精细有机化学品的合成与工艺学

第一篇：精细有机化学品的合成与工艺学

精细有机化学品的合成与工艺学

第一章

绪

论

1.1 精细化工的范畴

生产精细化学品的工业，通称精细化学工业，简称精细化工。所谓精细化学品，一般指的是批量小、纯度或质量要求高，而且利润高的化学品。最早的精细化工行业，例如染料、医药、肥皂、油漆、农药等行业，在19世纪前就已出现。随着科学技术的不断发展，一些新兴的精细化工行业正在不断出现。例如，到1981年列入日本《精细化工年鉴》的精细化工行业共有34个即医药、兽药、农药、染料、涂料、有机颜料、油墨、催化剂、试剂、香料、粘合剂、表面活性剂、化妆品、感光材料、橡胶助剂、增塑剂、稳定剂、塑料添加剂、石油添加剂、饲料添加剂、食品添加剂、高分子凝聚剂、工业杀菌防霉剂、芳香防臭剂、纸浆及纸化学品、汽车化学品、脂肪酸及其衍生物、稀土金属化合物、电子材料、精密陶瓷、功能树脂、生命体化学品和化学促进生命物质等。由此可见，精细化工的范畴相当广泛。

1.2 精细化工的特点

精细化学品在量和质上的基本特点是小批量、多品种、特定功能和专用性质。精细化学品的全生产过程除了化学合成（包括前处理和后处理）以外，还涉及到剂型（制剂）和商品化（标准化）两部分。这就导致精细化工必然要具备以下特点：

（1）高技术密集度

因为精细化工涉及到各种化学的、物理的、生理的、技术的、经济的等多方面的要求和考虑。

（2）多品种

例如，根据《染料索引》（Colour Index）1976年第三版的统计，共包括不同化学结构的染料品种5232入其中已公布化学结构的1536个。主要国家经常生产的染料品在2000个以上。

（3）综合生产流程和多用途、多功能生产设备

由于精细化工品种多、批量小，并经常更换和更新品种，为了取得高经济效益，目前许多工厂已采用上述 2 措施。

（4）商品性强，市场竞争激烈。

（5）新品种开发成功率低、时间长、费用高。（6）技术垄断性强、销售利润高、附加价值高。

1.3 精细化工在国民经济中的作用

精细化工是国民经济中不可缺少的一个组成部分。其作用主要有以下几方面：

（1）直接用作最终产品或它的主要成分

例如，医药、兽药、农药、染料、颜料、香料、味精、糖精等。

（2）增加或赋予各种材料以持性

例如塑料工业所用的增塑别、程定剂等各种助剂。彩色照相所用的成色剂、显影剂和增感剂等。

（3）增进和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收

例如，选种、浸种、育秧、病虫害防治、土壤化学、改良水质、果品早熟、保鲜等都需要借助精细化学品的作用来完成。

（4）丰富人民生活

例如，保障和促进人类健康、提供优生优育条件、保护环境清洁卫生、以及为人民生活提供丰富多彩的衣食住行等享受性用品，都需要添加精细化学品来发挥其特定功能。

（5）促进技术进步

例如，电子液晶显示器所用的液晶染料、电传纸所用的热敏材料、功能树脂、人造器官、化学促进物质等对于科学技术的进一步发展都起了重要作用。

（6）高经济效益

这已影响到一些国家的技术经济政策，把精细化工视为生财和聚财之道,不断提高化学工业内部结构中精细化工所占的比重。

1.4 本课程所讨论内容

有机化工产品按其所起作用和相互关系，大体上可分为三大类：（1）基本有机原料；（2）有机中间体；（3）有机产品。

所谓基本有机原料，指的是从石油、天然气或煤等天然资源经过一次或次数 较少的化学加工而制得的结构比较简单的有机物。例如，脂肪族的乙烯、丙烯、乙炔、一氧化碳；芳香族的苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽等十余种。

所谓中间体，指的是将基本原料经进一步化学加工而制得的结构比较复杂，但还不具有特定用途的有机物。例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、丙烯腈、环氧乙烷、氯乙烷、氯乙酸、甲胺、二甲胺等、芳香族的异丙苯、苯酚、氯苯、硝基苯、苯胺、2-萘酚等。

所谓有机化工产品，指的是将有机中间体再经过化学加工而制得的有特定用途的有机物。例如，医药、农药、染料、合成纤维、塑料、合成橡胶以及其他各种精细化学品等。它们都是与广大消费者或使用部门直接见面的有机化工产品。

应该指出，上述分类并不是绝对的，例如乙醛和异丙苯既可以列为中间体,也可以列为有机原料；而三氯乙醛和水杨酸，它们主要用作中间体，但有时也用作有机产品（医药）。在有机化工产品小，产量最大的是三大合成材料即：合成纤维、塑料和合成橡胶；而品种最多的则是精细化学品。

精细化学品的行业很多，其中许多行业已经建立了专门的学科，并且各有许多专著。本课程主要讨论用于制备精细化学品，特别是它的中间体所涉及的主要单元反应及其理论基础和工艺学基础。

中间体的范围相当广泛，品种非常多，有些中间体可用于多种类型化工产品的制备。这些通用的中间体，化学结构一般都比较简单，例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸，芳香族的氯苯、苯酚、邻苯二甲酸酐等。它们虽然品种不多，但生产量都非常大，常常在综合性大型化工厂生产，并且有些已属于基本有机合成的范畴。大多数中间体专用于个别几个精细化学品的制备。专用的中间体，其化学结构比较复杂，产量比较小，它们常常和最终的精细化学品配套生产。

1.5 精细有机合成的单元反应

精细化学品及其中间体虽然品种繁多，但是从分子结构来看，它们大多数是在脂链、脂环、芳环或杂环上含有一个或几个取代基的衍生物。其中最主要的取代基有：

4（1）-C1、-Br、-I、-P等。

（2）-SO3H、-SO2C1、-SO2NH2、-SO2NHR等(R表示烷基或芳基)。（3）-NO2、-NO。

（4）-NH2、-NHAlk、-NH(Alk)Alk、-NHA r、-NHAc、-NH2OH等（Alk表示烷基、Ar表示芳基、Ac表示酰基）；

（5）-N2+C1、-N2+HSO4ˉ；（6）-OH、-OAlk、-OAr,-OAc等；

（7）-Alk。例如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等；

（8）

OCNH2OCClCNOCHOCROCArOCOHOCOROCOAr等

为了在有机分子中引入或形成上述取代基，以及为了形成杂环和新的碳环，所采用的化学反应叫做单元反应或单元作业。最重要的单元反应有：

(1)卤化

(2)磺化和硫酸酯化(3)硝化和亚硝化(4)还原和加氢

(5)重氮化和重氮基的转化(6)氨解和胺化(7)烃化(8)酰化(9)氧化(10)水解(11)缩合(12)环合(13)聚合

由此可见，精细化学品及其中间体虽然品种非常多，但是其合成过程所涉及的单元反应只有十几种。考虑到同一单元反应具有许多共同的特点，因此按单元反应来分章讨论，有利于掌握精细有机合成所涉及的单元反应的一般规律。应该指出，关于单元反应的分类和名称在各种书刊中并不完全相同。本课程将按照上述分类法进行讨论。

上述单元反应可以归纳为三种类型。第一类是有机分子中碳原于上的氢被各种取代基所取代的反应，例如卤化、磺化、硝化和亚硝化、C-酰化、C-烃化等。第二类是碳原子上的取代基转变为另一种取代基的反应，例如硝基的还原为氨基等。第三类是在有机分子中形成杂环或新的碳环的反应即环合反应。

上述三类反应之间有密切的联系。第一类反应常常为后两类反应准备条件，进行第二类反应时所形成的取代基的位置常常就是上一步进行第一类反应所引入的取代基的位置。而第三类反应也需要由碳原子上的取代基来提供C、N、O、S等原子来形成杂环或新的碳环。

同一个精细化学品或中间体，有时可以用几个不同的合成路线或者用几个不同的单元反应来制备。例如苯酚的合成路线很多，其中在工业生产上曾经采用过的合成路线至少有以下五个，它们各有优缺点。

当制备在分子中含有多个取代基的中间体或精细化学品时，合成路线的合理选择就更为重要。

磺化氯化C-烷化SO3HCl水解（碱熔）气相接触催化水解OH解分重排性酸高压液相碱性水解CH3CHCH3CH3氧化氧化OCOH1.6 精细有机合成的原料资源

精细有机合成的原料资源主要是煤、石油、天然气和农副产品。分别扼要叙 6

氧化COOHCH3-脱羧CH3述如下：

1.6.1 煤的加工

煤的主要成分是碳。煤的成分非常复杂，除了碳、碳氢化合物以外，还有含氧以及少量含硫、含氯化合物。另外还含有一些无机矿物质。煤的加工主要有四种方式，即（1）炼焦，（2）气化，（3）生产电石，（4）破坏加氢。其中与精细有机合成有密切关系的是炼焦副产品的回收，因为它可以提供多种芳香族原料。

1.6.2 石油加工

石油是一种棕黑色的粘稠液体。它含有几万种碳氢化合物，另外还含有一些含氮和含硫的化合物。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳烃。石油加工的第一步是将原料经过常压、减压精馏，分割成若干馏份。适当沸程的馏分在脱硫之前再进一步加工可以得到各种基本化工原料和石油产品。其中以制取化工原料为目的的加工方法主要有以下几种。

（1）催化重整

重整的最初目的是将重整原料油（沸程95℃以下）和直馏汽油（沸程95~130℃）里的一部分环烷烃和烷烃转变为芳烃，以提高汽油的辛烷值。后来出于化学工业对芳烃的需要量日益增长，使重整成为制取苯、甲苯和二甲苯等芳烃的重要方法之一。

汽油重整主要采用含铂催化剂的铂重整法。反应一般在490~530℃和0.25~0.30MPa和氢气存在下进行。铂重整时发生多种反应，其中生成芳烃的反应叫做芳构化，主要有：六员环烷烃脱氢生成芳烃、五员环烷烃异构化-脱氢生成芳烃以及烷烃的脱氢环合生成环烷烃再脱氢生成芳烃等。重整油约含30~50％芳烃，经分离可得到苯、甲苯和二甲苯等。

（2）热裂解

当将直馏汽油、轻柴油、减压柴油等原料油加热到750~800℃进行热裂解时，除了发生高碳烷烃裂解为低碳烯烃和二烯烃的主要反应以外，还发生各种芳构化反应。裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯和丁二烯等烯烃。另外，裂解汽油中约含有40~80％芳烃，其中主要是苯、甲苯和二甲苯。

（3）催化裂化

催化裂化的主要目的是将直馏轻柴油、重柴油或润滑油等 高沸程原料油中的高碳烷烃加氢裂化成低碳烷烃，同时发生异构化、环烷化和芳构化等反应而得到高辛烷值汽油。催化裂化一般用硅酸铝作为催化剂，在450~560℃和0.01~ 0.25MPa下进行。所得到的轻柴油馏份（沸程180~340℃）中含有相当多的重质芳烃，其中主要是多烷基苯和烷基萘。

（4）临氢脱烷基化

重整的石脑油馏份（沸程66.5~156℃）中苯，甲苯和二甲苯的比例约为1∶5.4∶3.8。由于甲苯的需要量比苯和二甲苯少，又发展了甲苯在氢气存在下脱烷基制取苯的方法（Cr2O3/A12O3催化剂，540℃）。

从催化裂化轻柴油中分离出来的多烷基苯和烷基萘也可以通过临氢脱烷基法制取苯类产品和石油萘。但这种方法投资高，只有炼油量大的国家才可能采用。

1.6.3 天然气的利用

天然气是埋藏在地下的可燃性气体，它的主要成分是甲烷。天然气可直接用来制炭黑、乙炔、氢氰酸（氨氧化法）、各种氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等产品。另外，天然气也可先制成合成气（CO+H2的混合气体），一氧化碳经各种羰基合成反应可制得甲醇、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯和人造石油等化工产品。

1.6.4 农林牧渔副产品的利用

含糖或淀粉的农副产品经水解可以得到各种单糖，例如葡萄糖、果糖、甘露蜜糖、木糖、半乳糖等。如果用适当的微生物酶进行发酵，可分别得到乙醇、丙酮/丁醇、丁酸、乳酸、葡萄糖酸和醋酸等。

从含纤维素的农副产品经水解可以得到己糖C6H12O6（主要是葡萄糖）和戊糖C5H10O5（主要是木糖）。己糖经发酵可得到乙醇，戊糖经水解可得到糠醛。

从含油的动植物可以得到各种动物油和植物油。它们也是有用的化工原料。油脂经水解可以得到甘油和各种脂肪酸。

另外，从某些动植物还可以提取药物、香料、食品添加剂以及制备它们的中间体。第二章

精细有机合成的理论基础

精细有机合成反应按照进行方式不同，从形式上可以分为取代反应、加成反应、消除反应，以及其他重排反应等。每一种反应又可以分为若干种类。

取代反应根据反应试剂性质和反应物分子中碳-氢键断裂方式不同，分为亲电取代、亲核取代和游离基取代反应。加成反应根据加成的基本途径不同，可以分为亲电加成、亲核加成、游离基加成和环加成。消除反应可以根据被消除原子或原子团位置不同，分为β-消除和α-消除等。重排反应也可以分为许多类。

2.1 反应试剂的分类

2.1.1 极性试剂

极性试剂是指那些能够供给或接受一对电子以形成共价键的试剂。极性试剂又分为亲电试剂和亲核试剂。

2.1.1.1 亲电试剂

亲电试剂是从基质上取走一对电子形成共价键的试剂。这种试剂电子云密度较低，应中进攻其他分子的高电子云密度中心，具有亲电性能，包括以下几类：

阳离子：NO2+、NO+、R+、R-C+=O、A rN2+、R4N+等；

含有可极化和已经极化共价键的分子：Cl2、Br2、HF、HCl、SO3、RCOCl、CO2等；

含有可接受共用电子对的分子（未饱和价电子层原子的分子）： AlCl3、FeCl3、BF3等；

羰基的双键。

氧化剂：Fe3+、O3、H2O2等。酸类。

卤代烷中的烷基：R-X。

由该类试剂进攻引起的离子反应叫亲电反应。例如：亲电取代、亲电加成。

2.1.1.2 亲核试剂

把一对电子提供给基质以形成共价键的试剂称亲电试剂。这种试剂具有较高的电子云密度，与其它分子作用时，将进攻该分子的低电子云密度中心，具有亲核性能，包括以下几类：

阴离子；0H－、RO－、ArO－、NaSO－、NaS－、CN－等。

极性分子中偶极的负端：NH3、RNH2、RR`NH、ArNH和NH2OH等； 烯烃双键和芳环；CH2＝CH2，C6H6等 还原剂：Fe2+、金属等。碱类。

有机金属化合物中的烷基：RMgX、RC＝CM等

由该类试剂进攻引起的离子反应叫亲核反应。例如，亲核取代、亲核置换、亲核加成等。

2.1.2 游离基试剂

含有未成对单电子的游离基或是在一定条件下可产生游离基的化合物称游离基试剂。例如，氯分子（C12）可产生氯游离基（C1²）。

2.2 亲电取代反应

精细有机合成中的亲电取代反应也可称为阳离子型取代反应。芳香环是一个环状共轭体系，由于环上π-电子云密度较高，容易发生亲电取代反应。

2.2.1 芳香族π-络合物与σ-络合物

芳烃具有和一系列亲电试剂形成络合物的特性。同亲电能力较弱的试剂形成络合物，它与芳环平面两侧的环状π-电子云发生松散结合，亲电质点同芳环的碳原子之间没有形成真正的化学键。

而亲电能力较强的试剂同芳烃则在反应瞬间能从芳环上夺取一对电子，与环上某一特定的碳原子形成σ-键，形成σ-络合物（或称芳阳离子）。σ-络合物和π-络合物之间存在着平衡，σ-络合物较为稳定，在某种情况下，能将其分离得到。例如，苯三氟甲烷、硝基氟和三氟化硼在零下100℃时生成一个黄色的结晶态络合物，即σ-络合物。它在零下50℃以下是稳定的，高于零下50℃则分解成 10 间硝基三氟甲苯、氟化氢和三氟化硼。

2.2.2 芳香族亲电取代反应历程

CF3+ NO2F +BF3-100℃CF3BF4-50℃CF3+ HF + BF3O2NHNO2已经有多方面的研究结果足以证明，大多数亲电取代反应是按照经过σ-络合物中间体的两步历程进行的。而亲电质点E+的进攻和质子的脱落同时发生的一步历程，则一直没有发现过。至于在亲点质点进攻芳环以前，质子就已经脱落下来的单分子历程，只在极个别的情况下才遇列。

两步历程的通式表示如下：

H+ E+E++EEHH+HE++EEH+E在芳阳离子中，芳环本身的高度稳定性已不存在，通常是一个非常活泼的中间产物，它存在两种可能性，或者快速地脱掉E+转变为起始反应物Ar-H，即 k2k-1，发生了亲电取代反应。两步历程主要是通过（1）动力学同位素效应；（2）σ-络合物中间体的分离及其相对稳定性证明。

2.2.2.1 动力学同位素效应

对于任何反应，所谓“动力学同位素效应”是指如果将反应物分子中的某一原子用它的同位素代替时，该反应速度所发生的变化，例如，氢的三种同位素氢H、氘D和氚T的质量数不同，三种氢构成的碳氢键断裂速度是有差别的，即质量大的断裂较慢。据据实验数据，C-H键的断裂速度约比C-D键快7倍；约比C-T键快20倍。若（1）按照两步历程而且速度控制步骤是H+的脱落（即k2

2.2.2.2 σ-络合物的分离和其相对稳定性

反应σ-络合物生成是控制步骤时，它一经生成就快速地脱质子而转变为产物。一般不能把它们分离出来，也不易观察到它们的存在。仅在某些特殊情况下，才能分离出中间产物σ-络合物。例如，苯三氟甲烷、硝基氟和三氮化硼在零下100℃时生成的黄色结晶态络合物，它是该硝化的中间产物σ-络合物，然后再分解形成产物间硝基三氟甲苯。

芳香亲电取代反应最初步骤是亲电试剂进攻芳香环，首先形成π-络合物，然后转变为σ-络合物。芳烃溶于无水液态氟化氢时存在着π-络合物和σ-络合物的平衡。

2.2.3 芳香族亲电取代定位规律

2.2.3.1 影响定位的主要因素

芳环上已有一个或几个取代基，若再引入新取代基时，其进入的位置和反应进行的速度，主要取决于以下因素。

（1）已有取代基的性质，包括极性效应和空间效应。如果已有几个取代基则决定于它们的性质和相对位置。

（2）亲电试剂的性质，也包括极性效应和空间效应。（3）反应条件主要是温度、催化剂和溶剂的影响。

在上述因素中，最重要的是已有取代基的极性效应。在芳香系取代反应中,苯系的亲电取代研究得最多，也最重要。

2.2.3.2 两类定位基

在亲电取代中，苯环上已有取代基对新取代基的定位作用有两种类型，即邻、对位定位和间位定位。通常把邻、对位定位基叫做第一类定位基，把间位定位基叫做第二类定位基。

属于第一类定位基的主要有：

—O-、—N(CH3)

2、—NH2、—OH、—OCH3、—NHCOCH3、—OCOCH3、—F、—C1、—Br、—I、—CH3、—CH2Cl2、—CH2COOH、—CH2F等。

属于第二类定位基的主要有：

—N(CH3)

2、—CF3、—NO2、—CN、—SO3H、—COOH、—CHO、—COOCH3、—COCH3、—CONH2、—N+H3、—CCl3等；

这里所谓邻、对位定位或间位定位，都是对反应的主要产物而言。2.2.5.3 苯环的定位规律

1.已有取代基的极性效应在不可逆亲电取代中，可以根据苯环上已有取代基的极性效应，对生成个异构体的σ-络合物的稳定性来解释定位作用。苯一取代物发生亲电取代可以生成邻、对和间位的三种σ-络合物。每一种络合物都可以看作是三种共振结构杂化的结果。在邻位和对位的络合物中，都有一个共振结构，其正电荷集中在同已有取代基Z相连的碳原于上。因此在杂化结构中，同Z相连的碳原子上具有部分正电荷。在间位的络合物中，三个共振结构在同Z相连的碳原子上都没有正电荷集中。因此在它的杂化结构中，同Z相连的碳原子上没有部分正电荷。这种差别是解释已有取代基定位作用的基础。

Z间位共振结构杂化结构ZHEHE共振结构Z或表示为Zδ＋Zδ＋HEHE杂化结构δ＋HEZ对位ZZ或表示为Zδ＋Zδ＋δ＋EHEHEHEH杂化结构EHZ邻位共振结构HEZHEZZH或表示为EHEδ＋Zδ＋HEδ＋当Z具有诱导致应时，其影响随距离的增加而减弱，由此可见对于同Z相连的碳原子影响最大。如果具有正的诱导效应+I（即给电子效应），对于邻位或对位 的络合物更容易使正电荷分散到Z上，从而使络合物更稳定。对于间位的络合物，Z对于苯环正电荷的分散作用要比邻位和对位的小。因此具有+I效应的取代基使三种络合物都稳定，邻位和对位更稳定，所以这类取代基使苯环活化，并且是邻、对定位。如果Z具有负的诱导效应-I（即吸电子效应），则与上述相反，使苯环上电子云密度降低，使三种络合物都不稳定，邻位和对位更不稳定，所以这类取代基使苯环钝化，并且是间位定位。

