精細(xì)有機(jī)合成及工藝

1、課程性質(zhì)：本課程是生物與化學(xué)工程系應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)必修課。2、教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品的（分類、特性、工藝學(xué)基礎(chǔ)）基本內(nèi)容、技術(shù)范疇重要系列產(chǎn)品的合成的基本原理、工藝過(guò)程、產(chǎn)品性能及應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)有個(gè)比較全面的了解和把握，通過(guò)學(xué)習(xí)典型產(chǎn)品的合成、生產(chǎn)、應(yīng)用，學(xué)會(huì)靈活應(yīng)用各種基本原理、基本技能，為以后從事科研、生產(chǎn)、開發(fā)及應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。精細(xì)有機(jī)合成及工藝3、教學(xué)要求是：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生:(1):了解精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品的分類、品種、性能、應(yīng)用及生產(chǎn)特點(diǎn)。(2):掌握精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品工藝學(xué)基礎(chǔ)及技術(shù)開發(fā)、掌握表面活性劑、藥物中間體、農(nóng)藥、合成材料助劑等精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品的合成原理、合成方法、合成技術(shù)及其生產(chǎn)工藝過(guò)程。(3):具有能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品的科研、生產(chǎn)、開發(fā)、應(yīng)用等技能。精細(xì)有機(jī)合成及工藝4、教材及參考書：本課程擬采用大連理工大學(xué)出版社出版的、由程侶伯主編的《精細(xì)化工產(chǎn)品的合成及應(yīng)用》（第四版）作為本課程的主教材。

（1）、《精細(xì)化工工藝學(xué)》.宋啟煌主編，北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，2003年第二版。（2）、《精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)及工藝》.蔣登高、章亞?wèn)|、周彩英主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001年。（3）、《精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)及工藝》.唐培堃主編，天津大學(xué)出版社，1996年。（4）、《精細(xì)化工工藝學(xué)》.陸辟疆、李春燕主編，北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，1995年。（5）、《抗生素工藝學(xué)》.鄔行彥、熊宗貴、胡章助主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989年。（6）、《抗生素》.顧覺(jué)奮主編，上海：上海科技出版社，2001.9第一章緒論目的要求:掌握精細(xì)化工產(chǎn)品的特點(diǎn)、分類。了解其發(fā)展趨勢(shì)。主要內(nèi)容有：第一節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品概述第二節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的特點(diǎn)第三節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的分類第四節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品概述

精細(xì)化工產(chǎn)品的定義:

是指那些具有特定的應(yīng)用性能、合成工藝步驟繁多、反應(yīng)復(fù)雜、產(chǎn)量小而產(chǎn)值高的產(chǎn)品。

精細(xì)化工產(chǎn)品是與通用化工產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)的化工產(chǎn)品。

1974年美國(guó)克蘭(C.H.Kline)博士提出從商品學(xué)的“質(zhì)”和“量”的角度對(duì)化工產(chǎn)品進(jìn)行分類。從“質(zhì)”的角度即從產(chǎn)品在特性上與其它產(chǎn)品有無(wú)差別性而分為：

差別性產(chǎn)品(DifferentiatedProducts)和

非差別性產(chǎn)品(UndifferentiatedProducts)兩類。從“量”的角度區(qū)分則分為：通用化學(xué)品(CommodityChemicals)

和精細(xì)化工產(chǎn)品（FineChemicals）即從它們的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用等三個(gè)方面來(lái)考慮。

