原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng).doc

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1、ATOMEFFICIENCY：SyntheticMethodsShouldBeDesignedToMaximiseTheIncorporationOfAllMaterialsUsedInTheProcessIntoTheFinalProduct第二章原子經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)使用能最大限度地將反應(yīng)過(guò)程中所用到的所有物料全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的合成方法原子經(jīng)濟(jì)性(AtomEconomy)是由美國(guó)化學(xué)家BarryMTrost于1991年提出,是指在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物中的原子應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物中的原子；也就是要在提高化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，盡量減少副產(chǎn)物。Trost教授還提出了

2、一個(gè)合成效率的概念，指出合成效率應(yīng)當(dāng)成為今后合成方法學(xué)研究中關(guān)注的焦點(diǎn)。并提出合成效率包括兩方面，一方面是選擇性，包括化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性、非對(duì)映和對(duì)映選擇性等；另一個(gè)方面就是反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性，即原料和試劑分子中究竟有多少的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物分子。目前合成化學(xué)的主要研究方向就是提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性及提高化學(xué)反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性。1反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)收率、反應(yīng)選擇性和原子利用率之概念（1）原子利用率（atomefficiency，AE）:目標(biāo)產(chǎn)物原子占所有產(chǎn)物原子中的百分?jǐn)?shù)。即：其中，所有產(chǎn)物分子量的總和=目標(biāo)產(chǎn)物的分子量+副產(chǎn)物的分子量。例1試計(jì)算如下中和反應(yīng)

3、生成鹽的原子利用率。解：氯化鈉的分子量為58.5，水的分子量為18，氫氧化鈉的分子量為40，鹽酸的分子量為36.5，所以，根據(jù)原子利用率的定義可得：該反應(yīng)生成氯化鈉的原子利用率=58.5÷（58.5+18）×100%=76.5%該原子利用率也可根據(jù)質(zhì)量作用定律，按反應(yīng)物氫氧化鈉和鹽酸的分子量依下式計(jì)算：原子利用率=58.5÷（40+36.5）×100%=76.5%兩種算法的答案完全一致。原子利用率實(shí)際上是比較化學(xué)反應(yīng)中目標(biāo)產(chǎn)物分子中的原子數(shù)與反應(yīng)原料分子的原子數(shù)的相對(duì)比值大小的一個(gè)參數(shù)，在計(jì)算時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物分子的原子數(shù)值都是以其原子量代入計(jì)算的。由于不

4、少反應(yīng)中副產(chǎn)物難以確定，副產(chǎn)物分子量很難求得，因而原子利用率不易直接按各種產(chǎn)物的分子量計(jì)算求得。這時(shí)可以利用質(zhì)量作用定律計(jì)算出一個(gè)與之相同的數(shù)，即原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)：原子利用率與原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)是同一個(gè)概念的兩種不同表述。如例1計(jì)算結(jié)果也完全相同。例2試計(jì)算如下實(shí)驗(yàn)室制氫的置換反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)。解：該制氫反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)=2÷(65+2×36.5)×100%=1.45%該反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性很低，說(shuō)明浪費(fèi)很嚴(yán)重，是一個(gè)非綠色的化學(xué)反應(yīng)。但是，如果利用該反應(yīng)制氯化鋅的話，其原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)就很高（1-1.45%=98.55%），就是一個(gè)比較綠色的化學(xué)反應(yīng)（僅就

5、原子經(jīng)濟(jì)性而言）。所以，同一個(gè)反應(yīng)，對(duì)不同的產(chǎn)物而言，其原子經(jīng)濟(jì)性是大不同的。例3試計(jì)算如下電解水制氫的原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù).解：該制氫反應(yīng)的原子利用率（原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)）=2×2÷(2×18)×100%=11.11%考慮到氫的原子質(zhì)量很小，所以，這是一個(gè)較高的原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)，因而是一個(gè)較綠色的制氫反應(yīng)。原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)就是指那些原子利用率高的化學(xué)反應(yīng)。但是，某些物質(zhì)因其本身的特點(diǎn)（如氫氣單質(zhì)的分子量很小、一般只能用還原的方法得到等），在合成它們時(shí)，很難找到一種既具有工業(yè)經(jīng)濟(jì)性又有原子經(jīng)濟(jì)性的方法，所以，對(duì)不同的化學(xué)品（或化學(xué)反應(yīng)）而言，相同的原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)，所含

6、有的實(shí)際意義也可能大不相同。所以，原子經(jīng)濟(jì)百分?jǐn)?shù)也是一個(gè)相對(duì)的概念。在實(shí)際工作中，在制取某一相同的化學(xué)品時(shí)，才可以比較不同反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性，盡量使用原子經(jīng)濟(jì)性高的化學(xué)合成反應(yīng)。（2）化學(xué)反應(yīng)收率：實(shí)際得到的目標(biāo)產(chǎn)物數(shù)量占理論目標(biāo)產(chǎn)物數(shù)量的百分?jǐn)?shù)。即：化學(xué)反應(yīng)收率是描述反應(yīng)效果最常用的參數(shù)，有時(shí)也用產(chǎn)率、得率等詞替代，是與反應(yīng)產(chǎn)率、得率相同的一個(gè)概念?；瘜W(xué)反應(yīng)收率是衡量化學(xué)反應(yīng)中所有的反應(yīng)物起始物與實(shí)際所得產(chǎn)物之間比例的一個(gè)參數(shù)。例4在下列溴化反應(yīng)中投入1公斤的苯酚與足量的溴單質(zhì)反應(yīng)得到了1公斤的均三溴苯酚，試計(jì)算其溴化反應(yīng)的收率是多少？解：1公斤的苯酚全

7、部與溴反應(yīng)，并且只生成三溴苯酚，理論可得三溴苯酚的質(zhì)量是：理論收率（100%）=1×330.8÷94=3.52KG。但是實(shí)際上只得到1公斤的三溴苯酚，所以：實(shí)際收率=1÷3.52×100%=28.4%收率在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中非常有用，是工廠進(jìn)行產(chǎn)品成本核算時(shí)必須使用的一個(gè)參數(shù)，同時(shí)也是衡量化學(xué)反應(yīng)是否進(jìn)行完全和化學(xué)反應(yīng)選擇性好壞的一個(gè)參考指標(biāo)。（3）化學(xué)反應(yīng)選擇性：實(shí)際得到的目標(biāo)產(chǎn)物數(shù)量占所有已經(jīng)轉(zhuǎn)化的原料數(shù)量百分?jǐn)?shù)。即：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在同一反應(yīng)條件下，可能有多個(gè)反應(yīng)方向，也就是除了得到目標(biāo)產(chǎn)物外，還要產(chǎn)生一些副產(chǎn)物。目標(biāo)產(chǎn)物相對(duì)于包含其它產(chǎn)物的所有產(chǎn)物的量，

8、就是該反應(yīng)的選擇性?；瘜W(xué)反應(yīng)選擇性包括化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性、立體選擇性及非對(duì)映