任課老師：許愛榮精化合成原理河南科技大學、化工與制藥學院Email：airongxu@126.comTel南科技大學、化工與制藥學院學時數：40學時教學內容：

第一部分，基本知識(自學)

第二部分，單元反應(課本)考試成績：平時成績(考勤、作業)，

20%，期末考試成績，

80%

參考書唐培堃，《精細有機合成化學與工藝學》，化學工業出版社，2006年，北京李和平，葛虹，《精細化工工藝學》，科學出版社，1998年，北京曾繁滌，《精細化工產品及工藝學》，化工出版社，1997年，北京。第一章緒論第二章精細有機合成基礎第三章鹵化第四章磺化和硫酸化第五章硝化和亞硝化

第六章還原第七章氧化第八章重氮化和重氮鹽的反應第九章烴化第十章酰化第十一章水解第十二章縮合第一章緒論1.1精細化學品的釋義

1.2精細化學品的分類1.3精細化工的特點

1.4精細化工在國民經濟中的作用1.5精細有機合成的原料資源精細化工誕生的背景1960’日本最先提出FineChemicals的概念1980’精細化工學會成立1983年，我國框定精細化工的范圍，并提議建立精細化工專業1986年，化工部提出了精細化工產品暫行分類辦法精細化工的誕生過程：A，直接利用自然資源

煙葉汁——農藥，防止農業病蟲害

天然植物(茜草，靛蘭，指甲花)——染布，染指甲，胭脂，香料

B，簡單加工利用自然資源

壓榨、萃取、蒸餾（水蒸氣蒸餾）從動植物中直接提取香料、藥物（中草藥），麝香、薄荷油、龍涎香、海貍香、檀香油、玫瑰花露等C，利用合成與復配技術獲得在應用性能上取代甚至超過天然物質的產品

（標志精細化工的誕生）①1800’從天然香料中分離出單一的香精，并首次復配―香精D,1990’高效、低毒、環境友好的精細化工產品

高效、低毒、環境友好的精細化工產品

1.1精細化學品的釋義關于精細化學品的釋義，國際上有三種說法：1.傳統釋義：產量小、純度高的化工產品。2.歐美各國釋義：3.日本的釋義：具有高附加值、技術密集型、設備投資少、多品種、小批量生產的化學品。我國：原則上采用日本對精細化學品的釋義。1.2精細化學品的分類關于精細化學品的分類，每個國家根據自身的生產體制而略有不同歐美：將專用化學品按其使用性能分為三大類：準商用(通用)化學品；多功能多用途化學品；最終用途化學品或直接上市化學品。聯合國經濟合作及發展組織：將專用化學品細分為47類。日本：1993將精細化學品分為32個門類。我國精細化工產品包括11個產品類別：（1）農藥；（2）染料；（3）涂料(油漆和油墨)；（4）顏料；（5）試劑和高純物；（6）信息用化學品(包括感光材料、磁性材料等)；（7）食品和飼料；（8）黏合劑；（9）催化劑和各種助劑；催化劑、印染助劑、塑料助劑、橡膠助劑、水處理劑、纖維素抽絲用油劑、有機提取劑等20個小門類。印染助劑：擴散劑、固色劑、勻染劑、涂料印花助劑、柔軟劑等。（10）化學藥品和日用化學品；（11）功能高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。1.3精細化工的特點(1)除了化學合成反應、前處理和后處理外，還常常涉及劑型制備和商品化(標準化)才得到最終商品。(2)生產規模小、生產流程大多為間歇操作的液相反應，常采用多品種綜合生產流程或單元反應流程。(3)固定投資少，資金產出率高。例如，返回石油化工原料(1$)初級產品(2$)有機中間品(4.8$)塑料(5$)纖維(10$)精細化學品(106$)一次加工二次加工(4)產品質量要求高，知識密集度高；產品更新換代快，壽命短；研究、開發難度大，費用高。(5)在生產工藝、技術和配方等方面都有很大的改進余地，生產穩定期短，需要不斷地進行技術改進。配方和加工方面的技術秘密和專利，造成市場上的壟斷性。(6)商品性強，市場競爭激烈，因此市場調查和預測非常重要。在產品推銷上，應用技術和技術服務非常重要。1.4精細化工在國民經濟中的作用(1)直接用作最終產品或它們的主要成分。如醫藥、染料、香料、味精、糖精等。(2)增加或賦予各種材料以特征。如塑料中的增塑劑、穩定劑等。(3)增進和保障農、林、牧、漁業的豐產豐收。如選種、浸種、育秧等都需要借助精細化學品的作用來完成。(4)豐富人民生活。如保障和增進人類健康、提供優生優育、保護環境潔凈衛生，以及為人民生活提供豐富多彩的衣食住行等方面的享受型用品等。(5)滲入其他行業、促進技術進步、更新換代。如黏合劑的開發使外科縫合手術和制鞋業改觀。(6)高經濟效益。返回精細化工是當今化學工業中最具活力的新興領域之一，是新材料的重要組成部分。精細化工產品種類多、附加值高、用途廣、產業關聯度大，直接服務于國民經濟的諸多行業和高新技術產業的各個領域。大力發展精細化工已成為世界各國調整化學工業結構、提升化學工業產業能級和擴大經濟效益的戰略重點。精細化工率的高低已經成為衡量一個國家或地區化學工業發達程度和化工科技水平高低的重要標志。