通常人們所講的精細(xì)化學(xué)品往往包含專用化學(xué)品，國(guó)外對(duì)此兩詞通用。所謂精細(xì)化學(xué)品，一般是指批量小，純度和質(zhì)量要求高，利潤(rùn)（附加值）高的產(chǎn)品。第二節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的特點(diǎn)1、具有特定功能：應(yīng)用對(duì)象比較狹窄，專用性強(qiáng)而通用性弱，用量小而效益高。比如：表面活性劑、橡膠助劑、食品添加劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、粘合劑、試劑高純物、催化劑、酶制劑、感光材料、功能高分子材料等眾多領(lǐng)域的產(chǎn)品，其功能獨(dú)特，不可亂用互用，用錯(cuò)后有時(shí)后果不堪設(shè)想。如醫(yī)藥與農(nóng)藥、橡膠塑料助劑與食品添加劑，用錯(cuò)后會(huì)危及人類的生命安全。但用量小效益高。如味精、助劑、表面活性劑、粘合劑等。第二節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的特點(diǎn)4、技術(shù)密集：研究開發(fā)費(fèi)用較高、產(chǎn)品更新?lián)Q代快，市場(chǎng)壽命短、技術(shù)專利性強(qiáng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。工藝流程長(zhǎng)、單元反應(yīng)多、原料復(fù)雜、過(guò)程要求嚴(yán)格。情報(bào)密集、信息快、技術(shù)保密性強(qiáng)、壟斷性強(qiáng)。如知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等。5、附加值高（投資少、附加值高、利潤(rùn)大）：是指當(dāng)產(chǎn)品從原料開始經(jīng)加工到產(chǎn)品的過(guò)程中，實(shí)際增加的價(jià)值。包括：利潤(rùn)、工人工資、動(dòng)力消耗以及技術(shù)開發(fā)等費(fèi)用。第三節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的分類1、精細(xì)化工產(chǎn)品的分類方法：（1）按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：（2）按應(yīng)用功能分類：主要的分類方法。而每一類中又按其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同分為許多類別。1974年美國(guó)克蘭(C.H.Kline)博士提出從商品學(xué)的“質(zhì)”和“量”的角度對(duì)化工產(chǎn)品進(jìn)行分類。從“質(zhì)”的角度即從產(chǎn)品在特性上與其它企業(yè)有無(wú)差別性而分為差別性產(chǎn)品(DifferentiatedProducts)和非差別性產(chǎn)品(UndifferentiatedProducts)兩類。從“量”的角度區(qū)分則分為通用化學(xué)品(CommodityChemicals)和精細(xì)化工產(chǎn)品。（FineChemicals）即

第四節(jié)、精細(xì)化工產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)1、精細(xì)化工產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)：從整個(gè)世界范圍而言，精細(xì)化工產(chǎn)品是處于不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，大約每年增長(zhǎng)6-8%。特別是發(fā)展中國(guó)家，發(fā)展速度更快。2、造成這種趨勢(shì)的原因：（1）社會(huì)生產(chǎn)力和生活水平提高的需要。（2）石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的變化。石油化工的技術(shù)革命，為整個(gè)化工行業(yè)提供大量的多種化學(xué)品及中間體原料，也為精細(xì)化工的發(fā)展創(chuàng)造了有力條件。特別是上個(gè)世紀(jì)兩次世界性的石油危機(jī)。迫使貧油的工業(yè)國(guó)家改變化工產(chǎn)品生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，以化學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)資源上的弱勢(shì)，發(fā)展研究精細(xì)化工產(chǎn)品。第一章緒論思考題1、什么是精細(xì)化工產(chǎn)品？2、精細(xì)化工產(chǎn)品的特點(diǎn)有那些？3、我國(guó)化工部對(duì)精細(xì)化工產(chǎn)品共分幾類？它們是什么？第一節(jié)、精細(xì)化工的生產(chǎn)特點(diǎn)1、多品種、小批量、專用品種、定制品種愈來(lái)愈多。2、多種多樣的生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)過(guò)程。3、技術(shù)高度密集。4、商品性強(qiáng)。一、概述：

1、精細(xì)化工工藝學(xué)研究的主要內(nèi)容：（1）、對(duì)某一具體產(chǎn)品：主要是選擇和確定在技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上最合理的合成路線和工藝路線。（2）、對(duì)某一單元反應(yīng)：主要是確定最佳工藝條件、合成技術(shù)和完成反應(yīng)的方法，以得到高質(zhì)、高產(chǎn)的產(chǎn)品以及了解該產(chǎn)品的主要應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向。第二節(jié)、精細(xì)化工工藝學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)、精細(xì)化工工藝學(xué)基礎(chǔ)A、合成路線：

主要指的是選用什么原料，經(jīng)由那幾步單元反應(yīng)來(lái)制備目的產(chǎn)品。B、工藝路線：

主要指的是對(duì)原料的預(yù)處理和生成物的后處理應(yīng)采取的哪些化工過(guò)程。采用什么設(shè)備和什么生產(chǎn)流程等。C、反應(yīng)條件：

