精细有机合成化学第一章绪论.ppt

1,精细有机合成化学,许波 化学工程学院应用化学系,二 O 一一 年,2,本课程共计40学时，2学分上课时间：7-16全周（周一 第3,4节 康207 周四 第3,4节 康203）,3,主要内容：第一章 绪论第二章 精细有机合成基础 第三章 磺化和硫酸化 第四章 卤化第五章 硝化和亚硝化第六章 还原 第七章 氧化 第八章 重氮化和重氮盐的反应,4,第九章 烃化 第十章 酰化 第十一章 水解第十二章 缩合第十三章 精细合成中官能团保护、潜官能团和极性转换 第十四章 有机合成设计的基本知识及有关技巧,5,教材及参考书：,唐培堃.精细有机合成化学与工艺学.化学工业出版社 2006精细有机合成与设计张招贵编 化学工业出版社 2003 精细有机合成单元反应 郝素娥 强亮生编 哈尔滨工业大学出版社 2001药物合成反应闻韧编 化学工业出版社 2003,6,期末开闭卷结合考试。成绩评定：课堂情况、作业、平时测验40%，期末考试60%。,7,第一章绪论第一节 精细化学品释义、分类,8,1、精细化工及相关行业的概念 精细化工：其概念与化工产品的分类有关，它属于一类化工产品的生产过程，是指“生产精细化学品和专用化学品的工业”。,第1章 绪论1、精细化工及相关行业的概念,9,精细化学品（不同国家的释义）：日本：具有高附加值，技术密集型，设备投资少，多品种，小批量生产的化学品。中国：能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身有特定功能的小批量，高纯度和高利润的化学品。精细化学品有时也称作专用(special)化学品。,10,注：,附加值：产品的产值扣去原材料、税金、设备和厂房折旧费后剩余部分的价值。指当产品从原材料开始经加工到产品的过程中实际增加的价值，包括利润、动力消耗以及技术开发费用等。附加值 不等于 利润,11,其它有机化工产品的类别：基础有机原料、基本有机化学品、三大合成材料,第1章 绪论1、精细化工及相关行业的概念,12,基础有机原料：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、（甲苯）、二甲苯、（乙炔、萘）、合成气（CO+H2）等。,初始原料：煤、石油、天然气、生物有机质（农林副产）,第1章 绪论1、精细化工及相关行业的概念,13,基本有机化学品（有机中间体）：醇、醛、酮、酸、胺类、酚类、卤代物、硝基化合物等。“它是由初始原料或基础原料经初级加工得到的大吨位产品”。三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。,注意：原料与产品的划分不是绝对的。有的化学品从上游看是产品从下游看则是原料。划分的界限也有所不同。,第1章 绪论1、精细化工及相关行业的概念,14,产品生产过程的顺序：精细化工产品起始原料 基础有机原料 基本有机化学品 三大合成材料起始原料：石油、天然气、煤、农林产品（副产品）。,第1章 绪论1、精细化工及相关行业的概念,15,附：无差别化学品：具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式表示其结构。差别化学品：不具备上述条件。通用化学品：大量生产的无差别化学品。准通用化学品：较大量生产的差别化学品。精细化学品：小批量生产的无差别化学品。专用化学品：小量生产的差别化学品。,16,2、精细化学品的分类,精细化工与国民经济的各个领域，以及人们的日常生活密切相关，因此门类很多。由于精细化工发展的不平衡，根据各自精细化工的现状，有些国家分的细一些，有的国家粗一些。日本：1993年版化学工业统计月报和工业统计表分为35个门类。中国：1986年3月原化学工业部精细化工产品分类暂行规定将其分为11类，近年有人将其分为18类。,第1章 绪论2、精细化学品的分类,17,日本：医药、合成染料、农药、有机颜料、稳定剂、涂料、粘合剂、香料、化妆品、表面活性剂、肥皂与合成洗涤剂、印刷油墨、,第1章 绪论2、精细化学品的分类,18,增塑剂、橡胶助剂、摄影感光材料、催化剂、试剂、高分子絮凝剂、石油添加剂、食品添加剂、兽药与饲料添加剂、纸浆与纸用化学品、塑料添加剂、,第1章 绪论2、精细化学品的分类,19,金属表面处理剂、汽车用化学品、芳香除臭剂、工业用防菌防霉剂、脂肪酸、稀土、精细陶瓷、健康食品、有机电子材料、功能高分子、生物技术和酶利用等。,第1章 绪论2、精细化学品的分类,20,中国：（11类）农药、染料、涂料（含油漆和油墨）、颜料、试剂和高纯物、信息用化学品、食品和饲料添加剂、胶粘剂、催化剂和各种助剂、化工系统生产的化学药品（原料药）和日用化学品、功能高分子材料。,第1章 绪论2、精细化学品的分类,21,第二节 精细化学品与精细化工的基本特点,精细化学品的基本特点：产品功能性强（专用性）、批量小、品种多、利润率高、更新换代快。