合成工藝的優(yōu)化

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1、合成工藝的優(yōu)化有機合成工藝優(yōu)化是物理化學與有機化學相結合的產(chǎn)物，是用化學動力學的方法解決有機合成的實際問題，是將化學動力學的基本概念轉化為有機合成的實用技術。轉化率是消耗的原料的摩爾數(shù)除于原料的初始摩爾數(shù)。選擇性為生成目標產(chǎn)物所消耗的原料摩爾數(shù)除于消耗的原料的摩爾數(shù)。收率為反應生成目標產(chǎn)物所消耗的原料的摩爾數(shù)除于原料的初始摩爾數(shù)。轉化率×選擇性=收率反應中消耗的原料一部分生成了目標產(chǎn)物，一部分生成了雜質，少量原料依然存在于反應體系中。反應的目標是提高收率，但是影響收率的因素較多，使問題復雜化。化學動力學的研究目標是提高選擇性，即盡量使消耗的

2、原料轉化為主產(chǎn)物。只有溫度和濃度是影響選擇性的主要因素。在一定轉化率下，主副產(chǎn)物之和是一個常數(shù)，副產(chǎn)物減少必然帶來主產(chǎn)物增加。提高轉化率可以采取延長反應時間，升高溫度，增加反應物的濃度，從反應體系中移出產(chǎn)物等措施。而選擇性雖只是溫度和濃度的函數(shù)，看似簡單，卻遠比轉化率關系復雜。因此將研究復雜的收率問題轉化為研究選擇性和轉化率的問題，可簡化研究過程。2．選擇性研究的主要影響因素提高主反應的選擇性就是抑制副反應，副反應不外平行副反應和連串副反應兩種類型。平行副反應是指副反應與主反應同時進行，一般消耗一種或幾種相同的原料，而連串副反應是指主產(chǎn)物繼

3、續(xù)與某一組分進行反應。主副反應的競爭是主副反應速度的競爭，反應速度取決于反應的活化能和各反應組分的反應級數(shù)，兩個因素與溫度和各組分的濃度有關。因此選擇性取決于溫度效應和濃度效應?？墒?，活化能與反應級數(shù)的絕對值很難確定。但是我們沒有必要知道它們的絕對值，只需知道主副反應之間活化能的相對大小與主副反應對某一組分的反應級數(shù)的相對大小就行了。我們知道，升高溫度有利于活化能高的反應，降低溫度有利于活化能低的反應，因此選擇反應溫度條件的理論依據(jù)是主副反應活化能的相對大小，而不是絕對大小。（1）溫度范圍的選擇：在兩個反應溫度下做同一合成實驗時，可以根據(jù)監(jiān)

4、測主副產(chǎn)物的相對含量來判斷主副反應活化能的相對大小，由此判斷是低溫還是高溫有利于主反應，從而縮小了溫度選擇的范圍。實際經(jīng)驗中，一般采取極限溫度的方式，低溫和高溫，再加上二者的中間溫度，可判斷出反應溫度對反應選擇性的影響趨勢。（2）某一組分濃度的選擇：在同一溫度下（第一步已經(jīng)選擇好的溫度下），將某一組分滴加（此組分為低濃度，其他組分就是高濃度）或一次性加入（此組分為高濃度，其他組分就是低濃度）進行反應，就可根據(jù)監(jiān)測主副產(chǎn)物的相對含量來判斷該組分是低濃度還是高濃度有利于主反應。確定了某一組分的濃度影響，接下來就是研究該組分的最佳配比問題。相同的

5、條件下，再確定其他組分濃度的影響。3．定性反應產(chǎn)物動力學研究方法要求副反應最小，而其他方法要求主反應最大。因此研究反應的選擇性，搞清副反應的產(chǎn)物結構是必要地前提。在條件允許的情況下，應盡量分析反應混合物的全部組分，包括主產(chǎn)物，各種副產(chǎn)物，分析他們在氣相色譜、液相色譜或薄層色譜上的相對位置和相對大小。從而可以看出各組分的相對大小及各組分隨溫度和濃度條件不同的變化。對不同的副反應采取不同的抑制方法。（1）首先搞清反應過程中那些副產(chǎn)物生成；（2）重點找出含量較多的副產(chǎn)物的結構，因為只有抑制了主要副反應，才能顯著提高主反應的選擇性；（3）根據(jù)主要副

6、產(chǎn)物的結構，研究其生成的機理，速度方程和對比選擇性方程，并據(jù)此進行溫度效應、濃度效應分析；（4）由對比選擇性方程確定部分工藝條件，并據(jù)此設計獲取活化能相對大小和反應級數(shù)相對高低的試驗方按。（5）也應該找出最難除去的雜質的結構，進行（3），（4）的方法研究。4．跟蹤定量反應產(chǎn)物在定分析的基礎上，對同一實驗不同時刻各組分的含量進行跟蹤測試，根據(jù)跟蹤測試結果認識影響因素，再根據(jù)影響因素調整實驗方按。（1）可在同一實驗中考察原料、中間體、產(chǎn)物，各副產(chǎn)物在不同條件下的變化趨勢，從一個實驗中盡可能獲取更多的信息，實驗效率大大提高。（2）根據(jù)實驗過程中的

7、新現(xiàn)象調整和修改預定方按，使每一具體實驗的目標多元化，即可使每一次實驗的目的在實驗中調整和增加，從而提高工作效率和研究開發(fā)進度。（3）將不同時刻、不同組分的相對含量，整理成表格或曲線，從數(shù)據(jù)表或曲線中觀察不同組分的數(shù)量，各組分在不同階段依不同條件的變化趨勢和變化率，從而找出宏觀動力學影響因素，并根據(jù)這些因素去調整溫度、濃度因素，以提高選擇性。這里的定量并非真正的含量，只是各組分的相對值。5．分階段研究反應過程和分離過程大多數(shù)人習慣于每次實驗部分都分離提純產(chǎn)品并計算收率。然而，除非簡單的實驗外這是不科學的。（1）研究開發(fā)的初始階段，分離過程是

8、不成熟的，很難估算分離過程損失，這樣，所得產(chǎn)品不能代表反應收率。（2）實驗的最終結果是反應過程與分離過程的總結果，影響因素太多，考察某一影響因素太難。（3）一個實驗真正做到完成分