主要指的是反應(yīng)物的分子比，主要反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率（反應(yīng)深度）、反應(yīng)物的濃度、反應(yīng)過(guò)程的溫度、時(shí)間、壓力和反應(yīng)劑、輔助反應(yīng)劑、催化劑和溶劑的使用和選擇等。D、合成技術(shù)：主要指的是非均相接觸催化、相轉(zhuǎn)移催化、均相絡(luò)合催化、光有機(jī)合成和電解有機(jī)合成以及酶催化等。E、完成反應(yīng)的方法：主要指的是間隙操作或連續(xù)操作的選擇，反應(yīng)器的選擇和設(shè)計(jì)等。（4）、閃點(diǎn)、爆炸極限和必要的安全措施。（5）、物料的毒性，對(duì)人體的危害性，在空氣中的允許的濃度，必要的防護(hù)措施以及中毒的急救措施。（6）、物料的商品規(guī)格，各種雜質(zhì)和添加劑的允許含量，價(jià)格、供應(yīng)來(lái)源，包裝和儲(chǔ)運(yùn)要求等。（7）、產(chǎn)品分析、測(cè)試和檢驗(yàn)、環(huán)境保護(hù)、“三廢”治理等相關(guān)內(nèi)容。-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃半乳糖二、化學(xué)計(jì)量學(xué)1、各反應(yīng)物間的質(zhì)量比（摩爾比）。2、限制反應(yīng)物和過(guò)量反應(yīng)物。3、過(guò)量百分?jǐn)?shù)：過(guò)量反應(yīng)物超過(guò)限制反應(yīng)物所需理論量部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)叫做過(guò)量百分?jǐn)?shù)。過(guò)量百分?jǐn)?shù)=(Ne-Nt)/Nt*100%4、轉(zhuǎn)化率（以x表示）：某一反應(yīng)物A反應(yīng)掉的量NAR占其向反應(yīng)器中輸入量NAin的百分?jǐn)?shù)，叫做A的轉(zhuǎn)化率:XA=NAR/NAin*100%=(NAin-NAout)/NAin*100%第二節(jié)、精細(xì)化工工藝學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)、精細(xì)化工工藝學(xué)基礎(chǔ)5、選擇性（以S表示）：指某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物其理論消耗的摩爾數(shù)占該反應(yīng)物在反應(yīng)中實(shí)際消耗掉的總摩爾數(shù)Nt的百分?jǐn)?shù)：如aA+bB→pP+qQS=a/p*Np/(NAin-NAout)Np為目標(biāo)產(chǎn)物的摩爾數(shù)6、理論收率（以y表示）：指生成目的的產(chǎn)物的摩爾數(shù)占輸入的反應(yīng)物摩爾數(shù)的百分?jǐn)?shù)：y=a/pNp/NAin*100%7、重量收率（以Yw表示）：用來(lái)計(jì)算某一反應(yīng)步驟的收率：Yw=所得的產(chǎn)物的重量/某輸入反應(yīng)物的重量*100%8、原料消耗定額：指每生產(chǎn)1噸產(chǎn)品需消耗多少噸（或公斤）各種原料。對(duì)主反應(yīng)物而言實(shí)際上是其重量收率的倒數(shù)。9、單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率：三、配方研究的重要性很少有一種單一的化學(xué)品能完全符合某一項(xiàng)特定的最終用途；必須加入各種不同的化學(xué)品才能最終應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)各生產(chǎn)部門。如由水楊酸制成阿司匹林要復(fù)配成復(fù)方阿司匹林；洗滌精它是由各種表面活性劑及助劑配合而成。四、精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)核算1、成本：固定成本、可變成本。2、價(jià)格：與國(guó)家政策法規(guī)、市場(chǎng)供應(yīng)、新品種、是否壟斷技術(shù)等帶來(lái)的高利潤(rùn)。第二節(jié)、精細(xì)化工工藝學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)精細(xì)化工過(guò)程開發(fā)的

一般步驟

一般而言，精細(xì)化工過(guò)程的開發(fā)。系指從一個(gè)新的技術(shù)思想的提出通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)；中間試驗(yàn)到實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)取得經(jīng)濟(jì)實(shí)效并形成一整套技術(shù)資料這一全過(guò)程。綜合而言，新的化工過(guò)程開發(fā)可分為三個(gè)階段：1、實(shí)驗(yàn)室研究階段：2、中間實(shí)驗(yàn)階段：3、工業(yè)化（生產(chǎn)）階段：第三節(jié)精細(xì)化工過(guò)程開發(fā)的