精細化工率=美國：精細化工率20世紀70年代為40%，80年代增至45%，90年代已超過53%；日本：已達57%。目前，這些國家的精細化工率已達到60～70%。我國：精細化工率1990的只有25%，1995年增至32%，2004年已上升到45%，2010年提高到60%。1.5精細有機合成的原料資源

精細有機合成的原料資源是煤、石油、天然氣和動植物原料。

1.5.1煤成分：煤的主要成分是碳，其次是氫，此外還有氧、硫和氮等其它元素。結構：煤以結構復雜的芳環、雜環或脂環化合物存在。煤轉化：煤通過高溫干餾、氣化或生電石提供化工原料。返回(1)煤的高溫干餾(干餾/煉焦)(2)煤的氣化煤在高溫、常壓或加壓條件下與水蒸氣、空氣或兩者的混合物相反應，可得到水煤氣、半水煤氣或空氣煤氣。煤氣的主要成分是H2、CO和CH4等，它們都是重要的化工原料。作為化工原料的煤氣又稱合成氣，但現在合成氣的生產主要以含氫較高的石油加工餾分或天然氣為原料。石油是黃色至黑色粘稠液體。石油中含有幾萬種碳氫化合物，另外還含有一些含硫、氮、氧的化合物。石油的主要成分是烷烴、環烷烴和少量芳烴。1.5.2石油石油常壓和減壓精餾催化裂解和催化重整直流汽油、煤油、輕柴油、重柴油、潤滑油等餾分。催化裂解原料油、催化熱解原料油等餾分。石油加工：(1)催化重整將沸程為60～165℃的輕汽油餾分或石腦油餾分在480~510℃，2~3MPa氫壓和含鉑的催化劑存在下使原油中的一部分環烷烴和烷烴轉化為芳烴的過程。重整汽油可作為高辛烷值汽油，也可經過分離得到苯、甲苯和二甲苯。(2)烴類熱裂解乙烷、石腦油、直流汽油、輕柴油、減壓柴油等基本原料在750～800℃進行熱裂解時，發生C-C鍵斷裂、脫氫、縮合、聚合等反應，其主要目的是制取乙烯，同時可得到丙烯、丁二烯以及苯、甲苯和二甲苯。返回提供化工原料的石油加工過程主要是催化重整和熱裂解。(3)芳烴生產新技術在石油芳烴中，苯、對二甲苯和鄰二甲苯的需要量很大，而甲苯、間二甲苯和C9芳烴(甲乙基苯、均三甲基苯、偏三甲基、連三甲基等)的需要量很少。利用甲苯脫烷基制苯、甲苯歧化制備苯和二甲苯、二甲苯的異構化等芳烴生產新技術。1.5.3天然氣