当Z和苯环之间有共轭效应时，某些情况下同诱导效应的方向一致，而另一些情况，则同诱导效应的方向相反。一般来说，共轭效应起主导作用。当Z中同苯环相连的原子具有未共有电子对时，可以把未共有电子对分散到苯环上，使络合物稳定，尤其是对于邻位和对位络合物，还可以多画出一个正电荷集中在Z上的共振结构。

这个额外的共振结构比其他共振结构更稳定，即在杂化结构中邻位和对位络合物更稳定。因此这类取代基使苯环活化，而且是邻、对位定位。

Z对位ZZZEHEHEHEH

Z邻位HEZHEZHEZHE

根据以上讨论，各种取代基可归纳为以下三类：

（1）取代基只有正的诱导效应，例如烷基，它们都使苯环活化，而且是邻、对位定位。其中甲基还具有超共轭效应，其活化作用大于其他烷基。

（2）取代基中同苯环相连的原子具有未共有电子对，例如：—O–、—NR2、—NHR、—NH2、—OH、—OR、—NHCOR、—OCOR、—F、—C1、—Br、—I等，其未共有电子对和苯环形成正的共轭效应（+I），它们都是邻、对位定位基。除了正共轭效应外，这些取代基也都具有诱导效应，其中—O–为正诱导（+I），其他的都具有负的诱导效应。对于氨基和羟基，其正的共轭效应（+I）大于负的 14 诱导效应（-I），所以它们都使苯环活化。对于卤素，其正的共轭效应小于负的诱导效应，所以使苯环稍稍钝化。

（3）取代基具有负的诱导效应，而且同苯环相连的原子没有未共有电子对，例如：—N+R3、—NO2、—CF3、—CN、—SO3H、—CHO、—COR、—COOR、—CONH2、—CCl3、和—NH3等，其中某些除诱导效应外，还有负的共轭效应，它们都使苯环钝化，而且是间位定位。

2.已有取代基的空间效应

苯环上已有取代基的空间效应这里指的是空间障碍作用。但烷基苯一硝化时随着烷基体积增大，邻位异构产物的比例减小。

3.亲电试剂的极性效应

亲电质点E+的活泼性对定位作用也有重要影响。当E+极活泼时，kT/kB值小，即E+进攻甲苯或进攻苯的选择性很差，同理进攻甲苯环上不同位置的选择性也很差，结果生成相当数量的间位异构产物。例如甲苯的C-烷化就接近这种情况，说明—CH3、—CH2CH3等烷基阳离子部是非常活泼的亲电质点。

反之，当E+极不活泼时，它进攻甲苯和苯的选择性很好，kT/kB主要决定于甲苯和苯的相对活性，即主要决定于甲基的活化作用，因此kT/kB很大。同理，E+进攻甲苯各不同位置的选择性也很好，几乎不生成间位异构产物。例如甲苯的卤化和C-酰化就接近这种情况，说明分子态氯（Cl2）和—COCH3是很弱的亲电质点。

4.新取代基的空间效应

新取代基的空间障碍也会影响邻位异构产物的生成比例。5.反应条件的影响

（1）温度的影响

温度升高可以使不可逆的磺化和C-烷化转变为可逆反应。温度的变化对不可逆亲电取代的异构产物比例也有影响。例如硝基苯的再硝化反应，升高硝化温度，主产物间二硝基苯的生成比例将下降。

（2）催化剂的影响

催化剂可以改变亲电试剂的极性效应或空间效应。例 15 如甲苯用混酸硝化时，加入一定量磷酸，可以提高对位异构体的收率，即对位产物组成由36%提高到40%。这可能是磷酸与-NO2构成的络合物作为进攻质点，体积增大，使邻位异构产物减少，对位体增加。催化剂也可以改变反应历程，如蒽醌的磺化有Hg盐时，磺基进入α位，无Hg盐进入β位。

（3）介质的影响

主要是介质酸度的影响，例如，乙酰苯胺的硝化，用乙酸酐比用硫酸作介质能得到更多的邻位异构产物。

6.已有两个取代基的定位规律

当苯环上已有两个取代基，引入第三个取代基时，新取代基进入环上位置主要决定于已有取代基的类型、定位能力的强弱和它们的相对位置。一般有两个取代基定位作用一致和不一致两种情况。

CH3硝化CH3NO2COOH硝化COOHO2NCOOHCOOHCH3CH3CH3NO2CH3

当两个取代基用于同一类型（都用于第一类或第二类定位基），并处于间位，其定位作用是一致的，例如：

可见新取代基很少进入两个处于间位的取代基之间。显然这是空间效应的结果，随着已有取代基或进攻质点体积的增大而更加明显。

当两个取代基属于不同类型，并处于邻位或对位时，其定位作用也是一致的。例如：

CH3磺化NO2NO2CH3SO3HCNCl硝化O2NCNCl

如果两个已存取代基对新取代基的定位作用不一致，新取代基进入的位置将决定于已有取代基的相对定位能力。通常第一类取代基的定位能力比第二类强得 多。

NH2磺化COOHNO2COOHNH2

当两个取代基属于不同类型并处于间位，其定位作用就是不一致的，这时新取代基主要进入第一类取代基的邻位或对位。例如：

当两个取代基属于同一类型并处于邻位或对位，则新取代基进入的位置决定于定位能力较强的取代基。例如：

CH3硝化NHCOCH3NO2NHCOCH3 CH32.3亲核取代反应

精细有机合成中的亲核取代也可称为阴离子型取代反应，进攻试剂的性质和反应物分子中C-H键的断裂方式，可按如下反应通式表示：

RHZRZH

反应既包括芳香族亲核取代也包括脂肪族的亲核取代，但应用较多的为脂肪族的亲核取代反应，芳香族的则主要应用于亲核置换反应。

2.3.1 脂肪族亲核取代反应历程

在饱和碳原子上的亲核取代反应，最典型的反应是卤代烷与多种亲核试剂发生的亲核取代常以SN表示，其反应历程有SNl和SN2两种形式。现分别叙述如下：

2.3.1.1 双分子历程(SN2)SN2表示双分子亲核取代。这个历程中旧的化学键断裂和新的化学键形成是同时的，有中间产物生成，反应同步进行。以伯卤代烷反应为例：

HXCHHOHH慢HCHδOHδXHHCOHXH

亲核试剂的进攻从背面与离去基成180°的位置接近作用物，先与碳原子形 成较弱的键，同时离去基与碳原子的连接减弱，两者与碳原子成一条直线，而碳原子其他三个键则处于同一平面内。表明过渡态形成。这一过程进行较慢，是反应的控制步骤。当反应由过渡态转化成产物时。碳原子上另外三个键由平面向另一边翻转，所得产物的构型与原作用物的相反。因为在控制反应速度一步是两种作用物分子参加，所以叫双分子亲核取代。在反应中发生了分子的构型逆转，过去把它称为“瓦尔登转化”。在反应中，凡发生构型逆转的作为SN2型反应的重要标志。

2.3.1.2 单分子历程（SN1）

SN1表示单分子亲核取代。在这个反应历程中分两步进行取代反应。第一步是离去基与中心碳原子之间的键发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子，是一个慢步骤，第二步是这个高能量的碳正离子中间体，迅速与亲核试剂结合构成新键。

RXRNu慢R快XRNu

整个反应速度决定于第一步的慢过程。由于该步骤中只有一个作用物分子参加，所以叫做单分子亲核取代。这里，烷基正离子稳定性越大，作用物（R-X）按单分子历程进行反应的倾向越大。该反应历程所以是单分子的，一是由于烷基在α-碳原子上积累，无论从电子效应还是空间效应，都给亲核试剂的进攻造成一定困难，使按SN2历程的反应速度降低；二是由于α-碳原子上电子云密度增大，卤原子就较容易成为负离子而离去，生成的烷基正离子由于超共轭效应存在，有较大的稳定性，这些因素都促使叔卤烷的水解反应按SN1历程进行。

2.3.2 反应的影响因素

影响亲核取代反应历程和速度的因素，主要是作用物的结构、亲核试剂、离去基团和溶剂的性质等，并且它们之间是相互联系的。

2.3.2.1 作用物结构的影响

作用物结构对SN1和SN2反应进度的影响有电子效应和空间效应两种因素。例如卤化烷的水解反应，如果按SN2历程进行，则：

伯卤烷＞仲卤烷＞叔卤烷

其相对反应速率从伯烷基作用物到叔烷基作用物大约减小103倍。而按单分子历程进化，则：

叔卤烷＞仲卤烷＞伯卤烷

其相对反应速度大约相差106倍。甲基和伯烷基作用物是按SN1历程进行反应，叔烷基作用物按SN1历程进行反应；仲烷基作用物则介于SN1和SN2的边界状态。可以用下图表示。

卤代烷烷基对水解速度的影响

在作用物分子中，被进攻的碳原子上有其他给电性基团。如α-氯醚、3-氯丙烯等。由于取代基的p-p共轭或p-π共轭效应，使生成的碳正离子稳定，它们的反应速度比没有取代基的大上千倍、甚至上万倍，其反应按SN1历程进行。

在被进攻的碳原子上有吸电性取代基，如α-卤代羰基化合物、α-卤代氰基化合物等。由于取代基的吸电子作用，使被进攻的碳原子的部分正电荷增加，有利于SN2反应。同时，在形成过渡态时，取代基的π-电子云也可与正在形成键和正在断裂键的电子云交盖，使过渡状态能量降低，使SN2的反应速度增加。

总之在作用物分子中，被进攻的碳原子上有给电性取代基，有利于SNl反应，分子中有吸电性取代基，则有利于SN2反应。

2.3.2.2 被取代离去基团的影响

不论在SN1或SN2的反应中，被取代的基团X均是带着原来共有的一对电子 离去，所以X接受电子能力越强越易离去，也越有利于亲核取代反应的进行。一般说来，其被取代的难易次序为：

RSO3—＞ I—＞ Br—＞ Cl—＞ RCOO—＞ HO—＞ H2N—

2.3.2.3 亲核试剂的影响

在SN1反应中，亲核试剂的性质对反应速度没有影响，因为亲核试剂不参与整个反应过程的速度控制步骤。在SN2的反应中，亲核试剂参与了过渡态的形成，所以亲核能力的变化对取代反应速度有明显影响。绝大多数试剂的亲核能力与其碱性的强弱是一致的。例如：下列亲核试剂活泼次序为：

C2H5Oˉ＞ OHˉ＞ PhOˉ＞ CH3CH2ˉ＞H2O 在同族元素的试剂中，亲核性是按电负性的下降而提高。例如： Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和

PhSˉ＞PhOˉ

由于原于序数越大，越容易极化，所以给电子倾向也越大。

2.3.2.4 溶剂的影响

溶剂的极性对亲核取代反应机理和反应速度都有很大影响。绝大部分SNl的反应，反应的第一步是一个中性化合物离解为两个带有电荷的离子，因此极性溶剂有利反应进行。并且溶剂极性越大，越使反应速度加快。SN2的反应，由于溶剂与亲核试剂可以形成氢键使亲核试剂活泼性减弱，在反应中试剂与反应物形成过渡态，首先得消耗一部分能量破坏生成的氢键。所以反应在不形成氢键的溶剂中进行有利，反应速度快。总之SNl反应在质子性溶剂中进行有利；而SN2反应在非质子性溶剂中进行有利。

脂肪族亲核取代反应在精细有机合成中较为常用，广泛用于碳杂新键和碳-碳新键的形成。例如用于醇、醚和酯类的合成，即卤代烃发生溶剂解，形成碳-氧新键，例如用水为溶剂生成醇，用醇为溶剂生成醚，用羧酸为溶剂则生成酯。又如用于硫醇、硫醚的合成形成碳-硫新键。用于卤代烃的氨解形成碳-氮新键，这是合成烷胺类重要方法。亲核取代反应中以形成碳-碳新键最为重要，反应是以碳负离子作为亲核试剂，对碳负离子来说，使分子中引入烃基，又称烃基化反 应，用以合成腈类和炔烃；如果碳负离子为烯醇负离子，进行烃基化反应是合成酮、羧酸、羧酸酯和腈等化合物的重要合成方法。

2.3.3 芳香族环上氢的亲核取代反应

在该类反应中，亲核试剂优先进攻芳环上电子云密度最低的位置，所以在反应的难易定位规律方面都与芳香族亲电取代反应相反。

以硝基苯的羟基化为例，这类亲核取代反应历程简单表示如下：

NO2OH无水KOH加热中间络合物阴离子NO2HOHNO2OHHNO2OHH上述历程得到一些实验结果的支持。例如，加入适量的温和氧化剂（包括空气），常有利于反应的进行。氧化剂的作用在于帮助氢阴离子脱落，并使它转变为稳定的氢分子或水分子。上述历程可以解释反应的难易和取代基的定位作用。吸电性的硝基使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多，亲核试剂较易进攻这个位置，发生已有取代基的亲核置换。

2.4 消除反应

消除反应是指有机物分子中同时除去两个原子（或基团），形成一个新分子，通常是不饱和程度增加的反应。由于被除去的两个原子（或基团）的位置不同，消除反应主要分两种，即β-消除和α-消除。

β-消除是生成烯（或炔）烃化合物的反应，即在相邻的两个碳原子上除去两个基团。

XYXY消除CβCαβCC

β-消除不仅形成碳-碳双键，也可形成碳-氧双键、碳-硫双键和碳-氮双键等。α-消除是生成卡宾（Carbene）的反应即在同一个碳原子上除去两个基团，也称1,1-消除。

XCYXY消除βC

2.4.1 β-消除反应

通过研究消除反应的历程，可分双分子历程（E2）和单分子历程（E1）。2.4.1.1 双分子消除反应历程（E2历程）

双分子消除反应通常在强碱性试剂存在下发生。当亲核性的碱性试剂B接近β氢时，在B和H间形成微弱键的同时，原有C-H键、C-X键减弱而形成过渡态。而后发生C-B键和C-X键同时断裂构成烯键。

XCCBHBXCCH过渡态CCBHX

可见E2历程和SN2历程很相似。区别是在于E2历程中碱性试剂进攻β-氢原子；而在SN2历程中反应发生在α-碳原子上。所以在不饱和碳原子上的亲核取代常伴有消除反应发生。

按E2历程进行反应，离去基团的空间排布在理论上有两种，即顺式消除和反式消除。

XCCH反式HXCC顺式

对于烷基化合物，σ-键可以自由旋转，很难确定按哪种方式进行。但烯烃衍生物和脂环化合物中，双键和环上的单键自由旋转受到阻碍，就以一种消除方式为主。如1,2-二氯乙烯与碱作用生成氯乙炔的反应。

离去基处于反式位置的异构体比离去基处于顺式位置的易于消除，所以顺式二氯乙烯的反应速度比反式二氯乙烯快20倍。

ClCHCClHOH快HCCHOH慢ClCHCHCl

脂环化合物在进行消除反应时，被消除的两个原子（或基团）处于反式位置易于消除；并且被消除的原子和它们相连的碳原子在同一平面上，反应最易进行。

2.4.1.2 单分子消除反应历程（E1历程）

单分子消除反应历程分两步进行，第一步是离去基解离而形成碳正离子。这步速度较慢是反应的控制步骤。第二步消除β-质子形成烯烃。

当形成碳正离子比较稳定时，反应优先按E1历程进行。

慢快CHCXXCHCBCCBH

E1和SN1反应常同时发生，两者比值常根据溶剂的极性和温度不同而异。高极性溶剂有利于质子从碳正离子中离去。有利于E1历程的反应。

2.4.2 α-消除反应

α-消除反应是在相同的碳原子上消除两个原子（或基因），形成高度活泼的缺电性质点（卡宾）的反应。卡宾具有特殊的价键状态和化学结构，可以发生多种化学反应。卡宾能与多种单键发生插入反应。

CHCH2CCH2HHCCH2

卡宾能与碳-碳双键进行亲电加成反应。

CCH2CCCCH2CCCH2

卡宾与芳香族化合物也能发生加成反应，生成环扩大产物，用以合成环烯。

CH3CH2N2hv

2.4.3 消除反应影响因素

在同样反应条件下，消除反应和亲核取代反应是同时发生的。下列因素将有 23 利于消除反应进行。

2.4.3.1 反应物分子结构的影响 1.反应物分子的空间效应

被消除原子所连的碳原子上有支链时，如果按双分子反应，在SN2历程反应中亲核试剂进攻β-碳原子，而在E2历程反应中进攻β-氢原子，支链的空间效应对SN2不利，而相对对E2有利；如果按单分子反应，无论是SN1或E1的历程，在反应速度决定步骤中形成同样的碳正离子，只是第二步不同，若连有较多的烷基按E1消除β-氢后，形成双键可减少分子张力，使分子稳定；按SN1取代碳正离子与亲核试剂结合，键角被压缩（由120°减至109.5°），反而张力增加。可见无论按双分子或按单分子反应都对消除反应有利。

2.反应物分子的电于效应

分子中在β-碳原子上有吸电性基团（X、CN、NO2）增加了β-氢原子的活性，使E2消除反应加速。

3.离去基团的性质

离去基因吸电子能力增加，使β-氢原子的电子云密度下降，有利于双分子E2消除反应，离去基团对在El历程反应无明显影响。

2.4.3.2 反应条件的影响

1.碱的影响

试剂的碱性对于双分子反应E2或SN2是有影响的。碱性即是对质子的亲和力，因此试剂碱性增大按E2进行反应更容易。例如，伯仲卤代烷的水解，为了提高醇的收率避免消除反应，大用苛性碱而用乙酸钠作试剂。因为CH3COOˉ的碱性比OHˉ的弱得多，反应按SN2历程进行。

总之，在消除和取代之间，强碱有利于消除不利于取代。而高浓度的强碱在非离子化溶剂中，有利于双分子历程，而且对E2比对SN2更有利。碱的浓度低或没有碱存在时，在离子化溶剂中，有利于单分子历程，而且对SN1比对E1更为有利。

2.溶剂（介质）的影响

溶剂的极性对反应影响与亲核取代很相似。按单分子反应是先生成碳正离子，而后按E1或SN1历程进行，增加溶剂极性只促进解离中间物的速率，而对E1和SNl产物的比量影响较小。

按双分子反应，在极性小的溶剂中对于形成E2的过渡态条件有利，有利于烯烃生成。

3.温度的影响

反应无论是单分子还是双分子历程，提高反应温度都有利于消除反应的进行。这可能是消除反应的活化过程需要拉长β-碳氢键的原因。

2.5 游离基反应

游离基反应又称自由基反应，是精细有机合成中一类较重要的反应。它一经引发，通常都能很快进行下去，是快速链锁反应：但反应也能受到某些物质的抑制，这些物质能非常快地与游离基结合，使反应终止。为了使游离基反应能够顺利发生必须先产生一定数量的游离基。常用的方法有三种：热离解法、光离解法和电子转移法。

2.5.1 热离解法

化合物受热到一定温度发生热离解，产生游离基。不同化合物的热离解所需温度不同。例如，氯分子的热离解在100℃以上可具有一定的速度；烃、醇、醚、醛和酮受热到800~1000℃时离解；金属有机化合物所需温度低些，四甲基铅蒸汽通过灼热至600℃的石英管，可离解成甲基游离基。

Cl2100℃以上2ClPb4CH3(CH3)4Pb600℃以上含有弱键的化合物裂解所需温度低些，例如含有O-O键的过氧化二苯甲酰及偶氮双异丁腈都是常用的引发剂。

OCO2CNH3CCNNCH3CNCCH350~100℃OCO2CO2CNCH350~100℃2H3CCCH3N2

2.5.2 光离解法

分子受到光的照射而被活化，活化分子具有较高的能量，它们可以满足化学键均裂所需要的能量。例如，卤素分子用光照射生成它们的原子，光离解可在任何温度下送行，并且能通过调节光的照射强度控制生成游离基的速度。

Cl2Br2hvhv2Cl2Br

2.5.3 电子转移法

重金属离子具有得失电子的性能常被用于催化某些过氧化物的分解。例如，亚铁离子将一个电子转移给过氧化氢使它生成一个羟基游离基及一个更稳定的羟基负离子。三价的钴离子可以从过氧化叔丁醇中获取一个电子，使过氧化叔丁醇转变成一个过氧游离基及一个质子。