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,22,精细化学品的生产过程（精细化工产品生产过程），不同于基本化工产品的生产，它是由化学合成（包括前处理和后处理）、剂型加工（制剂）和商品化（标准化）三部分组成，在每一部分中又包含多种化学的、物理的、生理的以及经济的要求。精细化工产品的生产主要表现出以下特点：,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,23,精细化工的基本特点：（1）多品种、小批量（2）综合生产流程和多功能生产装置（3）高技术密集度（4）大量应用复配技术（5）新产品开发周期长，费用高（6）产品换代周期短，商品性强、市场竞争激烈,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,24,（1）多品种、小批量,每种精细化工产品均具有其特定功能和专用性质，生产的针对性很强，以满足社会的不同需要，因此它们不可能象基本化工产品那样大批量生产。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,25,例如，对于染料而言，不仅要求色谱齐全，能上染多种纤维，而且还要求能应用于塑料、金属等各种材料的着色，以及正在开发的其他许多功能性用途。为了满足这许多不同用途的需要，品种很多且新的品种不断涌现。仅据染料索引（Color Index）1976年第三版的统计，染料品种在5000种以上。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,26,又如原油破乳剂，由于原油种类、组成的多样性和复杂性，破乳剂的牌号也是多种多样，新的品种也在不断涌现。再如表面活性剂，由于应用对象的不同而出现了各种性能的产品，国外也已有5000多个品种投放市场。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,27,（2）综合生产流程和多功能生产装置,多数精细化工产品需要由基本原料出发，经过深度加工才能制得，因而生产流程长（有的需要十几步）、工序多。因产量小，故往往采用间歇生产。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,28,虽然精细化工产品品种繁多，但是从合成角度看，其合成单元不外乎十几个。尤其是一些同系列产品，其合成设备有很多相似之处。近年来许多生产工厂广泛采用多品种综合生产流程，设计和制作用途广、功能多的生产装置，以适应精细化工产品多品种、小批量的特点。如膜式SO3磺化装置、喷雾式乙氧基化装置。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,29,精细化工是综合性较强的技术密集型工业，不仅要考虑化学合成，还必须考虑如何使之商品化。就技术密集度而言，化学工业是高技术密集指数工业，精细化工又是化学工业中的高技术密集指数工业。据日本分析，以机械制造业的技术密集指数为100，化学工业为248，精细化工中的医药、油脂和涂料分别为340和279。,（3）高技术密集度,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,30,技术密集性主要表现在四个方面：技术综合性强，研发费用高且成功率低，生产过程复杂，应用高新技术多。技术综合性强，要求多门学科知识相互配合，并综合运用。涉及到的学科：化学、物理、生理、技术、经济等多方面技术的综合运用。,31,研发费用高 如开发一种新药一般要510年，约耗资2000万美元。据统计，医药的研究开发投资高达年销售额的14%，一般精细化工产品的研究开发投资也要占到年销售额的6%7%,32,技术密集还表现在生产过程中的工艺流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程控制要求严等各个方面。例如感光材料中的成色基，合成反应单元多达十几步，总收率有时会低于20%。在制药工业中，除采用合成原料外，有时还要采用天然原料，或用生化方法得到半人工合成中间体。在分离操作中，会用到异构体甚至是旋光异构体的分离。在过程控制和原料、产品纯化中常常使用现代分析仪器，如气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、红外（IR）、核磁共振（NMR）等。,33,再就是工艺技术含量高。例如薄膜反应和分离、喷雾反应和分离、膜反应、螺旋反应、固相反应和混合、气-固-液反应设备以及高效分离技术等。