一般步驟

1、實(shí)驗(yàn)室研究階段：它包括根據(jù)物理的、化學(xué)的基本理論或從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的啟發(fā)與推演、或從科技情報(bào)資料的分析等出發(fā)，提出一個(gè)新的技術(shù)思路，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探索，明確過(guò)程的可能性與合理性，測(cè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，摸索工藝條件等。這一步是帶有戰(zhàn)略性的。它要求研究人員要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和技巧，又要求其思想敏銳與視野開闊，善于去偽存真把握過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律，從而作出正確的判斷。第三節(jié)精細(xì)化工過(guò)程開發(fā)的

一般步驟2、中間實(shí)驗(yàn)階段：由于過(guò)程的極端復(fù)雜性，往往不能把實(shí)驗(yàn)室的研究成果直接用生產(chǎn)中，而必須經(jīng)過(guò)中間規(guī)模的考察（有時(shí)還要輔以大型冷模試驗(yàn)）。這一步是從實(shí)驗(yàn)室過(guò)度到生產(chǎn)的關(guān)鍵階段。在此階段中，化學(xué)工程知識(shí)和手段是十分重要的。中試的時(shí)間對(duì)一個(gè)過(guò)程的開發(fā)周期往往具有決定性的影響。中試要求研究人員具有豐富的工程知識(shí)，掌握先進(jìn)的測(cè)試手段，并能取得提供工業(yè)生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)足夠的工程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理從而修正為放大設(shè)計(jì)所需的數(shù)學(xué)模型。此時(shí)，對(duì)新過(guò)程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)也是中試的重要組成部分。第三節(jié)精細(xì)化工過(guò)程開發(fā)的

一般步驟3、工業(yè)化（生產(chǎn)）階段：

對(duì)于研究開發(fā)人員，其主要任務(wù)是根據(jù)前兩個(gè)階段的研究結(jié)果作出工業(yè)裝置的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，然后由工程設(shè)計(jì)部門進(jìn)行工程和施工設(shè)計(jì)。但研究人員應(yīng)在工業(yè)裝置建成后，取足必要的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以最后完善研究開發(fā)的各項(xiàng)成果，并形成一整套技術(shù)資料，作為專利推廣之用。第三節(jié)精細(xì)化工過(guò)程開發(fā)的

一般步驟由于化工過(guò)程的復(fù)雜性，就精細(xì)化工過(guò)程開發(fā)而言，不論是實(shí)驗(yàn)室研究還是中試，都要做大量的實(shí)驗(yàn)。因此對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的選擇會(huì)關(guān)系到實(shí)驗(yàn)成敗、時(shí)間長(zhǎng)短的主要因素。第四節(jié)精細(xì)化工的技術(shù)開發(fā)

精細(xì)化工過(guò)程的技術(shù)開發(fā)包括：新產(chǎn)品的開發(fā)；新設(shè)備的開發(fā)；新技術(shù)的開發(fā)；老技術(shù)、老設(shè)備的革新改造等。1、精細(xì)化工新產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)程序（步驟）：（1）、選擇研究課題；（2）、對(duì)該課題的可行性分析與論證；（3）、實(shí)驗(yàn)室研究；（4）、中間試驗(yàn)；（5）、產(chǎn)品性能、質(zhì)量檢驗(yàn)和鑒定；（1）、選擇研究課題它包括根據(jù)物理的、化學(xué)的基本理論或從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的啟發(fā)與推演、或從科技情報(bào)資料的分析等出發(fā)，提出一個(gè)新的技術(shù)思路。課題可以來(lái)源于上級(jí)部門；如國(guó)家的產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的要求、省、市級(jí)的各種機(jī)構(gòu)科研項(xiàng)目等。或來(lái)源于企業(yè)生產(chǎn)單位的技術(shù)需求；也可來(lái)源于有關(guān)科技情報(bào)等。（2）、對(duì)該課題的可行性分析與論證查找與課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，寫出文獻(xiàn)總結(jié)；從中分析比較論證。無(wú)論課題來(lái)源是什么，都必須明確課題的目的、意義，是否重復(fù)研究，在科學(xué)和技術(shù)上的合理性、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益等進(jìn)行全面的分析。這一步是帶有戰(zhàn)略性的。它要求研究人員要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和技巧，又要求其思想敏銳與視野開闊，善于去偽存真把握過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律，從而作出正確的判斷。（3）、實(shí)驗(yàn)室研究在對(duì)研究項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)的分析和論證后，便可制定研究方法，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小試探索，