Fe2Co3+HOHOOHOC(CH3)3Fe3OHOH

游离基反应属于连锁反应，其反应历程包括三个阶段，即链的引发、链的传

Co2+H+(H3C)3COO递和链的终止。游离基反应在精细有机合成中有广泛的应用。

2.6 加成反应

加成反应分三种类型，即亲电加成、亲核加成和游离基加成。2.6.1 亲电加成

亲电加成一般发生在碳-碳双键上，因为烯烃、炔烃分子中的π-电子只有较大的活动性，表现出亲核性，所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加成反应。常用的亲电试剂有：强酸（例如硫酸、氢卤酸）、Lewis酸（例如FeCl3、A1C13、HgC12）、卤素、次卤酸、卤代烷、卡宾、醇、羧酸和酰胺等。其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中间产物，它是速率控制步骤。

慢CCXYCXCY

然后是：

快YCXC CXCY烯烃的结构不同，对反应速度的影响也完全与上述亲电分步加成历程一致。当碳-碳双键上连有给电性取代基时，由于增加了碳-碳双键上的电子云密度可使碳正离子稳定，因而加快了反应速度。当连有吸电性取代基时，由于降低了碳-碳双键上的电子云密度，降低了碳正离子的稳定性，因而减慢了反应速度。

2.6.2 亲核加成

亲核加成中最重要的是碳氧双键（碳基）的亲核加成。在碳氧双键中氧原子的电负性比碳原子高得多，因此氧原于带有部分负电荷，而碳原子则带有部分正电荷。

CδOδ

碳氧双键在进行加成反应时，带负电荷的氧总是要比带正电荷的碳原子稳定得多，因此在碱性催化剂存在下，总是带正电荷的碳原子与亲核试剂发生反应，即碳氧双键易于发生亲核加成反应。

2.7 重排反应

重排反应是指在试剂作用下或其因素影响下，有机物分子中发生某些基因的转移，形成另一种化合物的反应。重排反应种类很多，只讨论芳香族化合物侧链 27 向环上迁移，以及迁移发生在邻近两个原子间的1,2-迁移。

XZXHZZABAZB

2.7.1 分子间重排

分子间重排反应过程中能够获得分裂出来的迁移基（Z）。例如，在盐酸催化下N-氯乙酰苯胺的重排反应：

H3COCNClHHH3COCNClHClHNCOCH3Cl2NHCOCH3ClNHCOCH3HClCl

首先通过置换生成氯分子，而后氯分子与乙酰苯胺发生亲电取代。2.7.2 分子内亲电重排 2.7.2.1 联苯胺重排

这是在酸的作用下氢化偶氮苯转化成联苯胺的反应。

HNNHHH2NNH2

2.7.2.2 N-取代苯胺的重排

N-取代苯胺在酸性条件下迁移基从氮原子迁移到环的邻位或对位上。例如亚硝基的迁移，它是亲电性的重排反应。仲芳胺的N-亚硝基衍生物用盐酸处理时发生重排，主要生成对位异构产物。

RNNOHClRNHNO

2.7.2.3 羟基的迁移

迁移基团作为亲核性质点带着它原先与支链相结合的电子对，从支链迁移至芳环上，这种重排称为芳香族亲核重排。例如，用稀硫酸作用于苯基羟胺，即发生OH－的迁移，生成了氨基酚。

HNOHH2SO4NH2NH2OHOH

第三章

精细有机合成的工艺学基础

3.1 概

述

精细有机合成的工艺学主要包括以下内容：对具体产品选择和确定在技术上和经济上最合理的合成路线和工艺路线；对单元反应确定最佳工艺条件、合成技术和完成反应的方法，以得到高质量、高收率的产品。

所谓合成路线，指的是选用什么原料，经由哪几步单元反应来制备目的产品。例如，在1.6中提到，苯酚的生产可以有好几条合成路线，它们各有忧缺点。关于合成路线将结合具体产品在各单元反应中讨论。

所谓工艺路线，指的是对原料的预处理（提纯、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸发、汽化、加热、冷却等）和反应物的后处理（蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干燥等）应采用哪些化工过程（单元操作）、什么设备和什么生产流程等。

所谓反应条件指的是：反应物的分子比、主要反应物的转化率（反应深度）、反应物的浓度、反应过程的温度、时间和压力以及反应剂，辅助反应剂、催化剂和溶剂的使用和选择等。

所谓合成技术主要指的是：非均相接触催化、相转移催化、均相络合催化、光有机合成和电解有机合成以及酶催化等。

所谓完成反应的方法主要指的是：间歇操作和连续操作的选择，反应器的选择和设计等。为了完成化工生产，我们必须对所涉及的物料的性质有充分了解。29 各种物料的重要性质主要有：

（1）物料在一定条件下的化学稳定性、热稳定性、光稳定性以及贮存稳定性（包括与空气和水分长期接触的稳定性）等。

（2）熔点（凝固点）、沸点、在不同温度下的蒸汽压；物料在水中的溶解度、水在液态物料中的溶解度；物料与水是否形成恒沸物，以及恒沸温度和恒沸物组成等。

（3）比重、折光率、比热、导热系数、蒸发热、挥发性和粘度等。（4）闪点、爆炸极限和必要的安全措施。

（5）毒性、对人体的危害，在空气中的允许浓度、必要的防护措施以及中毒的急救措施。

（6）物料的商品规格、各种杂质和添加剂的允许含量、价格、供应来源、包装和储运要求等。

以上性质可以查阅各种有关子册。3.2.1 反应物的摩尔比

反应物的摩尔比指的是加入反应器中的几种反应物之间的摩尔数之比。这个摩尔比可以和化学反应式的摩尔数之比相同，即相当于化学计量比。但是对于大多数有机反应来说，投料的各种反应物的摩尔比并不等于化学计量比。

3.2.2 限制反应物和过量反应物

化学反应物不按化学计量比投料时，其中以最小化学计量数存在的反应物叫做“限制反应物”。而某种反应物的量超过限制反应物完全反应的理论量，则该反应物称为“过量反应物”。

3.2.3 过量百分数

过量反应物超过限制反应物所需理论量部分占所需理论量的百分数叫做“过量百分数”。若以Ne表示过量反应物的摩尔数，Ni表示它与限制反应物完全反应所消耗的摩尔数，则过量百分数为： 3.2.4 转化率（以x表示）

某一种反应物A反应掉的占其向反应器中输入量的百分数叫作反应物A的转化率。

3.2.5 选择性（以s表示）

选择性指的是某一反应物转变成目的产物理论消耗的摩尔数占该反应物在反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。设反应物A生成目的产物P，Np表示生成目的产物的摩尔数，a，p分别为反应物A和目的产物P的化学计量系效，则选择性为：

3.2.6 理论收率（以y表示）

收率指的是生成的目的产物的摩尔数占输入的反应物理摩尔数的百分数。这个收率又叫做理论收率。

转化率、选择性和理论收率三者之间的关系是：y=s²x。

3.3 化学反应器

3.3.1 概述

化学反应器是反应原料在其中进行化学反应，生成目的产物的设备。化学反应器在结构上和材料上必须满足以下要求：

（1）对反应物料（特别是非均相的气液反应物、液液反应物、气固反应物、液固反应物、气液固三相反应物）提供良好的传质条件，便于控制反应物系的浓度分步，以利于目的反应的顺利进行。

（2）对反应物料（特别是强烈放热或强烈吸热的反应物系）提供良好的传热条件，便于热效应的移除或供给，以利于反应物系的温度控制。

31（3）在反应的温度、压力和介质条件下，具有良好的机械强度和耐腐蚀性能。

（4）能适应反应器的操作方式（间歇操作或连续操作）。3.3.2 间歇操作和连续操作

在反应器中实现一个化学反应可以有两种操作方式，即间歇操作和连续操作。间歇操作是将各种反应原料按一定的顺序加到反应器中，并在一定的温度、压力下经过一定时间完成特定的反应，然后将反应好的物料从反应器中放出。因为反应原料是分批加到反应器中的，所以又叫做“分批操作”。在间歇操作时，反应物的组成随时间而改变。另外，反应物的温度和压力也可以随时间而改变。连续操作是将各种反应原料按一定的比例和恒定的速度连续不断地加入到反应器中，并且从反应器中以恒定的速度连续不断地排出反应产物。在正常操作下，反应器中某一特定部位的反应物料的组成、温度和压力原则上是恒定的。

连续操作比间歇操作有许多优点。第一，连续操作比较容易实现高度自动控制，产品质量稳定；而间歇操作的程序自动控制则相当困难而且费用昂贵，因此间歇操作比连续操作需要较多的劳动，而且反应的效果常常受人的因素影响。第二，连续操作很容易实现缩短反应时间。而间歇操作则需要有加料，调整操作的温度和压力，放料，以及准备下一批投料等辅助操作时间。因此，对于生产规模大、反应时间短的化学过程都尽可能采用连续操作。特别是气相反应和气固相接触催化反应则必须采用连续操作。第三，连续操作容易实现节能。例如从反应器中移出的热量以及热的反应产物在冷却时通过热交换器传出的热量可以用来预热冷的反应原料，或者把热量传递给水以产生水蒸汽。而要把间歇操作组合到节能系统中一般是难于实现的。

但是，间歇操作也有它独特的优点。第一，连续操作的技术开发比间歇操作困难得多。节能和节省劳动力一般是与生产规模成正比例的，对于小规模生产来说，开发一个连续操作常常是不值得的。第二，间歇操作的开工和停工一般比连续操作容易，间歇操作的设备在产量的大小上有较多的伸缩余地，更换产品也有 32 灵活性，而连续操作的设备通常只能生产单一产品。第三，在某些情况下，由于反应原料或产物的物理性质（例如粘稠度和分散状态），或是由于反应条件的控制（例如温度、压力和操作步骤）等因素，难于采用连续操作。例如用固相法生产2,3-酸就必须采用间歇操作。因此，对于多品种、产量小的精细化工产品来说，间歇操作有相当广泛的应用。

3.3.3 间歇操作反应器

液液相或液固相间歇操作的反应器基本上和实验宝的设备相似，所不同的是规模大，制造材料相传热方式不同。这种间歇操作反应器可以是敞口的反应槽（相当于烧杯），也可以是带回流冷凝器的反应锅（相当于四口烧瓶），或者是耐压的高压釜。对于某些物料非常粘稠的液固相反应，则常常采用卧式转筒球磨机式反应器(固相罐)。最常用的传热方式是在锅外安装夹套或在锅内安装蛇形盘管。冷却一般用冷水或冷冻盐水。加热一般用水蒸汽，需要较高温度时（130~260℃）则用耐高温导热油。对于转筒球磨机式反应器（例如苯胺固相焙烘磺化制对氨基苯磺酸，料温约200℃）或其他高温反应过程（例如2-萘磺酸钠的碱熔制2-萘酚，料温28~320℃），还可以采用直接火加热（燃烧煤气、燃料油或煤）或者直接用电热。在个别情况下，也可以直接向反应器中加入碎冰进行冷却（例如重氮化和偶合反应），或者直接通入水蒸汽进行加热（例如某些萘系磺酸的水解反应）。

3.3.4 液相连续反应器

在连续操作的反应器中，有两种极限的流动模型，即“理想混合型”和“理想置换型”。

3.3.4.1 理想混合型反应器

它通常是装有搅拌器和传热装置的反应锅，如图所示。

反应原料连续不断地加入到锅中，在搅拌下在锅内停留一定时间，同时反应产物也连续不断地从锅中流出。这种反应器的特点是：强烈的搅拌产生了反向混合作用（简称返混），即新加入的物料与已存在锅内的物料能瞬间完全混合，所以锅内各处物料的组成和温度都相同，并且等于出口处物料的组成和温度。但是，物料中各个粒子在反应器内的停留时间则并不相同。

锅式连续反应器的主要优点是强烈的搅拌有利于非均相反应物的传质，可加快反应速度。另外，也有利于强烈放热反应的传热，可加大反应锅的生产能力。例如，苯、甲苯和氯苯的一硝化都采用锅式连续反应器。

锅式连续操作也有很多缺点。第一，锅内物料的组成等于出口物料的组成，即其中反应原料的浓度相当低，这就显著影响反应速度。第二，流出的反应产物中也势必残留有一定数量未反应的原料从而影响收率。第三，锅内已经生成的反应产物的浓度相当高，它容易进一步发生连串副反应。例如，苯用混酸的一硝化过程，如果采用单锅连续操作，不仅设备生产能力低，反应产物中含有较多未反应的苯和硝酸，最不利的是产品硝基苯中含有高达2~4%的副产物二硝基苯。因此，单锅连续操作在工业上很少采用。

为了克服这个缺点，一般都采用多锅串联联法，如图所示。

反应原料连续的加到第一个反应锅中，反应物料依次地连续流经第二个（和第三个）反应锅。而反应产物则从最后一个反应锅流出。多锅串联连续操作的特点是：几个反应锅之间并元返混作用，从而大大降低了返混作用的不利影响。因此它具有以下优点：第一个反应锅中反应原料的浓度比较高，反应速度相当快，可大大提高设备的生产能力；每个反应用可以控制不同的反应温度；另外，在最 34 后一个反应锅中，反应原料的浓度已经变得很低，并大大减少反应产物中剩余未反应物的含量，有利于降低原料的消耗定额，并大大减少连串反应副产物的生产量。为了避免原料以短路的方式从各反应锅中流出，可以在锅内安装导流筒，或是将传热蛇管做成导流简的形式，如图所示。

另外也可以把反应器做成U形循环管的形式，如图所示。

3.3.5 气液相反应器

气液相反应主要是利用空气中氧的氧化反应，利用氯气的氯化反应以及用氢气的加氢反应等。大规模生产，一船都采用鼓泡塔式反应器。这类反应器既可以间歇操作，也可以连续操作。在连续操作时,反应气体总是从塔的底部输入，尾气从塔的顶部排出。而液态物料即可以从塔的底部输入，从塔的上部流出（并流法），也可以从塔的上部输入，从塔的底部流出（逆流法），如图所示。

气液相塔式反应器

因为在塔中有一定的返向混合作用，为了减少它的不利影响，并使气液相之间有良好的传质作用，可在塔内装有填料、筛板、泡罩板、各种挡网或挡板等内部构件。为了控制反应温度，可采用内部热交换器或外循环式热交换器。为了避免塔身太高而增加通入气体的压头，也可以来用多塔串联的方式，从每个塔的底部通入反应气体。

当气液相反应速度相当快,热效应相当大时，也可以采用列管式并流反应器（例如高碳烷烃的氯化）或降膜逆流管式反应器（例如十二烷基苯磺化）。

双膜反应器

3.3.6 气固相接触催化反应器

气固相接触催化反应是将反应原料的气态混合物在一定的温度、压力下通过固体催化剂而完成的。这类反应方式在工业上有广泛的应用，它一般都采用连续操作的方式。这类反应器设计的主要问题是传热和催化剂的装卸。这类反应器主要有三种类型，即绝热固定床反应器、列管团定床反应器和流化床反应器。

3.3.6.1 绝热固定床反应器

单层绝热固定床反应器的结构非常简单，如下图所示，它是一个没有传热装置，只装有固体催化剂的容器。反应原料从容器的一端输入，反应产物则从容器的另一端输出。这类反应器的主要优点是设备结构简单，空间利用率高、造价低、36 催化剂装卸容易。但是，在这类反应器中，反应物料和催化剂的温度是变化的。对于放热反应，从进口到出口温度逐渐升高。对于吸热反应，从进口到出口温度逐渐降低。而且反应过程的热效应越大，进出口的温差越大。由于这个特点使得单层绝热固定床反应器只适用于过程热效应不大、反应产物比较稳定、对反应温度变化不太敏感、反应气体温合物中含有大量惰性气体（例如水蒸汽或氮气），一次通过反应器转化率不太高的过程。例如，氯苯的气相水解制苯酚，甲醇的氧化脱氢制甲醛等，另外，单层绝热固定床反应器中的催化剂层不宜太厚，以免进口和出口的温差太大，因此，只适用于反应停留时间短的过程。

单层绝热反应器

当反应的热效应较大时，为了改善反应的温度条件并提高转化率，常常采用多段绝热反应器,如图所示。

CO水蒸汽变换反应装置示意图

为了调整反应温度，可根据过程的特点，选择合适的载体或冷却剂；对于放热反应，可进行原料气的预热（例如，一氧化碳的水蒸汽转变制氢）；对于吸热反应还可以采用外部管式加热炉。

3.3.6.2 列管式固定床反应器

列管式固定床反应器的结构类型很多,最简单的结构类似于单程列管式换热器，如图所示。

列管式固定床反应器

催化剂放在列管内，载热体在管外进行冷却或加热。对于放热反应，可以用熔盐或其它载热体将热效应移出。热的载热体经废热锅炉降温后再返回列管反应器，废热锅炉吸收热量后可产生0.6~2.0MPa的水蒸汽。熔盐是等分子比硝酸钾和亚硝酸钠的混合物，熔点141℃，可在147~540℃操作。它的优点是比热和导热系数大，传热效果好。对于吸热反应，根据所要求的温度，可以用液态或蒸汽态的载热体进行加热。另外也可以用电热或用外部管式炉加热（多段固定床反应器）。

3.3.6.3 流化床反应器

它的基本结构如图所示，主要构件是壳体、气体分布板、热交换器、催化剂回收装置。有时为了减少反向混合并改善流态化质量，还在催化剂床层内附加挡板或挡网等内部构件

流态化的基本原理是：当气体经过分布板以适当速度均匀地通过粉状催化剂床层时，催化剂的颗粒被吹动，漂浮在气体中做不规则的激烈运动，整个床层类似沸腾的液体一样，能够自由运动，所以又叫做沸腾床。

流化床的主要优点是：采用细颗粒催化剂有利于反应气体在催化剂微孔中的内扩散，催化剂表面的利用率高。加强床层的传热，床层温度均匀，可控制在1~3℃的温度差范围内。便于催化剂的再生和更换。制造费用比列管式固定床低得多。流化床反应器广泛用于空气氧化、催化裂化等反应过程。

流化床的主要缺点是，由于返混作用，对于某些反应转化率和选择性不如固定床；催化剂容易磨损流失；不能使用表面型颗粒状催化剂。

流化床反应器

1-加催化剂口，2-预分布器，3-分布板，4-卸催化剂口，5-内部构件，6-热交换器，7-壳体，8-旋风分离器

3.4 精细有机合成中的溶剂效应

3.4.1 概述

3.4.1.1 溶剂对有机反应的影响

溶剂的作用不只是使反应物溶解，更重要的是溶剂可以和反应物发生各种相互作用。如果选择合适的溶剂就可以使主反应显著地加速，并且能有效地抑制副反应。另外，溶剂还和影响反应历程、反应方向相立体化学。因此，了解溶剂的性质、分类以及溶剂和溶质之间的相互作用，并合理地选择溶剂，对于目的反应的顺利完成有重要意义。

3.4.1.2 溶液和溶解作用

溶质溶解于溶剂而形成的均态混合物体系叫做溶液。溶解作用的最古老的经验规则是“相似相溶”。总的来说，一个溶质易溶于化学结构相似的溶剂，而不易溶于化学结构完全不同的溶剂。极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。但是，也有一些例外，即化学结构相似的组分呈现不溶性，但化学结构不相似的组分却能互相溶解。一般认为与溶解作用有关的因素主要有：

39（1）相同分子之间的引力与不同分子之间的引力的相互关系。（2）由分子的极性所引起的缔合程度。（3）溶剂化作用。（4）溶剂和溶质的分子量。（5）溶剂活性基团的种类和数目 3.4.1.3 溶剂和溶质之间的相互作用力

大量溶剂分子和少量溶质分子之间的相互作用力可以分为三大类：（1）库仑力

即静电吸引力，它包括离子-离子力和离子-偶极力。（2）范德华（Van der Waals）力

亦称内聚力，它包括偶极—偶极力(定向力)、偶极-诱导偶极力（诱导力）和瞬时偶极—诱导偶极力（色散力）。

（3）专一性力

它包括氢键缔合作用、电子对给体/电子对受体相互作用（电荷转移力）。溶剂化作用、离子化作用、离解作用和憎溶剂相互作用等。

第一类和第二类分子间力是普通存在的非专一性力。第三类分子间力是只有在一定结构之间才能发生的、有一定方向的专一性力。

3.4.2 溶剂的分类

溶剂的分类有许多方案，各有一定的用途。3.4.2.1 溶剂按化学结构分类

溶剂按化学结构可以分为无机溶剂和有机溶剂两大类。常用的无机溶剂数量很少。把溶剂按化学结构分类，可以给出某些定性的预示。这就是前面提到的“相似相溶”原则。另外，根据各类溶剂化学反应性的知识，也可以帮助我们合理地选择溶剂，避免在溶质和溶剂之间发生不希望的副反应。

3.4.2.2 溶剂按偶极距μ和介电常数ε分类

偶极矩μ和介电常数ε是表示溶剂极性的两个重要参数，因此这种分类法具有重要实际意义。

1.偶极矩μ

分子中具有永久偶极矩的溶剂叫做“极性”剂。反之，分子中没有永久偶极 40 矩的溶剂则叫做“无极性”或“非极性”溶剂，例如己烷、环己烷、苯、四氯化碳和二硫化碳等。由于没有永久偶极短的溶剂是极少的，因此把偶极矩小于2.5D的非质子弱极性溶剂（例如氯苯和二氯乙烷）也列为非极性溶剂。