新技术包括生物工程技术，各种新型高活性、高选择性催化剂，超微粒化技术，激光技术，微波技术，超声技术和膜分离技术等在新领域精细化工中越来越应用广泛。,34,技术密集还表现在信息密集、信息快。产品要根据应用对象而设计，根据需要不断推陈出新。另一方面，大量基础研究工作所产生的新化学品也不断地需要寻找新的用途。为此有的大化学公司已经开始采用新型计算机信息处理技术对国际化学界研制的各种新化合物进行储存、分类以及功能检索，以达到快速设计和筛选的要求。上述技术密集这一特点反映在精细化工产品的生产中是技术保密性强、专利垄断性强。这几乎是各精细化工公司共同的特点。他们通过自己拥有的技术开发部得到的技术进行生产，并以此为手段在国内及国际市场上进行激烈竞争。这正是我国精细化工最薄弱的环节。,35,（精细化工产品的作用往往是）多种化学组分的综合效应：为了满足各种专门用途的需要，单一组分往往无法满足其要求，必须进行多组分复配（即通常讲的配方）。,（4）大量应用复配技术,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,36,需要加工助剂和复合多功能添加剂：有些产品要求加工成多种剂型（粉剂、粒剂、可湿剂、乳剂、液剂等），因此需要加入加工助剂；有些产品需要多种功能，因此必须加入多种试剂复配。例如，在合纤纺丝用油剂中，除润滑油以外，还必须加入表面活性剂、抗静电剂等多种其他助剂，而且还要根据高速纺和低速纺等不同的应用要求，采取不同的配方。其他如表面活性剂、油田助剂等情况也类似。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,37,增效、改性的需要：采用复配技术所推出的商品，具有增效、改性和扩大应用范围等功能，其性能往往超过组成单一的产品（即所谓协同效应）。因此，掌握复配技术是使精细化工产品具备市场竞争能力的一个极为重要的方面，但这也是我国目前精细化工发展上的一个薄弱环节。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,38,精细化工属高技术密集型行业，因此研究开发投资高、成功率低、时间长。据报道，美国和前西德的医药和农药新品种的开发成功率为万分之一，日本为一万分之一至三万分之一。合纤染料新品种的开发，成功率为六千至八千分之一。随着对药效、生物体安全性的要求越来越严，开发时间越来越长，费用越来越高。如美国，1964年，一个新农药的开发时间只需三年，270万美元；1975年需8年，1300万美元。由于精细化工产品技术开发成功率低、时间长、费用大，不言而喻，其结果必然导致技术垄断性强、销售利润率高。,（5）新产品开发周期长，费用高,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,39,精细化学品商品繁多，商品性很强，用户对商品的选择性很高，市场竞争非常激烈，因而应用技术和技术服务是组织精细化工生产的两个重要环节。国外所有精细化工企业极其重视技术开发和应用技术、技术服务这些环节间的协调，反映在人员配备比例上，技术开发、生产经营（不包括工人）和产品销售（包括技术服务）大体为2：1：3。,（6）商品性强、市场竞争激烈,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,40,国外精细化工的研究开发费用：各种技术费用占销售额810%，其中研究开发费3040%，应用开发费1520%，市场开发及技术服务费3040%，工程技术服务费1020%。可见市场开发及技术服务占了很大比例。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,41,此外，为了满足市场竞争和需求，需要经常更换和更新品种。精细化工产品的发展一般都要经过萌芽期、成长期、饱和期、衰退期四个阶段，在衰退期逐渐被新产品所取代。因此，国际上精细化工发展的总趋势就是不断开发新品种、新剂型、新配方和提高开发新品种的创新能力。,第1章 绪论 3、精细化学品与精细化工的基本特点,42,精细化工是随着有机化工的发展而发展起来的一门新型工业。而有机化工的发展与原料来源有着密切的关系。有机化工的原料非常广泛，主要包括有机可燃矿产资源和天然生物有机质，即煤、石油、天然气及农林产品以及副产品等均可作为有机化工生产的起始原料。,第三节 精细有机合成的原料来源及其发展概况,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,43,从有机化学工业诞生直至发展到今天，大致经过了100多年的历史。100多年来，有机化工经过了两次大的转变，即由农林副产品（生物有机质）向煤化工的转变和由煤化工向石油化工的转变。目前，石油化工已占据有机化工的主导地位。