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簡(jiǎn)介：電化學(xué)工作站的原理與應(yīng)用,3、電池分類簡(jiǎn)表,1、原電池PRIMARYCELL將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。,2、電解池（ELECTROLYTICCELL）將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。,,電池,｛,單液電池,（一）化學(xué)電池,一、電化學(xué)的基本概念,1．原電池DANIEL電池銅鋅電池結(jié)構(gòu)ZN︱ZN21MOL/L‖CU21MOL/L︱CU,電極反應(yīng)（）ZN極ZN–2EZN2（氧化反應(yīng)）（）CU極CU22ECU（還原反應(yīng)）,電池反應(yīng)ZNCU2ZN2CU（氧化還原反應(yīng)）,,,?CU2/CU0337V,鹽橋的組成和特點(diǎn)高濃度電解質(zhì)溶液正負(fù)離子遷移速度差不多,鹽橋的作用1）防止兩種電解質(zhì)溶液混和，消除液接電位，確保準(zhǔn)確測(cè)定2）提供離子遷移通道（傳遞電子）,1,2．電解池（陽(yáng)）CU︱CU21MOL/L‖ZN21MOL/L︱ZN（陰）,電極反應(yīng)外加電壓（陰極）ZN極ZN22EZN（還原反應(yīng)）（陽(yáng)極）CU極CU2ECU2（氧化反應(yīng)）,電池反應(yīng)ZN2CUZNCU2（被動(dòng)氧化還原反應(yīng)）,?CU2/CU0337V,電池的電動(dòng)勢(shì)等于右邊的還原電極電勢(shì)減去左邊的還原電極電勢(shì),電解池中電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理,溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極遷移，從負(fù)極上取得電子而發(fā)生還原反應(yīng),,溶液中的陰離子向正極遷移，從正極上失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng),,電極反應(yīng),,,凡是進(jìn)行氧化反應(yīng)的電極稱為陽(yáng)極,電位低的電極稱為負(fù)極,凡是進(jìn)行還原反應(yīng)的電極稱為陰極,電位高的電極稱為正極,,,,,在電解池中正極為陽(yáng)極，負(fù)極為陰極；在原電池中則相反,,,陰極,陽(yáng)極,,,,位于金屬活動(dòng)性順序銅以前的金屬如ZN、FE、NI給出電子的能力比銅強(qiáng)金屬活動(dòng)性順序銅之后的銀、金，給出電子的能力比銅弱,?CU2/CU0337V,,凈反應(yīng),作電解池,陰極,陽(yáng)極,作原電池,ZNS|ZNSO4||HCL|AGCLS|AGS,凈反應(yīng),3、組成電池的基本要素,①一對(duì)電極,②電活性物質(zhì),③電解質(zhì),④外電路,⑤必要時(shí)要有隔膜（如雙液電池）,4、電極反應(yīng)和電池反應(yīng),原電池∶ZN電極CU電極,ZNZN22E,CU22ECU,電解池∶ZN電極CU電極,ZN22EZN,CUCU22E,電極反應(yīng)是一種特殊的氧化還原反應(yīng)，與通常的氧化還原反應(yīng)不同的是前者是一種通過(guò)電極而進(jìn)行的間接電子傳遞反應(yīng)，后者是氧化劑和還原劑之間進(jìn)行的直接電子傳遞反應(yīng)。,電極反應(yīng)和氧化還原反應(yīng),電能與化學(xué)能（ELECTRICANDCHEMICALPOWER）,是指在一定溫度下可以全部變?yōu)椤坝杏霉Α钡哪遣糠帜芰?。在可逆狀態(tài)下，化學(xué)能與電能由下式確定,化學(xué)能（CHEMICALPOWER）,△G－NFE,1）可逆電池（REVERSIBLECELL）,在化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化時(shí)，始終處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的電池。,可逆電池的條件,①電池反應(yīng)可逆例如鉛酸蓄電池∶,再如DANIELL電池∶,②電池中的一切過(guò)程均可逆，工作電流趨于零,,,5、可逆電池和不可逆電池,2）不可逆電池（IRREVERSIBLECELL）,凡是不能滿足可逆電池條件的電池通稱為不可逆電池。,如圖所示的電池，其電池反應(yīng)不可逆∶,放電時(shí)∶,充電時(shí),電池反應(yīng)不可逆，電池不是可逆電池,使用鹽橋的雙液電池可近似地認(rèn)為是可逆電池，但并非是嚴(yán)格的熱力學(xué)可逆電池，因?yàn)辂}橋與電解質(zhì)溶液界面存在因離子擴(kuò)散而引起的相間電勢(shì)差，擴(kuò)散過(guò)程不是熱力學(xué)可逆過(guò)程。,,,1、電極指與電解質(zhì)溶液接觸的電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體。電化學(xué)體系分為二電極、三電極體系、四電極體系。,（二）電化學(xué)體系的基本單元,①工作電極（WE）又稱研究電極，指示電極。（主體濃度無(wú)顯著變化）對(duì)工作電極的要求所研究的電化學(xué)反應(yīng)不會(huì)因電極自身發(fā)生的反應(yīng)而受到影響，測(cè)定的電位區(qū)域較寬，電極不與溶劑或電解液組分發(fā)生反應(yīng)，電極面積不宜太大，表面均一、平滑、易凈化等。