化学产品设计 第三讲 方案.ppt

化工产品设计 第三讲 主要内容 3.2 从化学途径获取方案 3.3 方案的整理 3.4 方案的筛选 3.5 结论与第二关 3.2 从化学途径获取方案 在多数情况下，从不同人群获取的原始方案当中，总会有满足用户需求的产品方案； 当我们并不清楚我们想要生产的化合物究竟是什么的时候，从不同的人群中并不能得到有效的方案。如抗癌药物、超级细菌抗体等。 此时，我们可以从化学途径获取可能方案： 天然产品筛选、随机分子组装以及组合化学 天然产品筛选充分利用自然界存在的丰富的活性化合物种类。植物、动物、真菌、地衣、海洋生物以及微生物当中都蕴藏着大量的可能用来满足我们需要的新化合物。 随机分子组装中先使分子碎片在等离子体氛围中反应，然后从产生的焦油中寻找具有活性(比如医药活性)的新化合物。 组合化学则利用机器人自动从上千种乃至百万种化合物中进行初步筛选。 天然产品筛选 在过去的100年中，这是获得大分子量复杂化合物的主要途径。 药物：阿司匹林、鸦片、奎宁、可卡因、咖啡因、喜树碱 仿生材料：防弹衣 从天然产品制备活性化合物的方法有如下3种： 如果活性成分很昂贵或者无法人工合成，就需要直接从生物体中分离获取； 先从天然产品中提取出前体，然后在此基础上进一步合成出更加复杂的分子； 首先将天然产品中的活性成分定性，然后以其为模板用化学方法合成出具有同样结构或者相似结构的化学产品.如利血平 随机分子组装 如果我们对希望制取的化合物的分子类型有模糊的设想，而不确切知道其化学结构，则可以采用随机分子组装的方法寻找活性物质。 例如，我们可能希望制备带有某些新取代基团的改性青霉素 可以简单地使用现有的青霉素和可能含有取代核心的化合物。 把所有这些物质溶解成相对均匀的溶液，然后，将该溶液样品注入等离子体反应器中。 等离子火焰是由高浓度自由基组成的离子化气体。 大量的自由基引发大量的化学反应，在某些条件下可以生成黑色的粘稠焦油 该焦油中含有由原料分子中所包含的碎片经过随机组合而成的新化合物，有可能得到所需的活性物质。 组合化学 通常情况下我们知道想要解决的化学问题， 比如寻找进攻某蛋白质的药物、加速某反应的催化剂或者针对某微生物的毒剂，但是我们却不知道该怎样解决这些问题。 组合化学的核心思想是确定出所有可能的活性组分或者分子碎片， 以所有可能的组合方式让他们组合， 然后对所有的组合进行测试 例3.2-1燃料电池催化剂 问题：优化甲醇燃料电池中催化剂的组成； 目前的技术中使用具有高比表面积的Pt-Ru催化剂， 但会造成25％ 的能源浪费； 依据化学类比的方法， 考虑通过加入其他铂族金属(Os， Ir和Rh )作为添加剂来提高效率； 因此， 问题便成为如何快速有效地测定具有不同组分以及含量的催化剂。 解决方案： Mihawk及其合作者们首先对现有的喷墨打印机进行了改造，使之能够喷出混合金属盐的小点 然后制出了一个有645个基元点阵的电极。这些基元点阵包括5个由纯元素组成的基元点， 80个由2种元素组成的基元点， 28 0个由3种元素组成的基元点和2 8 0 个由4种元素组成的基元点 这些小点处的盐经过干燥和还原处理后变为金属 为了测试每一种组合，Mihawk及其合作者们使用了一种荧光分子，该分子在酸性环境下能够发光，而在碱性环境下不发光，催化活性最高的基元点处发出的荧光最强。 结果发现Pt(44)／Rh(41)／Os(10)／Ir(5)这一四元合金是效率最高的催化剂. 它比现用的二元催化剂的效率高出许多，尽管它的表面积只是后者的一半。 通过实验还得到了其他的三元和四元替代品。 3.3 方案的整理 首先列出所有方案的清单 剔除重复的或显然与目标毫无关联的方案 对这些方案进行归类，其中的难点是如何确定类别。 例3.3-1可用于湿金属的粘合剂 某产品开发团队想要开发一组能够附着于湿金属表面的粘合剂。该种粘合剂在汽车行业有应用前景。 该团队提出了如表3.3-1所列出的各种方案。试将这些方案合理地分类整理 ( 1 ) 用布将金属表面擦干( F ) (2)改变金属的成分 (3)改用新的粘合剂(V) (4)让粘合剂能够吸水 (5)使用能够粘附到船上的植物(V) (6)使用天然橡胶 (7)使金属带上静电 ( 8 )在现有的粘合剂中加入磁铁(R一7 ) (9)使用超强力胶(比如氰基丙烯酸酯)(V) (10)换用其他树脂(V) (11)让树脂带上亲水基因 (12)用沸石处理金属表面 (13)使用涂锌底层 (14)喷涂硅树脂涂层 (15)用氯丁二烯酚醛树脂作为粘合剂(R-59) (16)发明能与水反应的粘合剂 (17)用硅溶胶进行表面处理(F) (18)选用有范德华力的材料 (19)尝试离子键粘接(F) (20)在粘合剂基体中加