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,44,1、有机化工原料发展的三个阶段和两次转换,三个阶段：（1）农林化工阶段（2）煤化工的兴起与发展 阶段（3）石油化工的诞生与发展阶段,两次转换：（1）农林化工向煤化工的转换（2）煤化工向石油化工的转换,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,45,（1）农林化工阶段：这一阶段主要是以农林副产品如动物、植物、粮食及其副产物为原料生产有机化工产品。如木材干馏制甲醇（木精）、粮食发酵制酒精、油脂制肥皂与甘油等。但此种来源的有机化工产品品种有限。此外由于农林副产品特别是粮食、油脂等主要供人们食用，作为有机化工的原料其数量有限，发展规模受到限制。因此大部分产品已由煤和石油原料所取代。但也有一些品种延续至今，这多是由于这类品种或被食用，或有综合利用价值。如食用酒精、甘油、糠醛、柠檬酸等。,有机化工原料发展的三个阶段,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,46,（2）煤化工的兴起与发展阶段 煤化工主要包括三个方面：煤焦油、乙炔及合成气化工。十九世纪后半叶，钢铁工业的大发展促进了煤炭炼焦业的兴起与发展。炼焦过程副产大量煤焦油。从煤焦油中提取的芳烃、含氮、含氧及含硫有机物可制造出多种有机化学品如药物、染料等。因此，与煤焦油有关的化学工业非常活跃。煤焦油工业的发展奠定了有机化学工业的基础，对有机化学工业的发展起了极大地促进作用。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,47,1892年、加拿大人Thomas Lovel Willson发明了用焦炭和石灰石熔炼出电石。由电石可方便地得到乙炔。随着对乙炔化学利用的开发，由乙炔可以合成出许多种有机化学品，如乙醛、丙酮、醋酐、乙醇、正丁醇等，从而使电石工业迅速发展起来。此后，由于高分子材料的发展，使乙炔制丁二烯、氯乙烯、丙烯睛、丁二醇、丙烯酸等的生产技术和生产规模，达到了一个新水平。由此乙炔被称为“有机合成工业之母”。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,48,煤炭气化可以制取合成气。1880年开始的煤炭气化最初只是作为燃料（城市煤气）。1913年德国开始合成氨，2030年代开始合成甲醇，之后各国开发出了大量有机化学品。合成气是不同比例的一氧化碳和氢气的混合气。与以合成气为原料有关的化学合成称为“一碳化学”。石油危机以来，“一碳化学”研究领域异常活跃。,有机化工原料发展的三个阶段（2）,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,49,二十世纪六十年代以前，以煤为原料，通过电石乙炔、煤焦油和合成气制取有机化工产品，是有机化学工业的主体。欧洲有一套完整的煤化工体系，尤其是德国。二次大战前，德国的发迹，煤化工是起了很重要的作用。象当今世界最著名的几大化工公司中就有三家靠煤化工起家的德国公司（Hoechst、Bayer、和BASF）。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,50,（3）石油化工的诞生与发展阶段 石油化工的发展经历了两个阶段，即炼厂气的综合利用阶段和石油化工独立发展阶段。20世纪二十年代，美国的炼油工业发展迅速。以炼油副产炼厂气中的丙烯为原料，成功地合成出了异丙醇（1920年），这是第一个石油化学品，标志着石油化工的诞生。异丙醇主要用于脱氢制丙酮。丙酮是飞机喷漆使用的重要溶剂。这是炼厂气的综合利用阶段,有机化工原料发展的三个阶段（3）,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,51,1925年、美国联合碳化物公司开始进行乙烷、丙烷高温裂解制造乙烯、丙烯的工业生产，为石油化工独立发展奠定了基础。标志着石油化工进入了独立发展阶段。石油裂解制乙烯以及一系列以乙烯为原料的有机合成工艺的开发成功，极大地促进了石油化工的发展，因为以乙烯、丙烯等为原料可以很方便地合成出从低分子到高分子的大量化工产品。而乙烯、丙烯可以很方便地以石油为原料通过裂解工艺得到。,有机化工原料发展的三个阶段（3）,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,52,2、有机化工原料现状与发展趋势,目前，在发达国家，石油化工占有机化工主体90%以上。大宗产品的主要品种、数量、质量及单线装置生产能力等，已近成熟。发展方向主要在改进工艺、节能降耗、开发高效装备和新型催化剂、减少污染及深度综合利用等方面。但在发展中国家，仍在大力发展石油化工。发展状况与各国资源情况及技术经济条件有关。