偶极矩主要影响在溶质（分子或离子）周围的溶剂分子的定向作用。2.介电常数ε

如果溶剂分子本身没有永久偶极矩，则外电场会使溶剂分子内部分离出电荷而产生诱导偶极。具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制地形成一个有序排列，从而引起所谓的“极化作用”。极化作用越大,电场强度的下降也越大，即E值越小，介电常数ε越大。因此，介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它的偶极定向的能力。

3.溶剂极性的本质—溶剂化作用

关于溶剂的“极性”这个术语，直至现在尚未被确切地下定义。关于溶剂的所谓极性，重要的是它的总的溶剂化能力。溶剂化作用指的是每一个被溶解的分子（或离子）被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象。溶剂化作用是一种十分复杂的现象，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。这样多的溶剂、溶质相互作用，很难用一个简单的物理量来表示。习惯上，常常用偶极矩或介电常数表示。但是这两个物理量都只能反映溶剂的一部分性质或起某种作用。尽管如此，把溶剂按照它们的极性（偶极矩或介电常数）分成几种不同的类型，并分别讨论各类溶剂对溶质分子（或离子）的作用，对于为各种具体反应选择合适的溶剂还是有重要实际意义的。

3.4.3 有机反应中溶剂的使用和选择

3.4.3.1 有机反应对溶剂的要求

在有机反应中溶剂的使用和选样，除了考虑溶剂对主反应的速度、反应历程、反应方向、和立体化学的影响以外，还必须考虑以下因素：

（1）溶剂对反应物和反应产物不发生化学反应，不影响催化剂的活性。溶剂本身在反应条件下及后处理条例下是稳定性。

41（2）溶剂对反应物有较好的溶解性，或者使反应物在溶剂中能良好分散.（3）溶剂容易从反应物中回收，损失少，不影响产品的质量。（4）对溶剂尽可能不需要太高的技术安全措施。（5）溶剂的毒性小，含溶剂的废水容易处理。（6）溶剂的价格便宜、供应方便。3.4.3.2 各类反应的适用溶剂 1.硝化

混酸硝化：二氯甲烷、二氯乙烷； 稀硝酸硝化：氯苯、邻二氯苯； 均相硝化：浓硫酸、醋酸、过量浓硝酸； 2.磺化

溶剂磺化：乙酸、三氯甲烷、四氯化碳

三氧化硫或氯磺酸磺化：1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、邻二氯苯、三氯苯、硝基苯；

焙烘磺化：邻二氯苯、三氯苯 恒沸去水磺化：邻二氯苯、煤油 3.卤化

非水介质：浓硫酸、氯磺酸、三氯化磷、三氯氧磷、四氯化钛、四氯化碳、二氯乙烷、氯苯、邻二氯苯、醋酸

水介质：氯苯、邻二氯苯、硝基苯等 4.催化加氢

低碳醇、乙酸乙酯、乙酸、丙酮、水、二氧六环、烃类 5.氧化

浓硫酸、乙酸、水、二氧六环、石油醚、硝基苯、吡啶 6.Friedel-Crafts反应

溶剂法：二氯乙烷、四氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、二硫化碳、石油醚、环丁 42 砜、过量的液态反应组分

熔融法：ALCl3-NaCl、AlCl3-NaCl-H2NCONH2

3.5 气固相接触催化

3.5.1 概述

气固相接触催化反应是将气态反应物在一定的温度、压力下连续地通过固体催化剂的表面而完成的。这种反应方式可应用于许多单元反应。

固体催化剂通常是由主要催化活性物质、助催化剂和载体所组成。有时为了便于制成所需要的形状或改善催化剂的机械强度或孔隙结构，在制备催化剂时还加入成型剂或造孔物质。

固体催化剂按照粒度可以分为颗粒状和粉末状两种类型。颗粒状催化剂用于固定床反应器，粉末状催化剂用于流化床反应器。

固体催化剂按照表面积又可以分为高比表面型和低比表面型两类。催化剂的表面包括外表面和孔隙中的内表面两部分。每克催化剂的总表面积叫做比表面,它的单位是m2/g。

固体催化剂的密度（s/mL）用视比重来表示。它是把一定重量的催化剂放在量筒中，直接观测其体积而算得的。

关于固体催化剂的作用，虽然已经提出不少催化理论，但是还没有一个理论能全面地、完善地解释所有各种接触催化反应的机理。最常用的理论是活性中心理论、活化组合物学说和多位（活化络合物）学说等。这些学说的要点是催化剂的表面只有一小部分特定的部位能起催化作用，这些部位叫做活性中心。反应物分子的特定基团在活性中心发生化学吸附，形成活化络合物。然后活化络合物再与另一个或另一种未被吸附的反应物分子相作用，生成目的产物。或者是两种反应物分子分别被两个相邻的不同的活性中心所吸附分别生成活化络合物，然后两个活化络合物相互作用而生成目的产物。由于活性中心的特殊性，所以一种优良的催化剂可以只对某一类甚至某一个具体反应具有良好的催化作用，即对目的反应具有良好的选择性。

3.5.2 催化剂的选择性、活性和寿命

3.5.2.1 催化剂的选择性

它指的是特定催化剂专门对某一化学反应起加速作用的性能。其选择性也是用某一反应物通过催化剂后转变为目的产物时理论消耗的摩尔数占该反应物在反应中实际消耗掉的总摩尔数百分数来表示，催化剂的选择性与催化剂的组成、制法和反应条件等因素有关。

3.5.2.2 催化剂的活性

在工业上，催化剂的活性通常用单位体积（或单位重量）催化剂在特定反应条件下，在单位时间内所得到的目的产物的重量来表示。对于某些催化反应，工业催化剂的活性还使用在特定的气体时空速度下，反应物的转化率或目的产物的收率来表示。

3.5.2.3 催化剂的寿命

它指的是催化剂在工业反应器中使用的总时间。催化剂在使用过程中，由于温度、压力、气氛、毒物的影响，以及焦油或积碳的生成等因索，都会或多或少地使催化剂发生某些物理的或化学的变化，例如熔结、粉化以及结晶结构或比表面的变化等，这些都会影响催化剂中的活性中心，从而影响催化剂的活性和选择性。当催化剂的活性和选择性下降到一定程度，并且不能设法恢复其活性时，就需要更换催化剂。工业催化剂的寿命与反应类型、催化剂的组成和制法等因素有关。有些催化剂的寿命可长达数年，有的催化剂寿命只有几小时。

催化剂使用一定时间后，因活性下降，需要活化再生，这个使用时间叫作催化剂的活化周期。

3.5.3 催化剂的组成

3.5.3.1 催化活性物质

它指的是对目的反应具有良好催化活性的成分。对于具体反应，其催化活性物质是通过大量实验筛选出来的。它通常是单一成分或二到三种成分。例如，对于强氧化反应的催化剂，其活性组分通常都是五氧化二钒。

3.5.3.2 助催化剂

它是本身没有催化活性或催化活性很小但是能提高催化活性物质的活性、选择性或稳定性的成分。在催化剂中通常都含有适量的助催化剂。助催化剂主要是在高温下稳定的各种金属氧化物、非金属氧化物、金属盐和金属元素。

3.5.3.3 载体

载体是催化活性组分和助催化剂的支持物、粘结物或分散体。由于使用载体、在催化剂中催化活性组分和助催化剂的含量可以很低。载体的机械作用是增加催化活性组分的比表面，抑制微晶增长，从而延长催化剂的寿命，使催化剂具有足够的空袭度、机械强度（硬度、耐磨性、耐压强度等）、热稳定性、比热和导热率等。另外，有些载体还常常与催化活性组分发生某种化学作用，改变了催化活性组分的化学组成和结构，从而改善了催化剂的活性和选择性。因此，在制备催化剂时载体的选择也是很重要的。

3.5.4 催化剂的毒物、中毒和再生

催化剂因微量外来物质的影响，使其活性和选择性下降的现象叫做催化剂的中毒。微量外来物质叫作催化剂的毒物。

3.5.4.1 催化剂的毒物

在工业生产中，催化剂的毒物通常来自反应原料。有时毒物也可能是在催化剂制备过程中混入的，或者是来自其它污染源。由于中毒作用通常发生在催化活性组分表面的活性中心上，所以微量毒物就能引起催化剂活性显著下降。

3.5.4.2 催化剂的中毒

中毒是由于毒物与催化活性组分发生了某种作用，因而破坏或遮盖了活性中心所造成的。毒物在活性中心吸附较弱或化合较弱，可以用简单的方法使催化剂恢复活性的中毒现象叫作“可逆中毒”或“暂时中毒”。毒物与活性中心结合很强，不能用一般方法将毒物除去的中毒现象叫作“不可逆中毒”或“永久中毒”。催化剂暂时中毒，可设法再生。催化剂永久中毒后，就需要更换新鲜催化剂。

3.5.4.3 催化剂中毒的预防和再生

为了避免催化剂的中毒，一种新型催化剂在投入生产使用前，都应指出哪些是毒物，以及这些毒物在反应原料中的最高允许含量。当原料中有害物质的含量超过规定时，必须对原料进行精制，或换用其他原料。催化剂暂时中毒可设法再生。再生的方法通常是用空气、水蒸汽或氯气在一定温度下通过催化剂以除去积碳、焦油物或硫化氢等毒物。当催化剂活性下降很慢，使用较长时间才需要进行再生时，再生过程可以就在反应器中进行。

3.5.5 催化剂的制备

一种优良的催化剂一般应具备以下性能。

（1）活性高、选择性好、对热和毒物稳定、使用寿命长、容易再生。（2）机械强度和导热性好。

（3）具有合适的宏观结构。例如，比表面、孔隙度、孔径分布、颗粒度和微晶结构等。这种宏观结构既要提供足够的催化表面，又要能使反应物和产物在反应过程中顺利扩散。

(4)制备简便、价格便宜。

控制备催化剂时，常常使用一系列化学的、物理的和机械的专门处理。应该指出，一种催化剂尽管组分和含量完全相同，但是只要在处理细节上稍有差异，就可能因催化剂的微观结构不同，而导致其催化性能有很大的差异，甚致不符合使用要求。因此，催化剂的制备细节都是严格保密的。

3.6 相转移催化

3.6.1 概述

发生双分子反应的最起码条件是两个反应物分子之间必须发生碰撞。如果两个分子不能披此靠扰，那么不管其中一种分子的能量有多大，它也不能和另一种分子发生反应。例如，溴辛烷与氰化钠在一起共热两星期，也不发生反应。这是因为氰化钠完全不溶于溴辛烷的缘故。对于无机盐与有机物的反应，传统的解决办法是使用既具有亲油性，又具有亲水性的溶剂。例如，甲醇、乙醇、丙酮、二氧六环等。但是这也有一定的困难，即无机盐在这些溶剂中的溶解度很小，而有

机物又常常难溶于水。后来发现非质子极性溶剂对无机盐有一定的溶解度，它能使二元盐中的阳离子专一性溶剂化，从而使阴离子成为高活性的裸阴离子，对于亲核取代反应是良好的溶剂。但是使用这类溶剂也有缺点。主要是价格贵、难于精制和干燥、不易长期保存在无水状态、有时少量水会对反应产生干扰、反应后难回收、有毒和操作不便。

为此，在60年代末又发展了一种“相转移催化”有机合成新方法。它的优点是：第一，可以不用上述特殊溶剂，并且常常不要求无水操作。第二，由于相转移催化剂（PTC）的存在，使需要参加反应的阴离子具有较高的反应活性，从而降低反应温度、缩短反应时间、简化工艺过程、提高产品的收率和质量、并减少三废。第三，具有通用性，可广泛应用于许多单元反应。相转移催化化的缺点是相转移催化剂价格较贵，只有在使用相转移催化法能显著提高收率、改善产品质量、取得较好经济效益时，才具有工业应用价值。尽管如此，它在工业上已取得许多有价值的成果。

3.6.2 相转移催化剂

相转移催化剂至少要能满足以下两个基本要求：一个是能将所需要的离子从水相或固相转移到有机相；另一个是要有利于该离子的迅速反应。

当然，一种具有工业使用价值的相转移催化剂还必须具备以下条件：（1）用量少，效率高，自身不会发生不可逆的反应而消耗掉，或者在过程中失去转移特定离子的能力。

（2）制备不太困难，价格合理。（3）毒性小，可用于多种反应。3.6.3 相转移催化的应用

根据相转移催化原理可以看出，凡是能与相转移催化剂形成可溶于有机相的离子对的多种类型化合物，均可采用相转移催化法进行反应。现在它己用于许多单元反应，实例很多。

3.6.5.1 二卤卡宾的产生和应用

二氯卡宾(∶CCl2)又名二氯碳烯或二氯亚甲基，它的碳原子周围只有六个电子，是一个非常活泼的缺电子试剂，容易发生各种加成反应。但二氯卡宾极易水解，在水中的生存期不到1秒。产生二氯卡宾的传统方法要求绝对无水和其他很不方便的条件。而在相转移催化剂的存在下，则可以由氯伤与氢氧化钠浓溶液相作用而产生稳定的二氯卡宾，其反应历程大致如下。

水相界面有机相Q XQ CCl3Q ClNaOH2Q OHNa ClH2OQ OHHCCl3氯仿CCl2二氯卡宾

由氯仿生成二氯卡宾的反应历程

即在水相中季铵盐Q+Xˉ与NaOH作用，生成季铵碱离子对Q+OHˉ，它被萃取到有机相，与氯仿作用而生成二氯卡宾。在有机相中二氯卡宾水解很慢。因为有机相中二氯卡宾与三氯甲基季铵盐处于一个平衡体系中，如果二氯卡宾不发生进一步反应，它在有机相中仍能保持原有活性达数日之久。当有机相中存在有烯烃、芳环、碳环、醇、酚、醛、胺、酰胺等试剂时，就可以发生加成反应而生成多种类型的化合物。

3.6.5.2 O-烃化（醚类的合成）

对硝基苯乙醚是由对硝基氯苯与氢氧化钠的乙醇溶液相作用而制得的。其反应式如下：

CH3CH2OHNaOHCH3CH2ONaH2OO2NClCH3CH2ONaO2NOCH2CH3NaCl

按老工艺不加相转移催化剂，O-芳基化反应（烷氧基化反应）要在压热釜中加热几十小时，对-硝基氯苯的转化率只有75%，要用减压蒸馏法回收未反应的对硝基氯苯，能耗大，另外，还有水解副反应，生成对-硝基酚钠，废液多。

按消耗的对-硝基氯苯计，对-硝基苯乙醚的收率只有85~88%。

加入相转移催化剂，在常温、常压下只需几个小时，对-硝基氯苯的转化率即达到99%以上，对-硝基苯乙醚的收率可达92~94%，纯度达99%以上。显然，这是因为相转移催化剂季铵盐Q+X-将原来难溶于对-硝基氯苯的乙醇钠转变为易溶于对-硝基氯苯和对-硝基苯乙醚的Q+C2H5O-离子对的缘故。

3.6.5.3 O-酰基化反应（酯类的合成）

例如从二乙氧基硫代磷酰氯与对-硝基苯酚钠在甲苯-氢氧化钠水介质中制备乙基对硫磷（有机磷杀虫剂）时：

SC2H5OPClOC2H5NaONO2O-酰化SC2H5OPO乙基对硫磷NO2NaClOC2H5

如果不加入相转移催化剂，反应速度很慢，而且有水解副反应。但是，只要加入很少量的三甲胺或季铵盐，在25~40℃反应1小时，对硫磷的收率可达95~99.5%。显然，在这里季铵盐Q+X-的作用是将不溶于甲苯的对硝基酚钠离子对转变成易溶于甲苯的Q+-OC6H4NO2离子对的缘故。

3.6.5.4 氰离子的亲核取代

例如，从对氯氯苄与氰化钠作用制备对氯苄氰（农药中间体）时由于采用相转移催化剂，可以不用非质子极性有机溶剂，并且可缩短反应时间，收率可达94~96%。

ClCH2ClNaCNClCH2CNNaCl3.6.6 液、固、液三相相转移催化

考虑到相转移催化剂价格贵，难回收，又发展了固体相转移催化剂。它是将季铵盐、季鏻盐、冠醚或开链聚醚连接到聚合物上而得到的不溶于水和一般有机溶剂的固态相转移催化剂。相转移催化反应在水相、固体催化剂和有机相这三相之间进行。所以这类催化剂又叫做“三相催化剂”。它的优点是：操作简便、反应后容易分离，催化剂可定量回收。另外，这种方法所需费用和能源都很低，并 49 适用于自动化连续生产。60年代这种催化剂已成功地用于合成氰醇、氰乙基化和安息香缩合等反应。已引起工业界的极大兴趣。另外，这种催化剂还可用于氨基酸立体异构体的分离，手征性冠醚聚合物催化剂适用于不对称合成。

3.7 均相络合催化

均相络合催化指的是用可溶性过渡金属络合物作为催化剂，在液相对有机反应进行均相催化的方法。这种方法在工业上有重要应用。1977年，美国利用均相络合催化大约生产了900万吨有机化学品，并相继建立了约24个重要工业过程。

3.7.1

过渡金属化学

3.7.1.1 过渡金属的特点

最常用的过渡金属主要有铜组的钛Ti、钒V、铬Cr、锰Mn、铁Fe、钴Co、镍Ni、铜Cu；银组的钼Mo、钌Ru、铹Rh、钯Pd、银Ag；金组的钨W、铱Ir、铂Pt等。典型的过渡金属原子都具有在几何形状上和能量特征上适于成键的1个s轨道、3个p轨道和5个d轨道。在特殊情况下，这9个轨道可以和9个配位体成键。例如，铼的络合物ReH7[P(C2H6)2(C6H5)]2，它具有7个Re-H共价键和两个Re-P配位键。在这里，铼原子一共和9个配位体成链。

3.7.1.2 18电子规则

如果过渡金属原子的9个可能成键的轨道都是充满的，即外层轨道上的总电子数是18，则表明这个络合物是饱和的，稳定的，它不能再与另外的配位体络合。这时配位体的取代反应要允许从18电子络合物上解离下来一个给电子配位体，生成一个16电子的“配位不饱和”型络合物，这种络合物可以再和其他配位体结合，又生成饱和的18电子络合物。这就是18电子规则。当然，在均相络合催化反应中，并不总是需要经过18电子络合物。

3.7.1.3 配位体

各种配位体与过渡金属原子的成键方式和给电子能力，一般确定如下： 单电子配位体：它提供一个电子与过渡金属原子形成共价键。例如，氢基、50

第二篇：精细化学品

21世纪精细化工的发展

[摘要]精细化工具有高技术含量、高附加值等特点，在国民经济中起着重要作用，对促进经济发展和提高人民生产生活质量具有重要的意义，是当今世界化学工业激烈竞争的焦点。本文主要描述了国内外的精细化工行业的发展现状，简单分析了精细化工发展过程中要优先发展的关键技术及精细化工的发展趋势。[关键词]精细化工；发展现状；关键技术；趋势

the development of fine chemical industry In twenty-first Century

Abstract: Fine chemical industry with high technology content, high value-added features, have an important role in national economy;It have especial meaning to promote the development of economy and enhance the quality of life for people, It is competitive focus in chemical industry nowadys.This artical describle the current situation of the development of fine chemical industry at home and abroad, and analyse key technologies in the development of fine chemical industry ,and development tendency of fine chemical industry.Key words: fine chemical industry;development situation;key technology;tendency

0 前言

精细化工产品又称精细化学品，是化学工业中用来与通用化工产品或大宗化学品相区别的一个专门术语，前者指一些具有特定应用性能的、合成工艺中步骤繁多、反应复杂、产量小而产值高的产品，例如医药、化学试剂等；后者指一些应用范围广泛，生产中化工技术要求高，产量大的产品，例如石油化工中的合成树脂、合成橡胶及合成纤维材料等。精细化学工业通常简称精细化工，是生产精细化学品工业的通称[1]。国内外精细化工发展现状

1.1国外精细化工发展现状

精细化工的发展起源于上世纪70年代，当时由于传统的煤化工和石油化工的工艺路线和效益不佳，导致德国、美国和日本等国的化工企业开始走精细化的路线。他们致力于专用化工产品的生产，如仿生医疗品、抗癌药物、高效除菌剂和杀菌剂等的生产。到20世纪90年代末精细化工在发达国家中的比重己达55%-60%。美国20世纪70年代是40%，20世纪80年代上升为45 %，20世纪90年代己达55%左右:日本也由20世纪70年代的35%上升到目前的50%以上:德国由20世纪70年代39%上升到目前65%左右。

近年来，随着能源危机的出现，环境问题的日益严重，各国纷纷加大了精细化工产业的开发和利用。世界范围内都在试图依靠科技使精细化工生产出更多的能源替代品，以满足经济发展的需求。尤其是发达国家，化工产品的精细化比例不断上升，科技投入的比例不断上升，不断研发新产品，发达国家在发展精细化工方面的另外一个特点是:十分注重科学技术的保护，严格控制技术外流，形成一定的技术垄断，保持精细化工领域的国际发展优势。一些发达国家在发展精细化工的同时，也注意减少三废排放、加强污物处理，环保意识渗透其中，这一点也是值得推崇和学习的，毕竟保护环境是发展一切的前提，而发展精细化工也是为了更好地保护环境[2]。

