第四章原子经济性课件.ppt

第四章 原子经济性;;原子利用率 ;4.1原子利用率 ;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;传统方法;传统方法的缺点;使用银作为催化剂，直接合成目标分子，用氧气作为氧化剂，原子利用率达到100%。; 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;;传统方法的缺点;钛硅催化剂直接催化氧化; 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; 反应过程中使用的原料包括丙酮与氢氰酸。 H3CCOCH3 HCN;传统方法;传统方法;传统方法的缺点; 新方法使用石脑油的分解（如热解）产物丙炔和和一氧化碳;使用的催化剂为 Pd(OAc)2; 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;? 如何设计 原子经济反应;传统合成方法的缺点;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。;原子经济反应;设计新的原子经济反应如下图 E + F C;问题;几种常见反应的原子经济性 ;(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） ;甲基丙基氢氧化铵的热分解反应（霍夫曼消除反应）生成丙烯、三甲胺和水;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;;更有效的使用自然资源，延长期寿命 ;尽可能彻底地提高反应的转化率和选择性;4.3.原子经济与环境的影响 ;Environmental Factor: E因子;E因子:;不同化工及相关生产部门的E因子;废物对环境的污染与其毒害性有密切关系，而这一点在E因子中并不能体现出来。;环境商 ;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;丙烯氧化制环氧丙烷; 钛硅分子筛（TS-1）催化氧化法 ;TS-1分子筛的选择氧化反应 ;(2) 新反应加工途径提高反应的原子经济性 （? 简化合成步骤 ）;Example 1: Ibuprofen 布洛芬 ;第一步;BOOTS公司生产布洛芬方法的原子经济性;第一步;BHC公司合成布洛芬的原子经济性;Example2 : 抗帕金森森药物Lazbemide的绿色合成; 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+H2O+CO2=NH4Cl+NaHCO3↓ 　　②2NaHCO3（加热）=Na2CO3+H2O+CO2↑ ;总反应 2NH3+H2O+CO2+2NaCl=2NH4Cl+Na2 CO3;中国绿色化学的拓荒者——冯怡生;感动中国组委会授予闵恩泽的颁奖词： 在国家需要的时候，他站出来！燃烧自己???照亮能源产业。把创新当成快乐，让混沌变得清澈，他为中国制造了催化剂。点石成金，引领变化，永不失活，他就是中国科学的催化剂！ ;原子经济反应的发展与未来;思考题; 2、为什么说化学是一门中心的、实用的、创造性的学科？ 3、人类目前面临的主要环境问题有哪些？造成这些困境的原因是什么？ 4、在人类面临的健康问题面前，化学有何作为？ 5、可持续发展观的主要观点是什么，它与传统的发展观有何差异？ ;6