因此可以说，石油化工已经非常成熟了。但作为石油化工原料的石油，其资源状况怎样呢？,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,53,根据1999年1月统计资料，世界石油探明储量为14112875.2万吨，同年（98年）产量为331511.5万吨，储采比为42.57年。同年中国石油探明储量327360.0万吨，同年产量15978.0万吨，储采比为20.49年。2001年1月统计，世界石油探明储量为1,028,457,585千桶，2000年产量为24490149.5千桶，储采比为42年。同年中国石油探明储量24,000,000千桶，同年产量1188075千桶，储采比为20.2年。可见，石油虽是优质有机化工起始原料，但已近枯竭。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,54,从煤炭资源看，95年我国剩余探明储量6044亿吨，同年产量12.92亿吨，储采比468年。中国煤炭资源量占世界11.6%（世界剩余探明储量储采比为200年），中国煤炭预测资源量为45521亿吨。因此，20世纪70年代以来，煤化工研究领域很活跃，主要集中在煤气化制合成气，再由合成气合成有机化工产品、液体燃料及高分子材料。因此一个以煤气化为龙头的“一碳化学”新兴领域迅速发展，是煤化工的一个新阶段。此外，煤炭液化方面的研究也很活跃。（1桶0.136吨）,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,55,（1）石油深度加工趋势：进入20世纪80年代以来，发达国家石油化学工业处于停滞状态。因此石油深度加工与化学工业精细化已成为发达国家化工科技与生产发展的重点，其发展速度已远远超过重化工。这是因为随着科技发展与人民生活水平的提高，人们对精细化学品的质量要求越来越高，品种要求越来越多，数量要求越来越大。更重要的是精细化工产品是高附加值产品。,3 石油化工门类与石油深度加工趋势,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,56,（2）石油化工门类及经济效益分析：石油化工门类（按加工深度）:a.一次加工：即炼油。主要目的是生产各类油品和石化原料。b.二次加工：即蒸汽裂解和芳烃生产，生产乙烯、丙烯、丁二烯、苯，甲苯，二甲苯等。c.三次加工：三大合成与基本有机原料的生产。如塑料厂，橡胶厂等。d.四次加工：材料工业（如薄膜、管子、装饰材料、建材、无纺布、人造革、发泡材料等）与精细化学品。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,57,一次三次：特点是规模大、投资高、效益低，尤其是零道加工。四次：特点是技术密集、劳动密集、规模小、投资低、产品附加值高、效益高。也就是说，加工深度越深，产品附加值越高。从增值比看，零道加工只有零点几，而精细化学品可达上百甚至上千。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,58,据报导，投入石油化工原料50亿美元，产出脂肪烃、芳烃等初级化学品仅为100亿美元；二次加工成烯烃、乙二醇、对苯二甲酸和苯胺等有机中间体，则可产出200亿美元；若再进一步加工成塑料、纤维和橡胶等三大合成材料，其产出将上升到400亿美元；最后制成农药配剂、医药品、纺织品、印刷品以及汽车材料等精细化工产品，其总产出可达5300亿美元，高出初级制品53倍，为投入的100多倍。可见，初级石化产品是随着加工深度的不断延伸而更大的提高附加值。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,59,石油化学工业于50、60年代从美国迅速扩展到欧洲、日本，60年代后逐渐扩展到世界各国。因而乙烯产量也就成了一个国家有机化工发展水平的标志。乙烯装置的规模也就越来越大，由四十年代的1万吨/年，五十年代5万吨/年到六、七十年代发展到45万吨/年的较稳定规模。这样以来，许多过去以煤为原料的有机化学品，大多由石油、天然气所取代。目前发达国家以石油、天然气为原料生产的有机化工产品已占总量的93%以上。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,60,起始原料为煤、石油与天然气、农林副产品等从起始原料可得到的基础有机原料：（1）石油气态烃：天然气和炼厂气。气态烷烃系列：C10C40，是重要的有机合成原料。乙烯系列:乙烯是最重要的有机合成原料。它生产成本低、纯度高、易于加工利用。丙烯系列:丙烯的重要性仅次于乙烯。C4馏分系列：丁烯和丁二烯。主要来自裂解副产和催化裂化副产。