1.2 国内精细化工发展现状

我国的精细化工发展起步较晚，从上世纪80年代开始起步。从“六五”开始，直至“七五”、“八五”、“九五”、“十五”国民经济发展计划中，我国都把精细化工，特别是新领域精细化工作为发展的战略重点之一，在政策和投资上予以倾斜，已安排100多个建设和改造项目，总投资已超过50亿元。经过近20多年的努力，精细化工的地位已在我国得到确立，其精细化率已从1985年的23.1%提高到1994年的29.78%； 2001年为37.44%，2002年已达39.44%。

在看到成绩的同时，我们也要意识到其中的不足，从总体来看，我国在精细化工产品的质量、产品种类及生产经验、高新技术和设备先进程度方面都与国外存在着非常明显的差距。精细化工发展中要优先发展的关键技术

精细化工的技术含量比较高，涉及到的技术范围也比较广，精细化工的发展呈现出多学科交叉综合的发展趋势。在精细化工的发展中涉及到的关键技术有新型分离技术、耦合技术、纳米技术、新型催化技术和生物工程技术等。

2.1 新型分离技术

分离是化工生产过程中重要关键技术，是获得高质量、高纯度化工产品的重要手段[3]。开发工业规模的组分分离，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。积极开展精细蒸馏技术在香精行业的应用；开展无机膜分离技术在超强气体、饮用水、制药、石油化工等领域的应用开发；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；着重发展高效结晶技术和变压吸附技术等[4]。

2.2 耦合技术

在美国“总统绿色化学挑战奖”中有4项是有关藕合技术的研究成果。例如舍曲林是抗抑郁症药物Zoloft ®中的一种活性组分。Pfizer公司开发的舍曲林生产新工艺在反应和分离过程中均选用环境友好的乙醇作溶剂，省去了原来需要应用的甲苯、四氢吠喃等溶剂。由于亚胺化合物在乙醇中的溶解度很小，很容易沉淀出来，不再需要应用TiC14脱水，也无需中间体分离，而且顺式异构体的选择性显著提高。这样使操作步骤大为简化，每生产1t产品，溶剂的需求量从227m3/h减少到了22.7m3/h时，减少了能量和水的消耗，节省原料20%-60%，使总产率翻了一番，并提高了工人的安全性，大大减少了有害废物的排放(2002年绿色合成路线奖)。藕合技术有利于节省资源、能源，减少污染，甚至提高生产效率。在不影响反应和分离效率的前提下，不同的反应或反应和分离过程最好选用同种溶剂和助剂，也可将反应和分离过程进行有效的藕合[5]。从这就可以看出耦合技术具有广阔的发展前景。

2.3 纳米技术

纳米技术是近些年来发展非常迅速的高科技技术，其应用范围十分广泛，在精细化工行业也有着广泛的应用，成为影响精细化工发展的关键技术之一将纳米技术与精细化工相结合可以生产纳米聚合物如用于制造高强度质量比的透明绝缘材料、高强纤维、离子交换树脂等；日用化工及其它行业利用纳米技术可以生产出更高档的化妆品、纳米色素、纳米感光胶片、纳米精细化工材料等[6]。

2.4 新型催化技术

60%以上的化学品，90%的化学合成工艺均与催化有着密切的联系，具有优势的催化技术可成为当代化学工业发展的强劲推动力[3]。催化技术是化工产业发展必不可少的技术，对精细化工行业的发展来说也是如此。但相对于传统的化工催化技术来说，精细化工行业的催化技术又有着新的特点。新型催化技术的重点是开发能促进石油化工发展的膜催化剂、稀土络合催化剂、沸石择型催化剂、固体超强酸催化剂等，发展与精细化工新产品开发密切相关的相转移催化技术，立体定向合成技术、固定化酶发酵技术等特种技术。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[4]。

2.5 生物工程技术

生物工程技术是21世纪最有发展前景的技术，生物催化反应大多条件温和，设备简单，选择性好，副反应少，产品性质优良，安全性好，不产生新的污染，因此受到生物学家和化学家的高度重视。将生物工程技术与精细化工相结合，使许多原来用化学方法很难实现的合成过程得以顺利完成，可以有更多种类的精细化工产品和技术被开发出来，会将精细化工行业的发展推向一个更高的阶段，使精细化工产品的研发出现质的飞跃。在未来需要重点发展重组DNA技术和生物反应器技术，这是生产干扰素和多肤等产品的基础。精细化工发展趋势

3.1精细化工产品向高档化、精细化、复合化和功能化方向发展

随着世界和我国高新技术的发展，不少高新技术将和精细化工融合，精细化工产品将进一步实现高档化、精细化、复合化和功能化。如超细超微细的粉体工程，已将无机和高分子材料推向了新的发展阶段，将无机和高分子制成了粉体材料，从而成为高性能的精细化学品。在制备过程中，有的方法必须要添加抗凝剂或分散剂、抗静电剂等表面活性剂，通过其作用制得各种超细和超微细的粉体材料(特别是纳米材料)。这些粉体材料具有高比表面积、优异的导热和光学性能、高的

耐磨性、极好的遮盖性、高吸附性、多功能性等各种特异性能。根据这些粉体材料的特性，又可将其用于精细化工产品的制备，如制备高活性的催化剂、多功能的化妆品、药品、涂料、粘合剂、表面活性剂、磁性记录材料、塑料和橡胶等高分子合成材料和加工的改性剂及填料等等[7]。

3.2 精细化工技术向研发技术与生产技术并重方向发展

21世纪要用一些高新技术改造传统化工，使原有的化工产品纯度提高、分离更彻底、三废排放更少、环境污染更小，使原有的生产技术和产品结构更加完善。在未来的发展中，精细化工的生产技术的投入会与研发技术的投入相当，甚至占有更大的比重。生产技术是使技术研究和设想变成可能的渠道，是精细化工产品能否产出的关键，所以生产技术的开发应用具有不可忽视的作用。在未来精细化工的发展中，会抛弃以往只重研发不重生产的片面观点，而是研发技术与生产技术“两手抓，两手都要硬”，这样的发展思路和方向会使精细化工的发展更具有实效性和可操作性。重视精细化工的生产技术的开发应用，是精细化工发展的主要动向之一。这些技术的频频出现和应用，必将给传统化工带来一次技术革命，优胜劣汰提高效率，满足当今时代要求[2]。

3.3精细化工产业向着绿色化方向发展

精细化工将为节能和环保作出较大的贡献，自身将向清洁化和节能化的方向发展，成为绿色高新精细化工。绿色发展是相对于传统的化工发展方式而言的，精细化工的绿色化是指在精细化工产品的生产和使用过程中对周围环境的污染较小甚至没有污染产生。

环保的要求及昂贵的劳动力将迫使一些发达国家将现有生产能力向发展中国家转移，世界精细化工业面临着又一次重新布局。如果精细化学品在生产中就实现生态“绿色”化，采用精细化学品为相关行业服务时，也实现相关行业生产的生态“绿色”化，即模拟动植物、微生物生态系统的功能，建立起相当于“生态者、消费者和还原者”的化工生态链，以低消耗(物耗和水、电、汽、冷等能耗及工耗)、无污染(至少低污染)、资源再生、废物综合利用、分离降解等方式，实现生产无毒精细化学品的精细化工的“生态循环和环境友好”及“清洁和安全生产的绿色”结果，那么就可以减少化工行业对环境的伤害。

欧洲的化学品注册评估和许可管理制度，美国的“总统绿色化学挑战奖”，其目的都是控制污染、倡导绿色。绿色化工的特点是对环境无毒无害，反应选择性极高。这形成了化学工业的一个重要方向，就是清洁化生产。己内酞胺、丙烯睛丙二醇醚、环氧丙烷等新工艺的开发，涂料、胶载剂的水性化或无溶剂化，制冷行业的氟里昂及汽油添加剂甲基叔丁基醚的代替，化学致癌物质的禁用及可降解材料的开发利用等种种迹象表明，追求“绿色”、保护环境、保护人们的身心健康将是化学工业未来永恒不变的目标，也是刻不容缓的责任[8]。

3.4 精细化工产业人才向复合型、多专业协作方向发展

精细化工产业对人才的需求是多方面的，既要有科技专业人才，又要有懂技术管理擅长经营的复合型人才；既要有化学、化学工程和相关应用技术的人才，又要有一批能工巧匠。精细化工从研发、生产到销售，最终是为了经济利益的实现。不论是研发部门、生产部门还是销售部门都要加强配合，团结协作。重视市场调研，重视售后服务，及时掌握和了解市场动向和消费者需求，这是精细化工企业发展的指向标。在未来的发展中，可能会出现专门做市场调研的企业，这样的调研团队实力更强，情报信息内容也更权威，企业领导者根据市场调研企业提供的情况，胆大心细，敢于创新，积极做出相应的对策，树立短期目标和长期目标，有效的占有市场份额，保证经济效益的实现。现代产业的发展，既要讲竞争，也要讲合作，不论是企业内部部门之问，还是同行业企业之问，都要加强合作，强强联合，才能实现共赢[2]。结论

精细化工是当今世界化学工业发展的重点之一，标志着一个国家综合技术水平的高低。随着化工行业的发展，越来越多的发达国家及大型石化公司会将其核心产业向精细化工方向进行转移，并打算以领先的生物技术、新材料和新能源技术占领未来制高点，从而为经济发展和人类社会的进步做出更大的贡献。

[参考文献] [1]宋启煌.精细化工工艺学[M].北京：化学工业出版社，2003,1.[2]余正萍.浅析精细化工的发展新动向[J].化学工程与装备，2010（4）:99-100.[3]康林生,张梅,杨锦家.水性涂料研究进展[[ J].现代化工,2003,23(6):14-17.[4]刘德峥.目前我国精细化学工业的发展重点[J].平原大学学报,2004,21(3):1-7.[5]唐林生,冯柏成.从美国“总统绿色化学挑战奖”看绿色精细化工的发展趋势[J].现代化工,2007,27(6):5-9.[6]智春生.精细化工的发展趋势及关键技术[J].科技与企业,2013,科技专论：318.[7]王大全.我国精细化工的现状和发展趋势[J].科技导报,2004,(?):41-46.[8]韦新生.21世纪精细化工的发展[J].化学推进剂与高分子材料,2005,3(2):10-14.

第三篇：有机合成小结

有机合成小结

第一部分 碳架的构造 1.碳碳键的形成 碳碳单键：

1.2.3.4.5.金属有机化合物与卤代烷的偶联反应;金属有机化合物与羰基,氰基的加成反应;金属有机化合物与环氧化合物的开环反应;各类缩合反应;

炔烃,芳环,酮,酯,β-二羰基化合物烷基化和酰基化反应（Friedel Crafts反应）

6.7.8.9.酮的双分子还原;环加成反应;烯烃的羰基化反应

卡宾插入或类卡宾插入（如Simmons-Smith反应）

碳碳双键：

10.Wittig反应；

11.羟醛缩合；醛的缩合；酮的缩合；

12.Clasin-Schmit

缩合（插烯反应）

反应； 13.Horner-Emmons14.Wurtz 反应

2.碳链的切断和缩短 1.2.芳环侧链氧化（与苯环链接的碳上含有H）；

烯烃，炔烃，邻二醇的氧化切断生成醛、酮、酸（如臭氧氧化烯烃，高锰酸钾氧化烯烃或炔烃等）

3.卤仿反应；

3.成环或开环 三元环 ：

1.2.烯烃与卡宾的反应

1，3-二卤代物脱X的反应；

五元环：

1.2.1，6-二元醛酮的分子内缩合己二酸脱羧成环

六元环：

1.2.3.Diels-Alder反应

苯环的还原

Michael加成+羟醛缩合（Robinson成环反应）

更多碳原子数的环：

1.2.卡宾插入；

分子内的羟醛缩合；

4.碳架的重排

1.2.Wagner-Meerwein重排；

频那醇重排 3.4.5.6.7.8.9.异丙苯氧化重排

Baeyer-Villiger重排

Clasin重排

Fries重排

Cope重排

Favorsiki重排

Smiles重排

Richter重排

重排 10.Von 11.Tiffenau-Demyanov12.二苯二乙醇重排

5.杂环化合物的形成

1.2.烯烃用过氧酸氧化成环

烯烃用次卤酸加成消去成环

第二部分 官能团的生成 烷烃、烯烃略 炔烃：

1.2.邻二卤代烃脱卤化氢

邻氨基苯甲酸重氮化

卤代烃：

1.2.醇的卤代

不饱和烃、三元环和卤化氢的加成 3.4.5.6.7.8.9.不饱和烃，三元环与卤素的加成烯烃与次卤酸的加成环氧化合物与氢卤酸的加成芳烃和烷烃的卤代

烯丙基化合物和苄式芳烃的卤代（NBS）

卤素交换反应（Finkelstein反应）

醛酮的阿尔法卤代

Lucas试剂反应 10.与

醇：

1.2.3.4.5.6.7.8.9.烯烃的催化水合烯烃的硼氢化-氧化

烯烃的羟汞化还原

烯烃与次卤酸的加成

烯烃被碱性高锰酸钾、四氧化锇氧化

环氧化合物的开环反应

卤代烃的水解

有机金属试剂与醛酮的加成（如Grignard试剂）

醛酮的还原（如用Na与液氨还原）

反应（醛酮的歧化反应）10.Cannizarro

酚的制备

1.芳磺酸盐碱溶法 2.3.4.芳基卤代烃的水解

芳烃的空气氧化

芳胺的胺基重氮化

醚的制备

1.2.3.4.5.6.7.醇分子间脱水

卤代烃与醇钠和酚钠的反应

烯烃的羟汞化-去汞反应

Williamson合成法

醇与烯烃的加成醇与炔烃的加成烯烃的环氧化

醛酮的制备

1.2.3.4.醇的氧化

邻二醇的高碘酸氧化（得到两分子醛或酮）

烯烃的臭氧化

烯烃的羰基合成反应（烯烃与一氧化碳和氢气在高压和催化剂作用下生成醛或者酮的反应）

5.6.7.8.炔烃的水合

炔烃的硼氢化氧化反应

芳香族的酰基化反应

偕二卤代烃的水解 9.羟醛缩合

10.安息香缩合11.频那醇重排

12.Gattermann-Koch13.Reimer-Tiemann14.Vilsmer-Hacck15.Gattermann16.Hoesch

反应

反应

反应

反应

反应

氧化 17.Oppenauer

第三部分 官能团的保护

1.2.3.羰基可以先与醇缩合成缩醇参与反应体系后水解

羟基可以先形成醚，酯缩醛等有机物加以保护

酚羟基可以通过苯环上添加一些定位基防止被氧化

官能团活化

1.2.可以在逆合成分析加入酸酯基增加羰基阿尔法位的氢的活性

使用TsCl酰化羟基增加-OR基团的离去性

第四篇：有机合成工作报告

合成工作总结 2011年11月份，我来到xxxx任研究助理一职，主要参与了一下项目（由于所作产品均为原公司所属专利，故简化叙述反应，见谅）：

一、詹氏钌催化剂中间体的合成：

1、ts肼+苯甲醛?苯腙

苯腙+醇钠?重氮夜；

rc-102（rc为钌催化剂项目号）+重氮液?rc-103.此反应为原产物与重氮液反应生成一个双键

2、烯配体的合成

r-oh?r-cl?r-pph3cl?r-= 这个反应是制备磷叶立德并与多聚甲醛反应生成一个双键

3、rc-102+ppcy3?rc-202 这个反应比较简单，是一个基团置换的反应,该反应所得产物稀释后会发生溶胀现象，处理比较麻烦

4、rc-203+炔醇?rc-303 此反应炔醇与钌催化剂中间体反应生成一个带两个双键的五元环

5、苯+异丙基酰氯??异丙基苯甲酰

酰化反应，制备炔醇的一部分

二、hcv丙肝新药中间体的合成

1、五元杂环+格氏试剂

这个反应的反应机理其实是格氏试剂与酰胺反应，与n相连的键断开，由于n是五元环上的杂原子，这个反应为一个开环反应。反应在低温下进行，这可能是格氏试剂不与所得产物的活性基团羰基、乙酯基不反应的原因

2、上述产物的还原

这个产物含酯基，选用三乙酰氧基硼氢化钠做还原剂，反应为原料的羰基先与ts肼反应生成踪再还原去掉羰基。

3、上述产物的水解

产物上的酯基水解为酸 alcl3、甲苯 ??③④

4、r+多聚甲醛+苄胺?r/nhbn①?②??? 上面分别涉及到上苄胺、苄胺与苯甲酸甲酯缩合关环、脱甲基、苯上两相邻羟基与dcm反应关环

………

………

……

醇的碱溶液hbrhclk2co3/nmp/dcm篇二：有机合成心得

有机合成心得（1）-引言

做有机合成，感觉最深刻的是关键要有一个灵活的头脑和丰富的有机合成知识，灵活的头脑是天生的，丰富的有机合成知识是靠大量的阅读和高手交流得到的。二者缺一不可，只有有机合成知识而没有灵活的头脑把知识灵活的应用，充其量只是有机合成匠人，成不了高手，也就没有创造性。只有灵活的头脑而没有知识，只能做无米之炊。一个有机合成高手在头脑中掌握的有机化学反应最少应为300个以上，并能灵活的加以运用，熟悉其中的原理（机理），烂熟于胸，就像国学大师烂熟四书五经一样，看到了一个分子结构，稍加思索，其合成路线应该马上在脑中浮现出来。

有机合成心得（2）－基本功的训练 每个行业都有自己的基本功，有机合成的基本功就是对有机化学反应的理解掌握与灵活运用。那么对有机化学反应的理解掌握应从那方面入手？你在大学里学到的有机合成知识，只是入门的东西，远远达不到高手的水平，学了四年化学，基本上不理解化学。遇到问题还是束手无策，不知从何处下手。这不是你的问题，而是大学教育体制的问题，在大学阶段应该打下坚实的基本功，然后才能专，而我们的大学在这方面还做的远远不够。下面我推荐几本有机合成方面的书籍希望能够达到上述的目的。

有机化学反应的理解掌握方面的书籍： 1.march’s advanced organic chemistry.2.carey, f.a.;sundberg, r.j.: advanced organic chemistry.3.michael b.smith: organic synthesis.5.黄宪：新编有机合成化学 6.李长轩：有机合成设计化学

前三本书是从机理方面来讨论有机合成的，4、5两本书是从官能团转变的角度讨论有机合成的，第6本书是讨论有机合成路线设计的。以上几本书应该随时放在自己的身边，作为案头书。认真精读，达到记忆理解，把反应分类记忆理解，这时你可能感觉很枯燥乏味，不要紧，经过一段时间的合成研究再回过头来阅读，就会感觉耳目一新，有新的理解。掌握了这几本书，可以说您已经打下了一定的有机合成基本功，这时你应该最少掌握300个反应了，但并不意味者你已经成为了有机合成高手，接下来你需要做的是将学到的有机合成知识能够灵活运用，熟练的理解化学反应在什么情况下应用。

下面推荐的几本杂志，主要是关于如何运用有机化学反应的。1.organic synthesis(80vol.)2.organic process research & development.这是美国化学会出版的一本有机合成杂志，主要讲述一些化工产品的工艺研究，书中的反应均用在大规模的制备上，对产业化的研究很有帮助，这些反应具有很强的实用性，对理解化学反应的应用很有帮助。

经过以上知识的训练，你已经具备成为有机合成高手的潜力了，接下来需要做的就是大量的实践研究了，相信经过自己的努力和多年的实践，多次的失败，吃的苦中苦，你就成为有机合成高手了。

有机合成心得（3）－合成路线的选择 合成路线的设计与选择是有机合成中很重要的一个方面，它反映了一个有机

合成人员的基本功和知识的丰富性与灵活的头脑。一般情况下，合成路线的选择与设计代表了一个人的合成水平和素质。合理的合成路线能够很快的得到目标化合物，而笨拙的合成路线虽然也能够最终得到目标化合物，但是付出的代价却是时间的浪费和合成成本的提高，因此合成路线的选择与设计是一个很关键的问题。

合成路线的选择与设计应该以得到目标化合物的目的为原则，即如果得到的目标化合物是以工业生产为目的，则选择的合成路线应该以最低的合成成本为依据，一般情况下，简短的合成路线应该反应总收率较高，因而合成成本最低，而长的合成路线总收率较低，合成成本较高，但是，在有些情况下，较长的合成路线由于每步反应都有较高的收率，且所用的试剂较便宜，因而合成成本反而较低，而较短的合成路线由于每步反应收率较低，所用试剂价格较高，合成成本反而较高。所以，如果以工业生产为目的，则合成路线的选择与设计应该以计算出的和实际结果得到的合成成本最低为原则。如果得到的目标化合物是以发表论文为目的，则合成路线的选择与设计则有不同的原则。设计的路线应尽量具有创造性，具有新的思想，所用的试剂应该是新颖的，反应条件是创新的，这时考虑的主要问题不是合成成本的问题而合成中的创造性问题。