返回油型天然氣含C2以上的烴約5%煤型天然氣含C2以上的烴20~25%生物天然氣含CH4

97%以上天然氣中的甲烷是重要的化工原料，C2以上烴的混合物可用作燃料、熱裂解或生產芳烴的原料。主要成分為甲烷。含糖或淀粉的農副產品經水解可得到各種單糖，例如葡萄糖、果糖、甘露糖、木糖、半乳糖等。微生物發酵，可分別得到乙醇、丙酮、丁醇、丁酸、乳酸、葡萄糖酸和乙酸等。(2)含纖維素的農副產品經水解可得到己糖C6H12O6(葡萄糖)和戊糖C5H10O5(木糖)。己糖經發酵可得到乙醇，戊糖經水解可得到糠醛。(3)含油的動植物

可以得到各種動物油和植物油。1.5.4動植物原料本課程所討論內容

有機化工產品按其所起作用和相互關系，大體上可分為三大類：(1)基本有機原料；(2)有機中間體；(3)有機產品。(1)所謂基本有機原料，指的是從石油、天然氣或煤等天然資源經過一次或次數較少的化學加工而制得的結構比較簡單的有機物。例如，脂肪族的乙烯、丙烯、乙炔、一氧化碳；芳香族的苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽等產品。(2)所謂中間體，指的是將基本原料經進一步化學加工而制得的結構比較復雜，但還不具有特定用途的有機物。例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、丙烯腈、環氧乙烷、氯乙烷、氯乙酸、甲胺、二甲胺等；芳香族的異丙苯、苯酚、氯苯、硝基苯、苯胺、2-萘酚等。(3)所謂有機產品，指的是將有機中間體再經過化學加工而制得的有特定用途的有機物。例如，醫藥、農藥、染料、合成纖維、塑料、合成橡膠以及其它各種精細化學品等。它們都是與廣大消費者或使用部門直接見面的有機化工產品。本課程主要討論用于制備精細化學品，特別是精細化學品的中間體所涉及的主要單元反應及其理論基礎和工藝學基礎。精細化學品及其中間體雖然品種繁多，但是從分子結構來看，它們大多數是在脂鏈、脂環、芳環或雜環上含有一個或幾個取代基的衍生物。其中最主要的取代基有：（1）-C1、-Br、-I等（2）-SO3H、-SO2C1、-SO2NH2、-SO2NHR等(R表示烷基或芳基)（3）-NO2、-NO（4）-NH2、-NHAlk、-NH(Alk)Alk、-NHAr、-NHAc、-NH2OH等（Alk表示烷基、Ar

表示芳基、Ac表示酰基）（5）-N2+C1-、-N2+HSO4ˉ（6）-OH、-OAlk、-OAr,-OAc等（7）-Alk

例如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等（8）

等

(1)鹵化(2)磺化和硫酸酯化(3)硝化和亞硝化(4)還原和加氫(5)重氮化和重氮基的轉化(6)氨解和胺化(7)烴化為了在有機分子中引入或形成上述取代基，以及為了形成雜環和新的碳環，所采用的化學反應叫做單元反應或單元作業。最重要的單元反應有：(8)酰化(9)氧化(10)水解(11)縮合(12)環合(13)聚合由此可見，精細化學品及其中間體雖然品種非常多，但是其合成過程所涉及的單元反應只有十幾種。考慮到同一單元反應具有許多共同的特點，因此按單元反應來分章討論，有利于掌握精細有機合成所涉及的單元反應的一般規律。應該指出，關于單元反應的分類和名稱在各種書刊中并不完全相同。本課程將按照上述分類法進行討論。上述單元