,4 有机合成的主要原料介绍,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,61,（2）液体石油馏分：石脑油、常压柴油(AGO)、减压柴油(VGO)(裂解原料)、石蜡、芳烃（3）煤加工产物：煤焦油、电石乙炔、合成气 乙炔系列:具三键结构，性活泼。易化学反应，可衍生出上千中有机化学品，曾被称为“有机合成工业之母”合成气（COH2）系列:世界各国竞相研究以CO为基础的合成反应，并冠以“C1化学”、“CO化学”、“合成气化学”或“甲醇化学”等名称。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,62,（4）农林副产物：糠醛、油脂（制肥皂、高级脂肪酸、高级脂肪醇）,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,糠醛的用途：目前，已经用糠醛合成了几百种药物、香料和有机合成原料，并且形成了以糠醛为原料的呋喃化学工业体系。糠醛深加工产品的开发一定会带来可观的经济效益和社会效益。,63,许多农作物的茎、皮、糖壳都含有多缩戊糖，因此都能用作制造糠醛的原料，我国生产糠醛的原料极为丰富，主要有玉米蕊、棉子壳和甘蔗渣等。我国玉米栽培面积和产量均居世界第二，估计每年玉米蕊的产量约为1000万t，若收集1/10玉米蕊，便可加工成10万t糠醛。,第1章 绪论 6、精细有机合成的原料来源及其发展概况,64,第四节 精细化工发展状况、趋势 国外精细化工的发展趋势 正向新产品、多品种和系列化方向发展，产品更新速度快是它的主要特征，所有精细化工产品的旺盛期都很短；正向超高功能和极限环境技术发展、部分精细化工行业向生物工程转移。,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,65,化学工业精细化率,精细化工虽然伴随着人类生活和生产活动早已出现，但直到20世纪60年代才由日本首先把精细化工明确地列为化学工业的一个产业部门，到八十年代初建立了精细化学品产业协会。化工产品的精细化率可用下式表示：精细化率反应了一个国家化工生产水平及化工集约化程度。发达国家化工精细化率已达5565%。,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,66,表1 各国化学工业精细化率（%）统计,各国化学工业精细化率,国家,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,67,2001年世界精细化学品年市场销售额：医药中间体370亿美元，农用精细化学品75亿美元，食品添加剂和饲料添加剂25亿美元，染料25亿美元，其他精细化学品25亿美元。全球精细化学品市场份额：西欧40%，北美25%，日本15%，其他地区20%。,世界精细化学品年产值与需求量,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,68,中国精细化工发展概况,近20年快速发展。一些门类的产量已在世界前列，如染料、农药、涂料等。已建成多个新领域精细化工技术开发中心，新领域精细化工企业约4500家，年生产能力1500多万吨，产品品种11000多个，年产值1200多亿元。生物法丙烯酰胺生产、生物法长链二元酸生产等技术世界领先。,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,69,尽管如此，仍存在许多问题。首先是品种少、档次也较差，当今世界精细化工产品已达10万多个品种，而我国不足2万个（90%以上为仿制，自主创新太少）；如皮革化学品国外约有2000种，德国巴斯夫公司一家就有530种，而我国仅有200种；,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,70,正因为如此，目前尚有许多精细化工产品要依靠进口来解决。如蛋氨酸、饲料蛋白、丙酸及其盐类、山梨酸、丙烯酸酯、纺织油剂、高档皮革化学品、造纸助剂以及特种胶粘剂等。我国的精细化工率到2000年已经达到50，但远未达到最发达国家的水平。为加速发展步伐，近年来已从国外广泛引进了近百种精细化工新技术和设备，以适应国内市场的需求。,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,71,4 面向21世纪的精细化工,21世纪已进入生命科学时代，以微电子、生物工程、新能源以及新材料为代表的新技术革命将发生巨大的突破和发展，而现代科学研究、技术开发和生产发展，都需要精细化工产品与之相配合，以提高效益增加产值。