代快 功能性强 附加值高 强调售后服务
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精细化工行业的特点
是化学工业的深度加工、技术密集型行业 对国民经济、国防建设、人们生活影响巨大 研发要求高、技术含量高、生产过程复杂
售后服务、个性化服务要求高
对羟基苯甲醛
重点突破：催化剂结构与性能关系
医药
香水
杜鹃素
佘远斌等，中国发明专利，申请号：200910243127.5
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精细化学品开发步骤图示
精细化工科学创新的内涵
化学 方法
方法 工艺 创新 创新 化工 过程 清洁 制造
功能产品
分子设计
理论 规律 功能 导向 结构 创新 应用 需求
应用功能、经济价值、环境效应
集度高、附加值高、纯度高的化学品。
精细化学品的分类
农药、染料、涂料（含油漆、油墨）、颜料、试剂和 高纯物、信息用化学品、食品和饲料添加剂、胶粘剂、 催化剂和各种助剂、化工系统生产的化学药品（原料 药）和日用化学品、功能高分子材料。（11类） ——
《精细化工产品分类暂行规定》，1986年3月6日
精细化工产品的定义
精细化学品合成
Fine Chemicals Synthesis
参考书籍





1. 唐培堃主编. 精细有机合成化学及工艺学(第二版）.天 津大学出版社，2005 2.唐培堃编. 精细有机合成化学与工艺学学习指导.化学工 业出版社，2004 3. 张友兰主编. 有机精细化学品合成及应用实验.化学工 业出版社，2005 4.姚蒙正主编. 精细化工产品合成原理，中国石化出版社， 2000 5.钱旭红主编. 工业精细有机合成原理.化学工业出版社， 2001
的折旧费后剩余的价值。它包括利润、工人劳动、动力 消耗以及技术开发等费用。
• 成本：原料成本、设备折旧费、工人劳动、动力消耗以
及技术开发费等。
• 利润（20%以上为高利润）
Characteristics of fine versus bulk chemicals
characteristic Fine chemical e.g. ibuprofen Bulk chemical e.g sulphuric acid
精细化工发展的战略目标是高科技领域的开发研究
世界各国现在都在大力发展精细化工，已使整个化学工业 向高精尖方向取得了长足的进步。 有关的新科技领域包括：各类新型化工材料（功能高分子 材料、复合材料）、新能源、电子信息技术、生物技术（
包括发酵技术、生物酶技术、细胞融合技术、基因重组技
术等）、航空航天技术和海洋开发技术等。
Raw material consumption (kg/kg) high low
Energy consumption (kJ/kg)
uses
high
low
specific
diverse
Value added Molecular complexity
high high
low low
Paul Ashall, 2008
and Fine Chemical Industries, 2013, John Wiley &
Sons, Inc
• 8. Peter Pollak, Fine Chemicals, 2rd, 2011, John
Wiley & Sons, Inc.
精细化学品的定义、分类与特点
精细化学品的定义
凡能增进或赋予一种（类）产品以特定的功能或本 身拥有特定的功能的小批量制造和应用的、技术密
研究就成为产品好坏的决定性因素。
产量出口量世界第一位： 染料、颜料
产量出口量世界第二位： 农药、涂料
精细化工研究的前沿
●分子功能的强化 ●技术过程的生态经济性
我国精细化工存在的主要问题
●自主知识产权少
●技术含量低
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新技术领域的功能拓展
生物技术：生物精细化学品 信息技术：信息精细化学品 材料技术：精细化工新材料 能源技术：光电转换材料与器件 航天技术：航天精细化学品 海洋技术：海洋精细化学品
颜料、试剂和高纯物、信息用化学品
(包括感光材料和磁性记录材料)、食品
和饲料添加剂、粘合剂、催化剂和各种
助剂、化学药品和日用化学品、功能高
分子材料。
6
助剂：19个门类
印染助剂、塑料助剂、橡胶助剂、水处理化 学品、纤维抽丝用油剂、有机抽提剂、高分 子聚合物添加剂、表面活性剂、皮革化学品、 农药用助剂、油田化学品、混凝土外加剂、 机械和治金用助剂、油品添加剂、炭黑、吸 附剂、电子用化学品、造纸用化学品、其它 助剂
化学和化工融合，理论和应用结合 在设计理论和实现方法的源头创新
精细有机合成

精细有机合成是制备精细化学品（复配产品的主要 原料）的主要途径

精细有机合成（工业）：就是利用上述基本有机合 成工业所得到的有机原料，通过各种有机中间体的 制备，最后合成出具有特定用途的小批量、高纯度 化学品的工业。如医药、香料、染料和农药等等。
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精细化工的发展趋势
精细化工在国民经济中的重要作用

直接用作最终产品或其主要成分 增加或赋予各种材料以特性 增加和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收 丰富人民生活
促进其他行业技术进步
高经济效益
精细化率 ＝
精细化工产品的总值 全部化工产品的总值
投资效率、附加值、成本、利润
• 投资效率（％）＝（附加价值／固定资产） ×100% • 附加值：是指在产值中扣除原辅料、税金、设备和厂房