如果合成的是系列化合物，则设计合成路线时，应该共同的步骤越长越好，每个化合物只是在最后的合成步骤中不同，则这样的合成路线是较合理的和高效率的，可以在很短的时间内得到大量目标化合物。每个目标化合物的合成路线一般有多步反应，为了避免杂质放大的问题，最好的解决办法是将合成路线一分为二，转化为两个中间体，最后将两个中间体通过一步反应组装起来得到目标化合物。尽量避免连续反应只在最后一步得到产物。

有机合成心得（4）－有机反应的实质 有机合成的任务是运用已知的或可能的化学反应来形成c-c键或c-杂键，从而将两个或多个分子或离子连接起来。有机化学反应类型可分为三种：极性反应，协同反应，自由基反应，其中协同反应与自由基反应又称为非极性反应。非极性反应可以采用‘一锅法’进行，而极性反应则需分步进行。因为极性反应的条件比较苛刻（无水、惰性气体保护、强酸或强碱），而非极性反应的条件比较温和。极性反应占80％，非极性反应占20％。极性反应的实质就是分子中负电性的原子与正电性的原子的结合。所谓负电性与正电性都是指广义而言的，原子的负电性可以是负电荷，也可以是孤电子对；原子的正电性可以是正电荷也可以是空轨道。负电性与正电性的密度越大，反应活性越高，但是高密度的负电性原子通常与高密度的正电性原子结合，低密度的负电性原子与低密度的正电性原子结合。如果分子中同时存在两种相反电荷的原子则产生环合反应，如果分子中存在两种相同电荷的原子，此时与另一分子中相反电荷的原子结合时就容易产生副反应，通常密度较高电荷的原子先进行反应。因此，在记忆化学反应时，只需分清分子中那个原子是正电性的，那个原子是负电性的就可以了。不必去记忆什么人名反应来浪费记忆力，也不必对亲核、亲电反应的类型太在意。所以，学习化学反应时，主要的任务就是了解各种正电性的基团和负电性的基团。这些正电性的基团和负电性的基团称之为合成子。有机合成心得（5）－后处理的问题

在有机合成中，后处理的问题往往被大多数人所忽略，认为只要找对了合成方法，合成任务就可以事半功倍了，这话不错，正确地合成方法固然重要，但是

有机合成的任务是拿到相当纯的产品，任何反应没有100％产率的，总要伴随或多或少的副反应，产生或多或少的杂质，反应完成后，面临的巨大问题就是从反应混合体系中分离出纯的产品。后处理的目的就是采用尽可能的办法来完成这一任务。

为什么对后处理的问题容易忽视呢？我们平时所看到的各种文献尤其是学术性的研究论文对这一问题往往重视不够或者很轻视，他们重视的往往是新的合成方法，合成试剂等。专利中对这一问题也是轻描淡写，因为这涉及到商业利润问题。有机教科书中对这一问体更是没有谈论到。只有参加过工业有机合成项目的人才能认识到这一问题的重要性，有时反应做的在好，后处理产生问题得不到纯的产品，企业损失往往巨大。这时才认识到有机合成不光是合成方法的问题，还涉及到许多方面的问题，那一方面的问题考虑不周，都有可能前功尽弃。后处理问题从哪里可以学到？除了向有经验的科研人员多多请教外，自己也应处处留心，虽说各种文献中涉及较少，但是还有不少论文是涉及到的，这就要求自己多思考，多整理，举一反三。另外，在科研工作中，应注意吸取经验，多多磨练。完成后处理问题的基本知识还是有机化合物的物理和化学性质，后处理就是这些性质的具体应用。当然，首先要把反应做的很好，尽量减少副反应的发生，这样可以减轻后处理的压力。因此，后处理还是考验一个人的基本功问题，只有化学学好了才有可能出色的完成后处理任务。后处理根据反应的目的有不同的解决办法，如果在实验室中，只是为了发表论文，得到纯化合物的目的就是为了作各种光谱，那么问题就简单了，得到纯化合物的方法不外就是走柱子，tlc，制备色谱等方法，不用考虑太多的问题，而且得到的化合物还比较纯；如果是为了工业生产的目的，则问题就复杂了，尽量用简便、成本低的方法，实验室中的那一套就不行了，如果您还是采用实验室中的方法则企业就亏损了。

后处理过程的优劣检验标准是：（1）产品是否最大限度的回收了，并保证质量；（2）原料、中间体、溶剂及有价值的副产物是否最大限度的得到了回收利用；

（3）后处理步骤，无论是工艺还是设备，是否足够简化；（4）三废量是否达到最小。后处理的几个常用而实用的方法：（1）有机酸碱性化合物的分离提纯

具有酸碱性基团的有机化合物，可以得失质子形成离子化合物，而离子化合物与原来的母体化合物具有不同的物理化学性质。碱性化合物用有机酸或无机酸处理得到胺盐，酸性化合物用有机碱或无机碱处理得到钠盐或有机盐。根据有机化合物酸碱性的强弱，有机、无计酸碱一般为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、磷酸。

碱为三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠等。在一般情况下，离子化合物在水中具有相当大的溶解性，而在有机溶剂中溶解度很小，同时活性碳只能够吸附非离子型的杂质和色素。利用以上的这些性质可对酸碱性有机化合物进行提纯。以上性质对所有酸碱性化合物并不通用，一般情况下，分子中酸碱性基团分子量所占整个分子的分子量比例越大，则离子化合物的水溶性就越大，分子中含有的水溶性基团例如羟基越多，则水溶性越大，因此，以上性质适用于小分子的酸碱化合物。对于大分子的化合物，则水溶性就明显降低。酸碱性基团包括氨基。酸性基团包括：酰氨基、羧基、酚羟基、磺酰氨基、硫酚基、1，3－二羰基化合物等等。值得注意的是，氨基化合物一般为碱性基团，但是在连有强吸电子基团时就变为酸性化合物，例如酰氨基和磺酰氨基化合物，这类化合物在氢氧化钠、氢氧化钾等碱作用下就容易失去质子而形成钠盐。

中合吸附法：

将酸碱性化合物转变为离子化合物，使其溶于水，用活性碳吸附杂质后过滤，则除去了不含酸碱性基团的杂质和机械杂质，再加酸碱中合回母体分子状态，这是回收和提纯酸碱性产品的方法。由于活性碳不吸附离子，故有活性碳吸附造成的产品损失忽劣不计。化学学习考研复试调剂，提供免费真题笔记课件教材等，为化学工作者提供学中和萃取法：是工业过程和实验室中常见的方法，它利用酸碱性有机化合物生成离子时溶于水而母体分子状态溶于有机溶剂的特点，通过加入酸碱使母体化合物生成离子溶于水实现相的转移而用非水溶性的有机溶剂萃取非酸碱性杂质，使其溶于有机溶剂从而实现杂质与产物分离的方法。成盐法：

对于非水溶性的大分子有机离子化合物，可使有机酸碱性化合物在有机溶剂中成盐析出结晶来，而非成盐的杂质依然留在有机溶剂中，从而实现有机酸碱性化合物与非酸碱性杂质分离，酸碱性有机杂质的分离可通过将析出的结晶再重结晶，从而将酸碱性有机杂质分离。对于大分子的有机酸碱化合物的盐此时还可以采用水洗涤除去小分子的酸碱化合物已经成盐且具有水溶性的杂质。对于水溶性的有机离子化合物，可在水中成盐后，将水用共沸蒸馏或直接蒸馏除去，残余物用有机溶剂充分洗涤几次，从而将杂质与产品分离。

以上三种方法并不是孤立的，可根据化合物的性质和产品质量标准的要求，采用相结合的方法，尽量得到相当纯度的产品。

（2）几种特殊的有机萃取溶剂

正丁醇：大多数的小分子醇是水溶性的，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇等。大多数的高分子量醇是非水溶性的，而是亲脂性的能够溶于有机溶剂。但是

中间的醇类溶剂例如正丁醇是一个很好的有机萃取溶剂。正丁醇本身不溶于水，同时又具有小分子醇和大分子醇的共同特点。它能够溶解一些能够用小分子醇溶解的极性化合物，而同时又不溶于水。利用这个性质可以采用正丁醇从水溶液中萃取极性的反应产物。丁酮：性质介于小分子酮和大分子酮之间。不像丙酮能够溶于水，丁酮不溶于水，可用来从水中萃取产物。

乙酸丁酯：性质介于小分子和大分子酯之间，在水中的溶解度极小，不像乙酸乙酯在水中有一定的溶解度，可从水中萃取有机化合物，尤其是氨基酸的化合物，因此在抗生素工业中常用来萃取头孢、青霉素等大分子含氨基酸的化合物。丁基叔丁基醚：性质介于小分子和大分子醚之间，两者的极性相对较小，类似于正己烷和石油醚，二者在水中的溶解度较小。可用于极性非常小的分子的结晶溶剂和萃取溶剂。也可用于极性较大的化合物的结晶和萃取溶剂。

（3）做完反应后，应该首先采用萃取的方法，首先除去一部分杂质，这是利用杂质与产物在不同溶剂中的溶解度不同的性质

（4）稀酸的水溶液洗去一部分碱性杂质。例如，反应物为碱性，而产物为中性，可用稀酸洗去碱性反应物。例如胺基化合物的酰化反应。

（5）稀碱的水溶液洗去一部分酸性杂质。反应物为酸性，而产物为中性，可用稀碱洗去酸性反应物。例如羧基化合物的酯化反应。化学学习考研复试调剂，提供免费真题笔记课件教材等，为化学工作者提供学习和科研、工作等的网络交流平台

（6）用水洗去一部分水溶性杂质。例如，低级醇的酯化反应，可用水洗去水溶性的反应物醇。

（7）如果产物要从水中结晶出来，且在水溶液中的溶解度又较大，可尝试加入氯化钠、氯化铵等无机盐，降低产物在水溶液中的溶解度－盐析的方法。

（8）有时可用两种不互溶的有机溶剂作为萃取剂，例如反应在氯仿中进行，可用石油醚或正己烷作为萃取剂来除去一部分极性小的杂质，反过来可用氯仿萃取来除去极性大的杂质。（9）两种互溶的溶剂有时加入另外一种物质可变的互不相容，例如，在水作溶剂的情况下，反应完毕后，可往体系中加入无机盐氯化钠，氯化钾使水饱和，此时加入丙酮，乙醇，乙腈等溶剂可将产物从水中提取出来。

（10）结晶与重结晶的方法 基本原理是利用相似相容原理。即极性强的化合物用极性溶剂重结晶，极性弱的化合物用非极性溶剂重结晶。对于较难结晶的化合物，例如油状物、胶状物等有时采用混合溶剂的方法，但是混合溶剂的搭配很篇三：有机合成心得

搞了十余年药物研发，感觉最深刻的是关键要有一个灵活的头脑和丰富的有机合成知识，灵活的头脑是天生的，丰富的有机合成知识是靠大量的阅读和高手交流得到的。二者缺一不可，只有有机合成知识而没有灵活的头脑把知识灵活的应用，充其量只是有机合成匠人，成不了高手，也就没有创造性。只有灵活的头脑而没有知识，只能做无米之炊。一个有机合成高手在头脑中掌握的有机化学反应最少应为300个以上，并能灵活的加以运用，熟悉其中的原理（机理），烂熟于胸，就像国学大师烂熟四书五经一样，看到了一个分子结构，稍加思索，其合成路线应该马上在脑中浮现出来。

有机合成心得（2）－基本功的训练

每个行业都有自己的基本功，有机合成的基本功就是对有机化学反应的理解掌握与灵活运用。那么对有机化学反应的理解掌握应从那方面入手？你在大学里学到的有机合成知识，只是入门的东西，远远达不到高手的水平，学了四年化学，基本上不理解化学。遇到问题还是束手无策，不知从何处下手。这不是你的问题，而是大学教育体制的问题，在大学阶段应该打下坚实的基本功，然后才能专，而我们的大学在这方面还做的远远不够。下面我推荐几本有机合成方面的书籍希望能够达到上述的目的：

有机化学反应的理解掌握方面的书籍： 1.march’s advanced organic chemistry.2.carey, f.a.;sundberg, r.j.: advanced organic chemistry.3.michael b.smith: organic synthesis.5.黄宪：新编有机合成化学 6.李长轩：有机合成设计 前三本书是从机理方面来讨论有机合成的，4、5两本书是从官能团转变的角度讨论有机合成的，第6本书是讨论有机合成路线设计的。以上几本书应该随时放在自己的身边，作为案头书。认真精读，达到记忆理解，把反应分类记忆理解，这时你可能感觉很枯燥乏味，不要紧，经过一段时间的合成研究再回过头来阅读，就会感觉耳目一新，有新的理解。掌握了这几本书，可以说您已经打下了一定的有机合成基本功，这时你应该最少掌握300个反应了，但并不意味者你已经成为了有机合成高手，接下来你需要做的是将学到的有机合成知识能够灵活运用，熟练的理解化学反应在什么情况下应用。

下面推荐的几本杂志，主要是关于如何运用有机化学反应的。1.organic synthesis(80vol.)2.organic process research & development.这是美国化学会出版的一本有机合成杂志，主要讲述一些化工产品的工艺研究，书中的反应均用在大规模的制备上，对产业化的研究很有帮助，这些反应具有很强的实用性，对理解化学反应的应用很有帮助。

经过以上知识的训练，你已经具备成为有机合成高手的潜力了，接下来需要做的就是大量的实践研究了，相信经过自己的努力和多年的实践，多次的失败，吃的苦中苦，你就成为有机合成高手了。

有机合成心得（3）－合成路线的选择

合成路线的设计与选择是有机合成中很重要的一个方面，它反映了一个有机合成人员的基本功和知识的丰富性与灵活的头脑。一般情况下，合成路线的选择与设计代表了一个人的合成水平和素质。合理的合成路线能够很快的得到目标化合物，而笨拙的合成路线虽然也能够最终得到目标化合物，但是付出的代价却是时间的浪费和合成成本的提高，因此合成路线的选择与设计是一个很关键的问题。

合成路线的选择与设计应该以得到目标化合物的目的为原则，即如果得到的目标化合物是以工业生产为目的，则选择的合成路线应该以最低的合成成本为依据，一般情况下，简短的合成路线应该反应总收率较高，因而合成成本最低，而长的合成路线总收率较低，合成成本较高，但是，在有些情况下，较长的合成路线由于每步反应都有较高的收率，且所用的试剂较便宜，因而合成成本反而较低，而较短的合成路线由于每步反应收率较低，所用试剂价格较高，合成成本反而较高。所以，如果以工业生产为目的，则合成路线的选择与设计应该以计算出的和实际结果得到的合成成本最低为原则。

如果得到的目标化合物是以发表论文为目的，则合成路线的选择与设计则有不同的原则。设计的路线应尽量具有创造性，具有新的思想，所用的试剂应该是新颖的，反应条件是创新的，这时考虑的主要问题不是合成成本的问题而合成中的创造性问题。

如果合成的是系列化合物，则设计合成路线时，应该共同的步骤越长越好，每个化合物只是在最后的合成步骤中不同，则这样的合成路线是较合理的和高效率的，可以在很短的时间内得到大量目标化合物。

每个目标化合物的合成路线一般有多步反应，为了避免杂质放大的问题，最好的解决办法是将合成路线一分为二，转化为两个中间体，最后将两个中间体通过一步反应组装起来得到目标化合物。尽量避免连续反应只在最后一步得到产物。有机合成心得（4）－有机反应的实质

有机合成的任务是运用已知的或可能的化学反应来形成c-c键或c-杂键，从而将两个或多个分子或离子连接起来。

有机化学反应类型可分为三种：极性反应，协同反应，自由基反应，其中协同反应与自由基反应又称为非极性反应。非极性反应可以采用‘一锅法’进行，而极性反应则需分步进行。因为极性反应的条件比较苛刻（无水、惰性气体保护、强酸或强碱），而非极性反应的条件比较温和。极性反应占80％，非极性反应占20％。极性反应的实质就是分子中负电性的原子与正电性的原子的结合。所谓负电性与正电性都是指广义而言的，原子的负电性可以是负电荷，也可以是孤电子对；原子的正电性可以是正电荷也可以是空轨道。负电性与正电性的密度越大，反应活性越高，但是高密度的负电性原子通常与高密度的正电性原子结合，低密度的负电性原子与低密度的正电性原子结合。如果分子中同时存在两种相反电荷的原子则产生环合反应，如果分子中存在两种相同电荷的原子，此时与另一分子中相反电荷的原子结合时就容易产生副反应，通常密度较高电荷的原子先进行反应。因此，在记忆化学反应时，只需分清分子中那个原子是正电性的，那个原子是负电性的就可以了。不必去记忆什么人名反应来浪费记忆力，也不必对亲核、亲电反应的类型太在意。所以，学习化学反应时，主要的任务就是了解各种正电性的基团和负电性的基团。这些正电性的基团和负电性的基团称之为合成子。下面举例简单说明：

有机合成心得（5）－后处理的问题

在有机合成中，后处理的问题往往被大多数人所忽略，认为只要找对了合成方法，合成任务就可以事半功倍了，这话不错，正确地合成方法固然重要，但是有机合成的任务是拿到相当纯的产品，任何反应没有100％产率的，总要伴随或多或少的副反应，产生或多或少的杂质，反应完成后，面临的巨大问题就是从反应混合体系中分离出纯的产品。后处理的目的就是采用尽可能的办法来完成这一任务。为什么对后处理的问题容易忽视呢？我们平时所看到的各种文献尤其是学术性的研究论文 对这一问题往往重视不够或者很轻视，他们重视的往往是新的合成方法，合成试剂等。专利中对这一问题也是轻描淡写，因为这涉及到商业利润问题。有机教科书中对这一问体更是没有谈论到。只有参加过工业有机合成项目的人才能认识到这一问题的重要性，有时反应做的在好，后处理产生问题得不到纯的产品，企业损失往往巨大。这时才认识到有机合成不光是合成方法的问题，还涉及到许多方面的问题，那一方面的问题考虑不周，都有可能前功尽弃。后处理问题从哪里可以学到？除了向有经验的科研人员多多请教外，自己也应处处留心，虽说各种文献中涉及较少，但是还有不少论文是涉及到的，这就要求自己多思考，多整理，举一反三。另外，在科研工作中，应注意吸取经验，多多磨练。完成后处理问题的基本知识还是有机化合物的物理和化学性质，后处理就是这些性质的具体应用。当然，首先要把反应做的很好，尽量减少副反应的发生，这样可以减轻后处理的压力。因此，后处理还是考验一个人的基本功问题，只有化学学好了才有可能出色的完成后处理任务。

后处理根据反应的目的有不同的解决办法，如果在实验室中，只是为了发表论文，得到纯化合物的目的就是为了作各种光谱，那么问题就简单了，得到纯化合物的方法不外就是走柱子，tlc，制备色谱等方法，不用考虑太多的问题，而且得到的化合物还比较纯；如果是为了工业生产的目的，则问题就复杂了，尽量用简便、成本低的方法，实验室中的那一套就不行了，如果您还是采用实验室中的方法则企业就亏损了。下面只简单的介绍一些工业中的方法。

后处理过程的优劣检验标准是：（1）产品是否最大限度的回收了，并保证质量；（2）原料、中间体、溶剂及有价值的副产物是否最大限度的得到了回收利用；（3）后处理步骤，无论是工艺还是设备，是否足够简化；（4）三废量是否达到最小。后处理的几个常用而实用的方法：

（1）有机酸碱性化合物的分离提纯 具有酸碱性基团的有机化合物，可以得失质子形成离子化合物，而离子化合物与原来的母体化合物具有不同的物理化学性质。碱性化合物用有机酸或无机酸处理得到胺盐，酸性化合物用有机碱或无机碱处理得到钠盐或有机盐。根据有机化合物酸碱性的强弱，有机、无计酸碱一般为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、磷酸。碱为三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠等。在一般情况下，离子化合物在水中具有相当大的溶解性，而在有机溶剂中溶解度很小，同时活性碳只能够吸附非离子型的杂质和色素。利用以上的这些性质可对酸碱性有机化合物进行提纯。以上性质对所有酸碱性化合物并不通用，一般情况下，分子中酸碱性基团分子量所占整个分子的分子量比例越大，则离子化合物的水溶性就越大，分子中含有的水溶性基团例如羟基越多，则水溶性越大，因此，以上性质适用于小分子的酸碱化合物。对于大分子的化合物，则水溶性就明显降低。

酸碱性基团包括氨基。酸性基团包括：酰氨基、羧基、酚羟基、磺酰氨基、硫酚基、1，3－二羰基化合物等等。值得注意的是，氨基化合物一般为碱性基团，但是在连有强吸电子基团时就变为酸性化合物，例如酰氨基和磺酰氨基化合物，这类化合物在氢氧化钠、氢氧化钾等碱作用下就容易失去质子而形成钠盐。