如推动农业发展的高效农药可获得高于普通农药45倍的效益，可显著提高收获量；新型微肥的施用可大大提高农作物产量；在工业方面更占有特殊地位，如纺织及皮革等制品，通过精细化学品处理，既提高质量又扩大品种，可提高附加值18倍；在谷物食品中添加0.2-0.4的赖氨酸，可增加营养价值2倍；,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,72,为发展人造卫星、火箭、导弹、宇宙飞船以及通讯、导航、遥测、遥控等设备，均需电子化学品、高纯度试剂、结构胶粘剂等新型特种精细化学品；对功能性高分子材料研制的假牙、血管、食管、骨骼关节、肾脏、心脏瓣膜等高级防病治病的人造器脏等都要以精细化学品为原料；,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,73,新型催化剂的开发，可显著提高产品收率和原料利用率，并可改进工艺流程、降低反应温度和压力，进一步降低能耗，从根本上节省能源和资源，减少污染降低成本；三次采油化学品的应用，可以极大地提高原油采收率，对石油工业的发展至关重要。不难看出精细化工产品对工业的发展、对产品质量的提高占有重要的地位。,第1章 绪论 4、精细化工发展概况,74,世界精细化工发展展望：1）跨国公司资产重组、兼并、收购、联合，使生产更集中，更专业化2）增大研发和应用研究力度掌握自主知识产权和市场占有率3)研发投产周期缩短4)能源环境等问题5)采用高新技术6)市场需求将稳健增长,75,我国精细化工发展展望:1)向集聚化方向发展2)向绿色化方向发展3)向高新化方向发展,76,精细化工对人才的需求,（1）、精细化学工业是国家急需发展的行业，对人才需求必然很大（2）、精细化学工业是高技术工业，对科技人员需求必然很大 由于技术创新性和技术更新性在精细化学品的产品开发中起着关键作用，因此科技人员在该行业将明显占有较高的比例。,第1章 绪论5、精细化工对人才的需求,77,（3）、精细化工专业技术人才应具备的素质由于精细化学工业的特点，专业人才应是复合型人才。应具备如下素质：专业基础理论扎实、专业知识面宽、善于生产实践和科研实验理论联系实际的能力强；勇于探索、不断提高创新能力强；思维敏捷、适应变化随机应变能力强。实现以上要求，决非易事。首先要打好基础。,第1章 绪论5、精细化工对人才的需求,78,精细有机合成反应的特点,精细化工的门类很多，因此涉及到的精细化学品及其中间体的品种也就非常多。尽管如此，但精细化学品主要组分及其中间体合成过程中所涉及到的单元反应只有十几种。下面介绍精细有机合成单元反应的分类方法及其类别。,第1章 绪论 7 精细有机合成反应的特点,79,中间体或精细化学品虽然种类繁多，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。主要的取代基有：（1）卤素：Cl、Br、-I、F（2）SO3H、SO2Cl、SO2NH2、SO2NHR等（R烷基、芳基等）（3）-NO2、NO（4）-NH2、-NHAlk、-NH(Alk)Alk、NHAr、NHAc、-NHOH等（Alk-烷基、Ar-芳基、Ac-酰基）,中间体或精细化学品上的取代基（官能团）类型,第1章 绪论 7 精细有机合成反应的特点,80,（5）-N2Cl、-N2HSO4、-N=NAr、-NHNH2等。（6）-OH、-OAlk、-OAr、-OAc等。（7）-Alk.如甲基、乙基、异丙基等。（8）醛(酮)基、芳醛(酮)基、羧基、烷酯基、芳酯基(-OAr)、酰氯基、酰胺基、氰基（-CN）等。,第1章 绪论 7 精细有机合成反应的特点,81,7.2 单元反应的类型,单元反应：为了在有机分子中引入或形成上述取代基（官能团）,以及为了形成杂环和新的碳环，所采用的化学反应，叫单元反应。最重要的单元反应如下：（1）卤化（9）氧化（2）磺化和硫酸酯化（10）水解（3）硝化和亚硝化（11）缩合（4）还原和加氢（12）环合（5）重氮化和重氮基的转化（13）聚合（6）胺解和胺化（7）烃化（8）酰化,第1章 绪论 7 精细有机合成反应的特点,82,第五节 绿色化学与精细有机合成,一、绿色化工过程的评价体系1、环境因子和环境系数E因子：生产每千克产品所产生的废弃物的量。,83,84,环境系数=EQ（Q：对环境不友好因子）,85,二、绿色化学基本原理1、防止污染的产生优于治理产生的污染2、原子经济性反应3、尽量采用毒性小的化学合成路线4、化学产品的设计，保留其高效功能的同时，尽量减少其毒性。5、尽量避免使用溶剂、分离试剂等辅助物质，不能避免，选用无害无毒的6、设法降低能耗，最好采用在常温常压下的合成方法,86,7、原料应是可再生的，而不是耗竭的8、尽量避免不必要的衍生化步骤9、产品在完成使用功能后应能够降解为无害物质，不应永存于环境中10、选用高选择性催化剂11、发展分析方法，以便有害物质在生成前能即时的和在线的跟踪及控制12、在化学转换过程中，选用的物质和物质的形态尽可能的降低发生化学事故,