许多精细化学品的结构相当复杂，绝不能由有机原
料通过一步反应而生成，通常需经过一系列的单元
反应比如卤化、缩合、氧化、磺化、硝化、还原等。
1828年，德国化学家维勒(Wohler)人工合成尿素， 揭开了有机合成的序幕。
相关课程之间的联系
有机化学 化工原理 有机合成
专业基础课
精细化工工艺学
专业课
基础课
欧美定义：
– 精细化学品：产量小、品种多、组成明确、有 较高附加值的化学品。 – 专用化学品：以及产量小、品种多、经过复配 加工、具有专门功能、需根据其使用效果进行 调整产品性能的高附加值的化学品。
中国、日本定义：
– 精细化学品及专用化学品统称精细化工产品。
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11个精细化工大类
农药、染料、涂料(包括油漆和油墨)、
7
新领域精细化工产品
表面活性剂、水处理化学品、造纸化学
品、皮革化学品、油田化学品、胶粘剂、
生物化工产品、电子化学品、纤维素衍
生物、聚丙烯酰胺、丙烯酸及其酯、气
雾剂、饲料添加剂、食品添加剂
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精细化工的特点
精细化工即精细化学工业，是生产精细化学品
的工业。

涉及到剂型制备和商品化技术密集度高

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能源：染料敏化太阳能电池
阳极：染料敏化半导体薄膜 TiO2 : 5~20um,1~4mg/cm2 阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I3- / I-
导电玻璃：8~10Ω
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信息精细化学品：数码喷墨墨水
数码喷墨应用领域
• • • • • • • • 广告业 展览业 彩色照相业 印刷制板业 纺织印花业 陶艺业 电路与半导体制造业 生物芯片制造
精细化工是全球化学工业发展的大趋势
精细化工占化工产品百分比(%): 国家化工发展水平的重要标志
68 58 55 53 65 56 50 55 65
●1995 ●2005 ●2015
35 30 23
日本
德国
美国
中国
《国家中长期科学和技术发展规划纲要》
重点领域及优先主题: 重点发展精细化工 科学前沿：新物质创造与转化的化学过程
品种多，生产规模小，多为间歇操作的液相反应，常 采用多品种的综合生产流程或单元反应流程 附加价值和经济效益高
产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快、 寿命短；研究开发难度大、费用高 技术密集度高 商品性强，市场竞争激烈，应用技术和技术服务重要

精细化工产品与专用化学品
专用化学品的特征:
– 产品组成上存在超分子体系（复配问题） – 性能上1 + 1 > 2 （增效问题） – 高的附加值 – 专业的技术服务体系，引领应用行业的发展
、固体超强酸催化剂等，以及相转移催化技术、立体定向
合成技术、固定化酶发酵技术等特种技术。
精细化工的发展重点及动向
优先发展的关键技术（2）
新分离技术
开发工业规模的多组分分离，特别是不稳定化合物及功能性物
质的高效精密分离技术的研究，对精细化工产品的开发与生产 至关重要。 重点开发超临界萃取分离技术，研究用超临界萃取分离技术制 取出口创汇率极高的天然植物提取物（如天然色素、天然香油 、中草药有效成分等），并且进一步应用于精细化工、食品、 香料、医药以及石油的深度加工等领域。
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精细化工的发展重点及动向
优先发展的关键技术（1）
精细有机合成的关键技术 设计和开发出若干具有高活性、高选择性、立体定向、稳 定性好、寿命长的高效催化剂和相应的催化技术，以满足 精细化工发展的国内外市场的需要。
重点是开发膜催化剂、稀土络合催化剂、沸石择型催化剂
、固体超强酸催化剂等，以及相转移催化技术、立体定向
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原子经济性 (Atom Economy)
1991年Stanford大学的M.M.Trost教授提出
原子利用率 = 被利用原子的式量/反应中所 使用全部反应物分子的式量 × 100%
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仿生催化氧化对甲酚绿色合成对羟基苯甲醛
对甲酚
转化率69.8% 选择性86.6%
金属卟啉, 20ppm 70℃、0.4MPa下反应5h
有机合成是化学中最具有创造性、又最具实用性的一门学科。 有机合成是有机化学的中心，也是有机化学中最富有活力的分支学科。
有机合成不但能够合成自然界中已有的任何分子，而且还可以 有意识地、有目标地制备人们所期望的，具有各种特定功能的 新型化合物分子。
有机合成化学 是有机化学中最富有活力的分支学科 有机合成化学家的目的： （ 1）在实验室内用人工的方法来复制自然界 的产物，用以证明它的结构。 （2）根据人们的需要来改造有机分子结构或 创造出全新的结构。
Hale Waihona Puke Baidu
精细化工的发展重点及动向
优先发展的关键技术（3）
增效复配技术
发达国家化工产品数量与商品数量之比为 1:20 ，我国目前仅
为 1:1.5 ，不仅品种数量少，而且质量差。关键的原因之一 是增效复配技术落后。 需要加强这方面的应用基础研究及应用技术研究，如专门研 究表面活性剂的分离方法、洗涤作用、表面改性、微胶囊化 、薄膜化及超微粒化技术等。由于应用对象的特殊性，很难 采用单一的化合物来满足用户的要求，配方以及复配技术的