中合吸附法：

将酸碱性化合物转变为离子化合物，使其溶于水，用活性碳吸附杂质后过滤，则除去了不含酸碱性基团的杂质和机械杂质，再加酸碱中合回母体分子状态，这是回收和提纯酸碱性产品的方法。由于活性碳不吸附离子，故有活性碳吸附造成的产品损失忽劣不计。中和萃取法：

是工业过程和实验室中常见的方法，它利用酸碱性有机化合物生成离子时溶于水而母体分 子状态溶于有机溶剂的特点，通过加入酸碱使母体化合物生成离子溶于水实现相的转移而用非水溶性的有机溶剂萃取非酸碱性杂质，使其溶于有机溶剂从而实现杂质与产物分离的方法。

成盐法：

对于非水溶性的大分子有机离子化合物，可使有机酸碱性化合物在有机溶剂中成盐析出结晶来，而非成盐的杂质依然留在有机溶剂中，从而实现有机酸碱性化合物与非酸碱性杂质分离，酸碱性有机杂质的分离可通过将析出的结晶再重结晶，从而将酸碱性有机杂质分离。对于大分子的有机酸碱化合物的盐此时还可以采用水洗涤除去小分子的酸碱化合物已经成盐且具有水溶性的杂质。对于水溶性的有机离子化合物，可在水中成盐后，将水用共沸蒸馏或直接蒸馏除去，残余物用有机溶剂充分洗涤几次，从而将杂质与产品分离。

以上三种方法并不是孤立的，可根据化合物的性质和产品质量标准的要求，采用相结合的方法，尽量得到相当纯度的产品。（2）几种特殊的有机萃取溶剂

正丁醇：大多数的小分子醇是水溶性的，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇等。大多数的高分子量醇是非水溶性的，而是亲脂性的能够溶于有机溶剂。但是中间的醇类溶剂例如正丁醇是一个很好的有机萃取溶剂。正丁醇本身不溶于水，同时又具有小分子醇和大分子醇的共同特点。它能够溶解一些能够用小分子醇溶解的极性化合物，而同时又不溶于水。利用这个性质可以采用正丁醇从水溶液中萃取极性的反应产物。

丁酮：性质介于小分子酮和大分子酮之间。不像丙酮能够溶于水，丁酮不溶于水，可用来从水中萃取产物。

乙酸丁酯：性质介于小分子和大分子酯之间，在水中的溶解度极小，不像乙酸乙酯在水中有一定的溶解度，可从水中萃取有机化合物，尤其是氨基酸的化合物，因此在抗生素工业中常用来萃取头孢、青霉素等大分子含氨基酸的化合物。

异丙醚与特丁基叔丁基醚：性质介于小分子和大分子醚之间，两者的极性相对较小，类似于正己烷和石油醚，二者在水中的溶解度较小。可用于极性非常小的分子的结晶溶剂和萃取溶剂。也可用于极性较大的化合物的结晶和萃取溶剂。

（3）做完反应后，应该首先采用萃取的方法，首先除去一部分杂质，这是利用杂质与产物在不同溶剂中的溶解度不同的性质。

（4）稀酸的水溶液洗去一部分碱性杂质。例如，反应物为碱性，而产物为中性，可用稀酸洗去碱性反应物。例如胺基化合物的酰化反应。（5）稀碱的水溶液洗去一部分酸性杂质。反应物为酸性，而产物为中性，可用稀碱洗去酸性反应物。例如羧基化合物的酯化反应。

（6）用水洗去一部分水溶性杂质。例如，低级醇的酯化反应，可用水洗去水溶性的反应物醇。

（7）如果产物要从水中结晶出来，且在水溶液中的溶解度又较大，可尝试加入氯化钠、氯化铵等无机盐，降低产物在水溶液中的溶解度－盐析的方法。（8）有时可用两种不互溶的有机溶剂作为萃取剂，例如反应在氯仿中进行，可用石油醚或正己烷作为萃取剂来除去一部分极性小的杂质，反过来可用氯仿萃取来除去极性大的杂质。

（9）两种互溶的溶剂有时加入另外一种物质可变的互不相容，例如，在水作溶剂的情况下，反应完毕后，可往体系中加入无机盐氯化钠，氯化钾使水饱和，此时加入丙酮，乙醇，乙腈等溶剂可将产物从水中提取出来。

（10）结晶与重结晶的方法

基本原理是利用相似相容原理。即极性强的化合物用极性溶剂重结晶，极性弱的化合物用

非极性溶剂重结晶。对于较难结晶的化合物，例如油状物、胶状物等有时采用混合溶剂的方法，但是混合溶剂的搭配很有学问，有时只能根据经验。一般采用极性溶剂与非极性溶剂搭配，搭配的原则一般根据产物与杂质的极性大小来选择极性溶剂与非极性溶剂的比例。若产物极性较大，杂质极性较小则溶剂中极性溶剂的比例大于非极性溶剂的比例；若产物极性较小，杂质极性较大，则溶剂中非极性溶剂的比例大于极性溶剂的比例。较常用的搭配有：醇－石油醚，丙酮－石油醚，醇－正己烷，丙酮－正己烷等。但是如果产物很不纯或者杂质与产物的性质及其相近，得到纯化合物的代价就是多次的重结晶，有时经多次也提不纯。这时一般较难除去的杂质肯定与产物的性质与极性及其相近。除去杂质只能从反应上去考虑了。

（11）水蒸气蒸馏、减压蒸馏与精馏的方法

这是提纯低熔点化合物的常用方法。一般情况下，减压蒸馏的回收率相应较低，这是因为随着产品的不断蒸出，产品的浓度逐渐降低，要保证产品的饱和蒸汽压等于外压，必须不断提高温度，以增加产品的饱和蒸汽压，显然，温度不可能无限提高，即产品的饱和蒸汽压不可能为零，也即产品不可能蒸净，必有一定量的产品留在蒸馏设备内被设备内的难挥发组分溶解，大量的斧残既是证明。

水蒸气蒸馏对可挥发的低熔点有机化合物来说，有接近定量的回收率。这是因为在水蒸气蒸馏时，斧内所有组分加上水的饱和蒸汽压之和等于外压，由于大量水的存在，其在100℃时饱和蒸汽压已经达到外压，故在100℃以下时，产品可随水蒸气全部蒸出，回收率接近完全。对于有焦油的物系来说，水蒸气蒸馏尤其适用。因为焦油对产品回收有两个负面影响：一是受平衡关系影响，焦油能够溶解一部分产品使其不能蒸出来；二是由于焦油的高沸点使蒸馏时斧温过高从而使产品继续分解。，水蒸气蒸馏能够接近定量的从焦油中回收产品，又在蒸馏过程中避免了产品过热聚合，收率较减压蒸馏提高3－4％左右。虽然水蒸气蒸馏能提高易挥发组分的回收率，但是，水蒸气蒸馏难于解决产物提纯问题，因为挥发性的杂质随同产品一同被蒸出来，此时配以精馏的方法，则不但保障了产品的回收率，也保证了产品质量。应该注意，水蒸气蒸馏只是共沸蒸馏的一个特例，当采用其它溶剂时也可。

共沸蒸馏不仅适用于产品分离过程，也适用于反应物系的脱水、溶剂的脱水、产品的脱水等。它比分子筛、无机盐脱水工艺具有设备简单、操作容易、不消耗其它原材料等优点。例如：在生产氨噻肟酸时，由于分子中存在几个极性的基团氨基、羧基等，它们能够和水、醇等分子形成氢键，使氨噻肟酸中存在大量的游离及氢键的水，如采用一般的真空干燥等干燥方法，不仅费时，也容易造成产物的分解，这时可采用共沸蒸馏的方法将水分子除去，具体的操作为将氨噻肟酸与甲醇在回流下搅拌几小时，可将水分子除去，而得到无水氨噻肟酸。又比如，当分子中存在游离的或氢键的甲醇时，可用另外一种溶剂，例如正己烷、石油醚等等，进行回流，可除去甲醇。可见共沸蒸馏在有机合成的分离过程中占有重要的地位。

（12）超分子的方法，利用分子的识别性来提纯产物。（13）脱色的方法 一般采用活性炭、硅胶、氧化铝等。活性炭吸附非极性的化合物与小分子的化合物，硅胶与氧化铝吸附极性强的与大分子的化合物，例如焦油等。对于极性杂质与非极性杂质同时存在的物系，应将两者同时结合起来。比较难脱色的物系，一般用硅胶和氧化铝就能脱去。对于酸碱性化合物的脱色，有时比较难，当将酸性化合物用碱中和形成离子化合物而溶于水中进行脱色时，除了在弱碱性条件下脱色一次除去碱性杂质外，还应将物系逐渐中和至弱酸性，再脱色一次除去酸性杂质，这样就将色素能够完全脱去。同样当将碱性化合物用酸中和至弱碱性溶于水进行脱色时，除了在弱酸性条件下脱色一次除去酸性杂质外，还应将物系逐渐中和至弱碱性，再脱色一次除去碱性杂质。篇四：有机合成心得 有机合成心得——工艺优化方法学

有机合成心得——工艺优化方法学 1．合成工艺的优化主要就是反应选择性研究

有机合成工艺优化是物理化学与有机化学相结合的产物，是用化学动力学的方法解决有机合成的实际问题，是将化学动力学的基本概念转化为有机合成的实用技术。

首先分清三个基本概念转化率、选择性、收率。转化率是消耗的原料的摩尔数除于原料的初始摩尔数。选择性为生成目标产物所消耗的原料摩尔数除于消耗的原料的摩尔数。收率为反应生成目标产物所消耗的原料的摩尔数除于原料的初始摩尔数。可见，收率为转化率与选择性的乘积。可以这样理解这三个概念，反应中消耗的原料一部分生成了目标产物，一部分生成了杂质，为有效好的原料依然存在于反应体系中。生成目标产物的那部分原料与消耗的原料之比为选择性，与初始原料之比为收率，消耗的原料与初始原料之比为转化率。

反应的目标是提高收率，但是影响收率的因素较多，使问题复杂化。化学动力学的研究目标是提高选择性，即尽量使消耗的原料转化为主产物。只有温度和浓度是影响选择性的主要因素。在一定转化率下，主副产物之和是一个常数，副产物减少必然带来主产物增加。提高转化率可以采取延长反应时间，升高温度，增加反应物的浓度，从反应体系中移出产物等措施。而选择性虽只是温度和浓度的函数，看似简单，却远比转化率关系复杂。因此将研究复杂的收率问题转化为研究选择性和转化率的问题，可简化研究过程。2．选择性研究的主要影响因素 提高主反应的选择性就是抑制副反应，副反应不外平行副反应和连串副反应两种类型。平行副反应是指副反应与主反应同时进行，一般消耗一种或几种相同的原料，而连串副反应是指主产物继续与某一组分进行反应。主副反应的竞争是主副反应速度的竞争，反应速度取决于反应的活化能和各反应组分的反应级数，两个因素与温度和各组分的浓度有关。因此选择性取决于温度效应和浓度效应。可是，活化能与反应级数的绝对值很难确定。但是我们没有必要知道它们的绝对值，只需知道主副反应之间活化能的相对大小与主副反应对某一组分的反应级数的相对大小就行了。我们知道，升高温度有利于活化能高的反应，降低温度有利于活化能低的反应，因此选择反应温度条件的理论依据是主副反应活化能的相对大小，而不是绝对大小。

（1）温度范围的选择：在两个反应温度下做同一合成实验时，可以根据监测主副产物的相对含量来判断主副反应活化能的相对大小，由此判断是低温还是高温有利于主反应，从而缩小了温度选择的范围。实际经验中，一般采取极限温度的方式，低温和高温，再加上二者的中间温度，可判断出反应温度对反应选择性的影响趋势。

（2）某一组分浓度的选择：在同一温度下（第一步已经选择好的温度下），将某一组分滴加（此组分为低浓度，其他组分就是高浓度）或一次性加入（此组分为高浓度，其他组分就是低浓度）进行反应，就可根据监测主副产物的相对含量来判断该组分是低浓度还是高浓度有利于主反应。确定了某一组分的浓度影响，接下来就是研究该组分的最佳配比问题。相同的条件下，再确定其他组分浓度的影响。3．定性反应产物

动力学研究方法要求副反应最小，而其他方法要求主反应最大。因此研究反应的选择性，搞清副反应的产物结构是必要地前提。在条件允许的情况下，应尽量分析反应混合物的全部组分，包括主产物，各种副产物，分析他们在气相色谱、液相色谱或薄层色谱上的相对位置和相对大小。从而可以看出各组分的相对大小及各组分随温度和浓度条件不同的变化。对不同的副反应采取不同的抑制方法。

（1）首先搞清反应过程中那些副产物生成；（2）重点找出含量较多的副产物的结构，因为只有抑制了主要副反应，才能显著提高主反应的选择性；（3）根据主要副产物的结构，研究其生成的机理，速度方程和对比选择性方程，并据此进行温度效应、浓度效应分析；（4）由对比选择性方程确定部分工艺条件，并据此设计获取活化能相对大小和反应级数相对高低的试验方按。（5）也应该找出最难除去的杂质的结构，进行（3），（4）的方法研究。4．跟踪定量反应产物

在定分析的基础上，对同一实验不同时刻各组分的含量进行跟踪测试，根据跟踪测试结果认识影响因素，再根据影响因素调整实验方按。

（1）可在同一实验中考察原料、中间体、产物，各副产物在不同条件下的变化趋势，从一个实验中尽可能获取更多的信息，实验效率大大提高。

（2）根据实验过程中的新现象调整和修改预定方按，使每一具体实验的目标多元化，即可使每一次实验的目的在实验中调整和增加，从而提高工作效率和研究开发进度。

（3）将不同时刻、不同组分的相对含量，整理成表格或曲线，从数据表或曲线中观察不同组分的数量，各组分在不同阶段依不同条件的变化趋势和变化率，从而找出宏观动力学影响因素，并根据这些因素去调整温度、浓度因素，以提高选择性。

这里的定量并非真正的含量，只是各组分的相对值。5．分阶段研究反应过程和分离过程

大多数人习惯于每次实验部分都分离提纯产品并计算收率。然而，除非简单的实验外这是不科学的。

（1）研究开发的初始阶段，分离过程是不成熟的，很难估算分离过程损失，这样，所得产品不能代表反应收率。（2）实验的最终结果是反应过程与分离过程的总结果，影响因素太多，考察某一影响因素 太难。

（3）一个实验真正做到完成分离提纯的程度很难，往往后处理时间多于反应时间，若每个实验都做到提纯分离，则工作效率降低。（4）为降低科研费用，往往进行微量制备，而微量制备的实验几乎不能完成全过程。比如精馏，没有一定数量就无法进行。

（5）反应过程中直接取反应液进行中控分析最接近于反应过程的在线测试，最能反映出过程的实际状态，对于某一因素的变化的影响也最敏感，应用起来方便。

（6）做好反应过程是分离过程研究的基础。副产物越少，则分离过程越简单。

总之，在研究开发的最初阶段，应先回避分离过程而仅研究反应过程。可以在反应过程中得到一系列的色谱分析谱图和定性分析结果，根据原料、中间体、产品、副产品出峰的相对大小来初步定量，根据不同反应温度条件下不同组分的消涨来判断活化能的相对大小；根据副产物结构机不同的加料方式引起的副产物的消涨来判断活性组分的反应级数的相对高低。从理论到实践实现了动力学所要求的温度效应、浓度效应，再实现最大转化率，最后研究分离过程。这是一种循序渐进的、条理清晰的、理性的和简单化的工艺优化程序。6．程序升温法确定温度范围

程序升温法是另一种反应温度的优化方法。其是在实验的最初阶段采用的。一般采用微量制备，物料以满足分析测试即可。为使放热反应的温度可控制，反应物料不必成比例（一般使某一种原料微量）。

在跟踪测试的基础上，采取程序升温大方法，往往一次实验即可测得反应所适合的温度范围，并可得到主反应与某一特定副反应活化能的相对大小和确认反应温度最佳控制条件。程序升温过程如图所示。

在t1 温度下反应一段时间，取样a分析；若未发生反应，则升温至t2后反应一段时间后取样b分析；若发现反应已经发生，但不完全，则此时应鉴别发生的是否是主反应；若在温度t2下先发生的是主反应，则继续取样c分析；若反应仍不完全，升温至t3后反应一段时间取样d分析；若仍不完全则升温至t4，取样e分析，直至反应结束。

若样品d中无副产物，e中有副产物，则主反应的活化能小于副反应的活化能，反应温度为t4以下，再在t3上下选择温控范围。

若样品b中发生的是副反应，则应立即升温，并适时补加原料，边升温边取样f,g,h等，直至主反应发生。若主反应在较高温度时发生了，说明主反应的活化能大于副反应的活化能，反应应避开较低温度段。此时的程序升温过程应在缺少易发生副反应的那种主原料下进行，即预先加热反应底物至一定温度，再滴加未加入的原料，后滴加的原料用溶剂稀释效果更加。可见，一次程序升温过程便可基本搞清主副反应活化能的相对大小和反应温度控制的大致范围，取得了事半功倍的效果。

在低温有利于主反应的过程中，随着反应的进行，反应物的浓度逐渐降低，反应速度逐渐减慢，为保持一定的反应速度和转化率以保证生产能力，就必须逐渐缓慢升温以加速化学反应的进行，直至转化率达到目标，这才实现最佳控制。7．调节加料法

滴加的功能有两个，（1）对于放热反应，可减慢反应速度，使温度易于控制。(2)控制反应的选择性，对每种原料都应采取是滴加还是一次性加入对反应选择性影响的研究。如果滴加有利于选择性，则滴加时间越慢越好。如不利于选择性的提高，则改为一次性的加入。温度效应、浓度效应对反应选择性的影响是个普遍存在的一般规律，但在不同的具体实例中体现出特殊性，有时某一种效应更重要，而另一种效应不显著。因此必须具体问题具体分析，在普遍的理论原则指导下解决特殊的问题。7．动力学方法的工艺优化次序

有了上面所述的方法，一般的工艺优化需要按以下的步骤进行。

（1）反应原料的选择 反应原料的选择除了考虑廉价易得的主要因素外，另一个必须考虑的因素是副产物的形成，所用的原料应该尽可能以不过多产生副反应为准，原料的活性应该适当，活性高了相应的副反应形成的速度也就加大了，原料的反应点位应该尽可能少，以防进行主反应的同时进行副反应。以阿立哌唑的中间体合成为例。不同的原料产生不同的副反应从而形成不同的杂质，原料的性质不同，产生杂质的数量也就不同。图1 为 以1，4－二溴丁烷为原料反应形成的杂质。在该实例中，a 是所需要的中间体，但因为1，4－二溴丁烷及另一原料的双重反应部位，产生了大量的杂质，给后处理带来了极大的麻烦。因而是不合适的。但是如以4－溴丁醇为原料（图2），则反应形成的杂质数量大大减少，给提纯及后续反应带来极大的方便。可见原料的选择对抑制副反应也有者重要的作用。

（2）溶剂的选择：主要根据反应的性质和类型来考虑：非质子极性溶剂：乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、n,n-二甲基乙酰胺、n－甲基吡咯烷酮；质子极性溶剂：水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等；极性非常小的溶剂：石油醚、正己烷、乙酸乙酯、卤代烃类、芳香烃类等。

（3）重复文献条件，对反应产物定性分析。

（4）变化反应温度确认主副反应活化能的相对大小并确定温度控制曲线。

（5）根据副产物的结构改变加料方式，以确定主副反应对某一组分的反应级数的相对大小并确定原料的加料方式。此时反应选择性已达最佳。（6）选择转化率的高低。力求转化完全或回收再用。此时反应收率最佳。

（7）选择简单的分离方式并使分离过程产物损失最小。此时优化的工艺大到了。（8）酸碱强度的影响：强酸还是弱酸，强碱还是弱碱，有机酸还是有机碱。在质子性溶剂

中一般选择无机碱，因为此时无机碱一般溶于这类溶剂中使反应均相进行，例如氢氧化钠、氢氧化钾溶于醇中，但是弱无机碱碳酸钠等不容于该类溶剂，须加入相转移催化剂；在非质子极性溶剂中一般选择有机碱，此时反应为均相反应，若选择无机碱一般不溶于该类溶剂，也需加入加入相转移催化剂。

（9）催化剂的影响：相转移催化剂，无机盐，路易斯酸，路易斯碱。篇五：有机合成心得

有机合成心得

有机合成心得（1）-引言

搞了十余年药物研发，感觉最深刻的是关键要有一个灵活的头脑和丰富的有机合成知识，灵活的头脑是天生的，丰富的有机合成知识是靠大量的阅读和高手交流得到的。二者缺一不可，只有有机合成知识而没有灵活的头脑把知识灵活的应用，充其量只是有机合成匠人，成不了高手，也就没有创造性。只有灵活的头脑而没有知识，只能做无米之炊。一个有机合成高手在头脑中掌握的有机化学反应最少应为300个以上，并能灵活的加以运用，熟悉其中的原理（机理），烂熟于胸，就像国学大师烂熟四书五经一样，看到了一个分子结构，稍加思索，其合成路线应该马上在脑中浮现出来。

