第四章原子经济性.ppt

原子利用率 化学反应的原子经济性 原子经济与环境的影响 提高化学反应原子经济性的途径 4.1原子利用率 这个概念是用来量化合成一定量目标产品时所产生废物的量。 原子利用率为100％化学反应的两个主要特征： 反应物得到充分利用，资源以最经济的形式得到使用 废物被减少到最少 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 Example 1 制备环氧乙烷 传统方法的缺点 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。 高的原子经济性 (100%) 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 Example 2 制备环氧丙烷 传统方法的缺点 1. 原子利用率仅为31%, 也即, 每生产1kg产品将产生2kg废弃物。 2. 所用的反应物 Cl2 是有害的, 会腐蚀反应设备并对人造成伤害，因此需要设计特殊的设备并采取严格的保护措施。 3. 得到产物必须进行分离与纯化。 原子利用率很高 (76 %) 反应的副产物为水对环境没有影响. 过氧化氢相比氯气要更安全 问题? Example 3 制备丙烯酸甲酯 传统方法 传统方法的缺点 1. 原子利用率仅为 46%, 也即, 每生产1kg产品将产生 1kg的废弃物。 2. 使用的原料氢氰酸是有害的, 会腐蚀设备并对人员造成伤害，因此因此需要设计特殊的设备并采取严格的保护措施。 3.得到产物必须进行分离与纯化。 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 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 原子经济反应 E + F 问题 有机反应的类型: 哪种反应符合原子经济性？ 几种常见反应的原子经济性 (1)重排反应 （原子经济性反应） A → B (2) 加成反应 （原子经济反应） A + B → C 丙烯的催化加氢反应 CH2=CH2+H2O ----CH3CH2OH? CH2=CH2+HBr ----CH3CH2Br (3) 取代反应 (非原子经济性） A-B+C-D → A-C+B-D 丙酸乙酯与甲胺的取代反应生成丙酰甲胺和乙醇 (4) 消除或降解反应（非原子经济性反应） 反应中保护基团的使用也是影响原子经济的一个重要因素 评价绿色反应时考虑的因素： ???副产物的是否有毒有害？ ???反应所需能量是多少？是否需要过多的能量来完成反应？ ???合成时是否需要溶剂或其它辅助原料来分离提纯产物？ ???反应是化学选择性、区域选择性、立体选择性还是非立体选择性的？ Example 合成卤代烃 面对自然资源枯竭问题 尽可能彻底地提高反应的转化率和选择性 原子经济对于反应不产生废弃物是必要的，但这还不够。 低平衡转化 平行反应 4.3.原子经济与环境的影响 不同化工及相关生产部门的E因子 工业部门 产量/吨 E 煤油 106 ~ 108 ~ 0.1 基本化工 104 ~10 6 1 ~ 5 精细化工 102 ~ 1 04 5 ~ 50 制药 10 ~ 103 25 ~ 100 环境商 E-----E因子 Q-----根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度 4.4 提高化学反应原子经济性的途径 ? 提高化学反应原子经济性的途径 (1) 开发新型催化材料提高反应的原子经济性 钛硅分子筛（TS-1）催化氧化法 (2) 新反应加工途径提高反应的原子经济性 （? 简化合成步骤 ） 提倡和实施原子经济化 的先驱——侯得榜先生 侯氏制碱法又名联合制碱法 　　（1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 　　（2）NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓ 　　（3）2NaHCO3（加热）=Na2CO3+H2O+CO2↑ 即： ①NaCl(饱和)+NH3+H