本系列心得基本上是作者在工作中的经验之谈，也有部分内容取材于参考资料，本心得主要是想提供方法上的指导。

有机合成心得（2）－基本功的训练

每个行业都有自己的基本功，有机合成的基本功就是对有机化学反应的理解掌握与灵活运用。那么对有机化学反应的理解掌握应从那方面入手？你在大学里学到的有机合成知识，只是入门的东西，远远达不到高手的水平，学了四年化学，基本上不理解化学。遇到问题还是束手无策，不知从何处下手。这不是你的问题，而是大学教育体制的问题，在大学阶段应该打下坚实的基本功，然后才能专，而我们的大学在这方面还做的远远不够。下面我推荐几本有机合成方面的书籍希望能够达到上述的目的： 有机化学反应的理解掌握方面的书籍： 1.march’s advanced organic chemistry.2.carey, f.a.;sundberg, r.j.: advanced organic chemistry.3.michael b.smith: organic synthesis.5.黄宪：新编有机合成化学 6.李长轩：有机合成设计

前三本书是从机理方面来讨论有机合成的，4、5两本书是从官能团转变的角度讨论有机合成的，第6本书是讨论有机合成路线设计的。以上几本书应该随时放在自己的身边，作为案头书。认真精读，达到记忆理解，把反应分类记忆理解，这时你可能感觉很枯燥乏味，不要紧，经过一段时间的合成研究再回过头来阅读，就会感觉耳目一新，有新的理解。掌握了这几本书，可以说您已经打下了一定的有机合成基本功，这时你应该最少掌握300个反应了，但并不意味者你已经成为了有机合成高手，接下来你需要做的是将学到的有机合成知识能够灵活运用，熟练的理解化学反应在什么情况下应用。

下面推荐的几本杂志，主要是关于如何运用有机化学反应的。1.organic synthesis(80vol.)2.organic process research & development.这是美国化学会出版的一本有机合成杂志，主要讲述一些化工产品的工艺研究，书中的反应均用在大规模的制备上，对产业化的研究很有帮助，这些反应具有很强的实用性，对理解化学反

应的应用很有帮助。

经过以上知识的训练，你已经具备成为有机合成高手的潜力了，接下来需要做的就是大量的实践研究了，相信经过自己的努力和多年的实践，多次的失败，吃的苦中苦，你就成为有机合成高手了。

有机合成心得（3）－合成路线的选择 合成路线的设计与选择是有机合成中很重要的一个方面，它反映了一个有机合成人员的基本功和知识的丰富性与灵活的头脑。一般情况下，合成路线的选择与设计代表了一个人的合成水平和素质。合理的合成路线能够很快的得到目标化合物，而笨拙的合成路线虽然也能够最终得到目标化合物，但是付出的代价却是时间的浪费和合成成本的提高，因此合成路线的选择与设计是一个很关键的问题。

合成路线的选择与设计应该以得到目标化合物的目的为原则，即如果得到的目标化合物是以工业生产为目的，则选择的合成路线应该以最低的合成成本为依据，一般情况下，简短的合成路线应该反应总收率较高，因而合成成本最低，而长的合成路线总收率较低，合成成本较高，但是，在有些情况下，较长的合成路线由于每步反应都有较高的收率，且所用的试剂较便宜，因而合成成本反而较低，而较短的合成路线由于每步反应收率较低，所用试剂价格较高，合成成本反而较高。所以，如果以工业生产为目的，则合成路线的选择与设计应该以计算出的和实际结果得到的合成成本最低为原则。

如果得到的目标化合物是以发表论文为目的，则合成路线的选择与设计则有不同的原则。设计的路线应尽量具有创造性，具有新的思想，所用的试剂应该是新颖的，反应条件是创新的，这时考虑的主要问题不是合成成本的问题而合成中的创造性问题。

如果合成的是系列化合物，则设计合成路线时，应该共同的步骤越长越好，每个化合物只是在最后的合成步骤中不同，则这样的合成路线是较合理的和高效率的，可以在很短的时间内得到大量目标化合物。

每个目标化合物的合成路线一般有多步反应，为了避免杂质放大的问题，最好的解决办法是将合成路线一分为二，转化为两个中间体，最后将两个中间体通过一步反应组装起来得到目标化合物。尽量避免连续反应只在最后一步得到产物。

有机合成心得（4）－有机反应的实质 有机合成的任务是运用已知的或可能的化学反应来形成c-c键或c-杂键，从而将两个或多个分子或离子连接起来。

有机化学反应类型可分为三种：极性反应，协同反应，自由基反应，其中协同反应与自由基反应又称为非极性反应。非极性反应可以采用‘一锅法’进行，而极性反应则需分步进行。因为极性反应的条件比较苛刻（无水、惰性气体保护、强酸或强碱），而非极性反应的条件比较温和。极性反应占80％，非极性反应占20％。极性反应的实质就是分子中负电性的原子与正电性的原子的结合。所谓负电性与正电性都是指广义而言的，原子的负电性可以是负电荷，也可以是孤电子对；原子的正电性可以是正电荷也可以是空轨道。负电性与正电性的密度越大，反应活性越高，但是高密度的负电性原子通常与高密度的正电性原子结合，低密度的负电性原子与低密度的正电性原子结合。如果分子中同时存在两种相反电荷的原子则产生环合反应，如果分子中存在两种相同电荷的原子，此时与另一分子中相反电荷的原子结合时就容易产生副反应，通常密度较高电荷的原子先进行反应。

因此，在记忆化学反应时，只需分清分子中那个原子是正电性的，那个原子是负电性的就可以了。不必去记忆什么人名反应来浪费记忆力，也不必对亲核、亲电反应的类型太在意。

所以，学习化学反应时，主要的任务就是了解各种正电性的基团和负电性的基团。这些正电性的基团和负电性的基团称之为合成子。下面举例简单说明：

有机合成心得（5）－后处理的问题

在有机合成中，后处理的问题往往被大多数人所忽略，认为只要找对了合成方法，合成任务就可以事半功倍了，这话不错，正确地合成方法固然重要，但是有机合成的任务是拿到相当纯的产品，任何反应没有100％产率的，总要伴随或多或少的副反应，产生或多或少的杂质，反应完成后，面临的巨大问题就是从反应混合体系中分离出纯的产品。后处理的目的就是采用尽可能的办法来完成这一任务。

为什么对后处理的问题容易忽视呢？我们平时所看到的各种文献尤其是学术性的研究论文对这一问题往往重视不够或者很轻视，他们重视的往往是新的合成方法，合成试剂等。专利中对这一问题也是轻描淡写，因为这涉及到商业利润问题。有机教科书中对这一问体更是没有谈论到。只有参加过工业有机合成项目的人才能认识到这一问题的重要性，有时反应做的在好，后处理产生问题得不到纯的产品，企业损失往往巨大。这时才认识到有机合成不光是合成方法的问题，还涉及到许多方面的问题，那一方面的问题考虑不周，都有可能前功尽弃。

后处理问题从哪里可以学到？除了向有经验的科研人员多多请教外，自己也应处处留心，虽说各种文献中涉及较少，但是还有不少论文是涉及到的，这就要求自己多思考，多整理，举一反三。另外，在科研工作中，应注意吸取经验，多多磨练。

完成后处理问题的基本知识还是有机化合物的物理和化学性质，后处理就是这些性质的具体应用。当然，首先要把反应做的很好，尽量减少副反应的发生，这样可以减轻后处理的压力。因此，后处理还是考验一个人的基本功问题，只有化学学好了才有可能出色的完成后处理任务。后处理根据反应的目的有不同的解决办法，如果在实验室中，只是为了发表论文，得到纯化合物的目的就是为了作各种光谱，那么问题就简单了，得到纯化合物的方法不外就是走柱子，tlc，制备色谱等方法，不用考虑太多的问题，而且得到的化合物还比较纯；如果是为了工业生产的目的，则问题就复杂了，尽量用简便、成本低的方法，实验室中的那一套就不行了，如果您还是采用实验室中的方法则企业就亏损了。下面只简单的介绍一些工业中的方法。后处理过程的优劣检验标准是：（1）产品是否最大限度的回收了，并保证质量；（2）原料、中间体、溶剂及有价值的副产物是否最大限度的得到了回收利用；（3）后处理步骤，无论是工艺还是设备，是否足够简化；（4）三废量是否达到最小。后处理的几个常用而实用的方法：（1）有机酸碱性化合物的分离提纯

具有酸碱性基团的有机化合物，可以得失质子形成离子化合物，而离子化合物与原来的母体化合物具有不同的物理化学性质。碱性化合物用有机酸或无机酸处理得到胺盐，酸性化合物用有机碱或无机碱处理得到钠盐或有机盐。根据有机化合物酸碱性的强弱，有机、无计酸碱一般为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、磷酸。碱为三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠等。在一般情况下，离子化合物在水中具有相当大的溶解性，而在有机溶剂中溶解度很小，同时活性碳只能够吸附非离子型的杂质和色素。利用以上的这些性质可对酸碱性有机化合物进行提纯。以上性质对所有酸碱性化合物并不通用，一般情况下，分子中酸碱性基团分子量所占整个分子的分子量比例越大，则离子化合物的水溶性就越大，分子中含有的水溶性基团例如羟基越多，则水溶性越大，因此，以上性质适用于小分子的酸碱化合物。对于大分子的化合物，则水溶性就明显降低。酸碱性基团包括氨基。酸性基团包括：酰氨基、羧基、酚羟基、磺酰氨基、硫酚基、1，3－二

羰基化合物等等。值得注意的是，氨基化合物一般为碱性基团，但是在连有强吸电子基团时就变为酸性化合物，例如酰氨基和磺酰氨基化合物，这类化合物在氢氧化钠、氢氧化钾等碱作用下就容易失去质子而形成钠盐。

中合吸附法：

将酸碱性化合物转变为离子化合物，使其溶于水，用活性碳吸附杂质后过滤，则除去了不含酸碱性基团的杂质和机械杂质，再加酸碱中合回母体分子状态，这是回收和提纯酸碱性产品的方法。由于活性碳不吸附离子，故有活性碳吸附造成的产品损失忽劣不计。

中和萃取法：

是工业过程和实验室中常见的方法，它利用酸碱性有机化合物生成离子时溶于水而母体分子状态溶于有机溶剂的特点，通过加入酸碱使母体化合物生成离子溶于水实现相的转移而用非水溶性的有机溶剂萃取非酸碱性杂质，使其溶于有机溶剂从而实现杂质与产物分离的方法。成盐法：

对于非水溶性的大分子有机离子化合物，可使有机酸碱性化合物在有机溶剂中成盐析出结晶来，而非成盐的杂质依然留在有机溶剂中，从而实现有机酸碱性化合物与非酸碱性杂质分离，酸碱性有机杂质的分离可通过将析出的结晶再重结晶，从而将酸碱性有机杂质分离。对于大分子的有机酸碱化合物的盐此时还可以采用水洗涤除去小分子的酸碱化合物已经成盐且具有水溶性的杂质。对于水溶性的有机离子化合物，可在水中成盐后，将水用共沸蒸馏或直接蒸馏除去，残余物用有机溶剂充分洗涤几次，从而将杂质与产品分离。

以上三种方法并不是孤立的，可根据化合物的性质和产品质量标准的要求，采用相结合的方法，尽量得到相当纯度的产品。（2）几种特殊的有机萃取溶剂

正丁醇：大多数的小分子醇是水溶性的，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇等。大多数的高分子量醇是非水溶性的，而是亲脂性的能够溶于有机溶剂。但是中间的醇类溶剂例如正丁醇是一个很好的有机萃取溶剂。正丁醇本身不溶于水，同时又具有小分子醇和大分子醇的共同特点。它能够溶解一些能够用小分子醇溶解的极性化合物，而同时又不溶于水。利用这个性质可以采用正丁醇从水溶液中萃取极性的反应产物。

丁酮：性质介于小分子酮和大分子酮之间。不像丙酮能够溶于水，丁酮不溶于水，可用来从水中萃取产物。

乙酸丁酯：性质介于小分子和大分子酯之间，在水中的溶解度极小，不像乙酸乙酯在水中有一定的溶解度，可从水中萃取有机化合物，尤其是氨基酸的化合物，因此在抗生素工业中常用来萃取头孢、青霉素等大分子含氨基酸的化合物。

异丙醚与特丁基叔丁基醚：性质介于小分子和大分子醚之间，两者的极性相对较小，类似于正己烷和石油醚，二者在水中的溶解度较小。可用于极性非常小的分子的结晶溶剂和萃取溶剂。也可用于极性较大的化合物的结晶和萃取溶剂。

（3）做完反应后，应该首先采用萃取的方法，首先除去一部分杂质，这是利用杂质与产物在不同溶剂中的溶解度不同的性质。

（4）稀酸的水溶液洗去一部分碱性杂质。例如，反应物为碱性，而产物为中性，可用稀酸洗去碱性反应物。例如胺基化合物的酰化反应。（5）稀碱的水溶液洗去一部分酸性杂质。反应物为酸性，而产物为中性，可用稀碱洗去酸性反应物。例如羧基化合物的酯化反应。

（6）用水洗去一部分水溶性杂质。例如，低级醇的酯化反应，可用水洗去水溶性的反应物醇。

（7）如果产物要从水中结晶出来，且在水溶液中的溶解度又较大，可尝试加入氯化钠、氯化铵

等无机盐，降低产物在水溶液中的溶解度－盐析的方法。

（8）有时可用两种不互溶的有机溶剂作为萃取剂，例如反应在氯仿中进行，可用石油醚或正己烷作为萃取剂来除去一部分极性小的杂质，反过来可用氯仿萃取来除去极性大的杂质。

（9）两种互溶的溶剂有时加入另外一种物质可变的互不相容，例如，在水作溶剂的情况下，反应完毕后，可往体系中加入无机盐氯化钠，氯化钾使水饱和，此时加入丙酮，乙醇，乙腈等溶剂可将产物从水中提取出来。

（10）结晶与重结晶的方法

基本原理是利用相似相容原理。即极性强的化合物用极性溶剂重结晶，极性弱的化合物用非极性溶剂重结晶。对于较难结晶的化合物，例如油状物、胶状物等有时采用混合溶剂的方法，但是混合溶剂的搭配很有学问，有时只能根据经验。一般采用极性溶剂与非极性溶剂搭配，搭配的原则一般根据产物与杂质的极性大小来选择极性溶剂与非极性溶剂的比例。若产物极性较大，杂质极性较小则溶剂中极性溶剂的比例大于非极性溶剂的比例；若产物极性较小，杂质极性较大，则溶剂中非极性溶剂的比例大于极性溶剂的比例。较常用的搭配有：醇－石油醚，丙酮－石油醚，醇－正己烷，丙酮－正己烷等。但是如果产物很不纯或者杂质与产物的性质及其相近，得到纯化合物的代价就是多次的重结晶，有时经多次也提不纯。这时一般较难除去的杂质肯定与产物的性质与极性及其相近。除去杂质只能从反应上去考虑了。

（11）水蒸气蒸馏、减压蒸馏与精馏的方法

这是提纯低熔点化合物的常用方法。一般情况下，减压蒸馏的回收率相应较低，这是因为随着产品的不断蒸出，产品的浓度逐渐降低，要保证产品的饱和蒸汽压等于外压，必须不断提高温度，以增加产品的饱和蒸汽压，显然，温度不可能无限提高，即产品的饱和蒸汽压不可能为零，也即产品不可能蒸净，必有一定量的产品留在蒸馏设备内被设备内的难挥发组分溶解，大量的斧残既是证明。

水蒸气蒸馏对可挥发的低熔点有机化合物来说，有接近定量的回收率。这是因为在水蒸气蒸馏时，斧内所有组分加上水的饱和蒸汽压之和等于外压，由于大量水的存在，其在100℃时饱和蒸汽压已经达到外压，故在100℃以下时，产品可随水蒸气全部蒸出，回收率接近完全。对于有焦油的物系来说，水蒸气蒸馏尤其适用。因为焦油对产品回收有两个负面影响：一是受平衡关系影响，焦油能够溶解一部分产品使其不能蒸出来；二是由于焦油的高沸点使蒸馏时斧温过高从而使产品继续分解。，水蒸气蒸馏能够接近定量的从焦油中回收产品，又在蒸馏过程中避免了产品过热聚合，收率较减压蒸馏提高3－4％左右。虽然水蒸气蒸馏能提高易挥发组分的回收率，但是，水蒸气蒸馏难于解决产物提纯问题，因为挥发性的杂质随同产品一同被蒸出来，此时配以精馏的方法，则不但保障了产品的回收率，也保证了产品质量。应该注意，水蒸气蒸馏只是共沸蒸馏的一个特例，当采用其它溶剂时也可。共沸蒸馏不仅适用于产品分离过程，也适用于反应物系的脱水、溶剂的脱水、产品的脱水等。它比分子筛、无机盐脱水工艺具有设备简单、操作容易、不消耗其它原材料等优点。例如：在生产氨噻肟酸时，由于分子中存在几个极性的基团氨基、羧基等，它们能够和水、醇等分子形成氢键，使氨噻肟酸中存在大量的游离及氢键的水，如采用一般的真空干燥等干燥方法，不仅费时，也容易造成产物的分解，这时可采用共沸蒸馏的方法将水分子除去，具体的操作为将氨噻肟酸与甲醇在回流下搅拌几小时，可将水分子除去，而得到无水氨噻肟酸。又比如，当分子中存在游离的或氢键的甲醇时，可用另外一种溶剂，例如正己烷、石油醚等等，进行回流，可除去甲醇。可见共沸蒸馏在有机合成的分离过程中占有重要的地位。（12）超分子的方法，利用分子的识别性来提纯产物。（13）脱色的方法 一般采用活性炭、硅胶、氧化铝等。活性炭吸附非极性的化合物与小分子的化合物，硅胶与氧化铝吸附极性强的与大分子的化合物，例如焦油等。

第五篇：有机合成教案

有机合成教案

高雪梅

【教学目标】

1．掌握各类有机物的性质、反应类型及相互转化。2．了解有机合成过程，把握有机合成遵循的基本原则。3．初步学会设计合理的有机合成路线。【教学重点】

1、复习各类有机物的性质、反应类型、相互转化关系，构建知识网

2、初步学会设计合理的有机合成路线 【教学难点】

逆向合成的思维方法 【教学方法】

创设情境

探究讨论

归纳小结

演绎推理 【教学过程】

【课程导入】合成材料的出现，使人类摆脱了只能依靠天然材料的历史，通过本节课的学习，同 学们可以了解有机合成的一般方法和有机合成路线的设计程序，进一步掌握烃的衍生物之 间的转化关系，深化“结构决定性质”的理论。【新课】：第四节 有机合成

一、有机合成的过程

1、有机合成定义；有机合成是利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。

2、有机合成的任务；包括目标化合物分子骨架构建和官能团的转化。

3、有机合成的思路：就是通过有机反应构建目标分子的骨架，并引入或转化所需的官能团。

4、有机合成的关键—碳骨架的构建。

二、碳链骨架的构建

1、增长：有机合成题中碳链的增长，一般会以信息形式给出，常见方式为有机物与HCN的反应以及不饱和化合物间的加成、聚合等。

2、变短：如烃的劣化裂解，某些烃（如笨同系物、烯烃）的氧化、羧酸盐脱羧反应等。

3、成环：通过形成酯基成环、肽键成环、醚键成环等。

三、官能团的引入

1、C=C的引入

①卤代烃的消去

②醇的消去

③炔烃与氢气 1：1 加成

2、—OH的引入

①烯烃与水的加成反应；②醛（酮）与氢气的加成反应；③卤代烃的水解反应；④酯的水解反应。

3、—X的引入

①烷烃或苯的同系物与卤素单质的取代反应；②不饱和烃与HX或X2的加成反应；③醇或酚的取代反应。

拓展1：引入-CHO，某些醇氧化,烯氧化,炔水化 引入-COOH，醛氧化,苯的同系物被强氧化剂氧化,羧酸盐酸化,酯酸性水解 引入-COO-，酯化反应

拓展2：有机化学反应类型有取代反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应以及 加聚反应

四、有机合成遵循的原则

1、起始原料要廉价、易得、低毒、低污染——通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯。

2、尽量选择步骤最少的合成路线——以保证较高的产率。

3、满足“绿色化学”的要求。

4、操作简单、条件温和、能耗低、易实现。

5、尊重客观事实，按一定顺序反应。.五、有机合成的方法

1、正向合成分析法

此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物。

探究学习一：以乙烯为基础原料，无机原料可以任选，合成下列物质： CH3CH2OH、CH3COOH、CH3COOCH2CH3 探究学习二：卡托普利的合成的产率计算

2、逆合成分析法

又称逆推法，其特点是从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料（中间体），并同样找出它的前一步原料，如此继续直至到达简单的初始原料为止。探究学习三：由乙烯合成乙二酸二乙酯 【课堂练习】 【课堂小结】 【板书设计】 第四节 有机合成

一、有机合成的过程

二、碳链骨架的构建

三、官能团的引入

四、有机合成遵循的原则

五、有机合成的方法 逆向合成分析法