,工作電極,,固體電極玻碳（GC）、PT、AU、AG、PB液體電極汞或汞齊,與工作電極組成回路，使工作電極上電流暢通，以保證研究的反應(yīng)在電極上發(fā)生。若測(cè)量過(guò)程中通過(guò)的電流較大時(shí)，為使參比電極的電位保持穩(wěn)定，必須使用輔助電極，否則將影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。,②輔助電極（CE）又稱對(duì)電極,參比電極其電位則不受試液組成變化的影響，具有較恒定的數(shù)值。理想的參比電極為（A）電極反應(yīng)可逆，符合NERNST方程（B）電勢(shì)不隨時(shí)間變化（C）微小電流流過(guò)時(shí)，能迅速恢復(fù)原狀（D）溫度影響小雖無(wú)完全符合的，但一些可以基本滿足要求,③參比電極（RE）,半電池HG│HG2CL2，KCLXM||電極反應(yīng)HG2CL2S2E2HG2CL,A、甘汞電極,,,因?yàn)镠G及HG2CL2為固體，上式可簡(jiǎn)化為,根據(jù)能斯特方程，25℃時(shí)的電極電位為,從上式可知，在一定溫度下，甘汞電極的電極電位取決于CL的活度，即KCL溶液的濃度。當(dāng)使用溫度和CL活度在定時(shí)，甘汞電極的電極電位也有確定值。甘汞電極按KCL溶液的濃度不同有三種,校正,由于KCL的溶解度隨溫度而變化，所以甘汞電極的電極電位還因溫度的不同而不同。如實(shí)際的使用溫度不是25℃，則必須對(duì)表中所列電極電位進(jìn)行溫度校正。對(duì)于飽和甘汞電極，溫度校正可用下式進(jìn)行ET024387610–4T25（V）式中，ET為使用溫度下的電極電位，T為使用溫（℃）。,使用,①使用前應(yīng)取下電極下端口及上側(cè)加液口的小膠帽，不用時(shí)應(yīng)及戴上。②電極內(nèi)飽和KCL溶液的液位應(yīng)以浸沒(méi)內(nèi)電極為度，不足時(shí)要補(bǔ)加。③為了保證內(nèi)參比溶液是飽和溶液，電極下端要保持少量的KCL晶體存在，否則要從補(bǔ)液口補(bǔ)加。④玻璃彎管處如有氣泡，將引起電路短路或儀器讀數(shù)不穩(wěn)定。使用前應(yīng)檢查并及時(shí)排除這里的氣泡。⑤使用前要檢查電極下端陶瓷芯或玻璃砂芯毛細(xì)孔確保暢通。方法是先將電極外部擦干，然后將潔凈濾紙緊帖電極下端口片刻，若有濕印則證明暢通。,⑥電極在使用應(yīng)垂直置于待測(cè)試液中，內(nèi)參比溶液的液面應(yīng)較待測(cè)溶液的液面稍高，以防止待測(cè)試液滲入電極內(nèi)。⑦飽和甘汞電極在溫度改變時(shí)常有滯后效應(yīng)，因此不易用在溫度變化較大的環(huán)境中。但若使用雙鹽橋型電極，加置鹽橋可減小由于溫度滯后而引起的電位漂移。⑧飽和甘電極在80℃以上電位值不穩(wěn)定，這時(shí)應(yīng)改用銀氯化銀電極。⑨當(dāng)待測(cè)試液中含有AG、S2、CL及高氯酸等物質(zhì)時(shí)，應(yīng)加置KNO3鹽橋。,銀氯化銀電極是將金屬銀絲表面鍍上一層AGCL沉淀，再浸入一定濃度的KCL溶液中構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖所示。,B、AG│AGCL參比電極,,半電池AG│AGCL，KCLXM||電極反應(yīng)AGCLSEAGSCL電極電位比甘汞電極優(yōu)越之處是可用在80℃和非水介質(zhì)中。,種類,校正,同甘汞電極一樣，如實(shí)際使用溫度不是25℃，則必須對(duì)表中所列電極電位進(jìn)行溫度校正。如對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)銀氯化銀電極，溫度校正可用下式進(jìn)行ET02223–610–4T–25式中，為使用溫度下的電極電位，T為使用溫度（℃）。另外兩種銀氯化銀電極的溫度校正可查閱相關(guān)手冊(cè)。,使用銀氯化銀電極不像甘電極那樣有較大的溫度滯后效應(yīng)，在高達(dá)275℃左右仍可使用，而且有足夠的穩(wěn)定性，在高溫下可代替甘電極作參比電極。銀氯化銀電極常在PH玻璃電極和其它離子選擇性電極中用作內(nèi)參比電極。銀氯化銀電極用作外參比電極時(shí)，同甘汞電極一樣，使用前必須除去電極內(nèi)的氣泡，使用時(shí)必須垂直試液中安裝，內(nèi)參比溶液也應(yīng)有足夠的高度（高于待測(cè)試液），否則應(yīng)添加KCL溶液。應(yīng)該指出，銀氯化銀電極所用的KCL溶液必須事先用AGCL飽和，否則會(huì)使電極上的AGCL溶解。,C、用參比電極的注意事項(xiàng),（A）內(nèi)參比溶液液面高于樣品溶液,保持內(nèi)參比液外滲，以防止污染（B）要測(cè)量?jī)?nèi)參比液中含有的成分，這時(shí)一般通過(guò)加一個(gè)鹽橋的辦法，進(jìn)行隔離，且鹽橋中含有不干擾的電解質(zhì)。,2、電解質(zhì)溶液指電極間電子傳遞的媒介，由溶劑和高濃度的電解質(zhì)鹽以及電活化物種等組成。若電解質(zhì)只起導(dǎo)電作用，在所研究的電位范圍不參與電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，這類電解質(zhì)稱為支持電解質(zhì)。,電極反應(yīng)在電流通過(guò)時(shí)，電極／溶液界面上的電化學(xué)反應(yīng)稱為電極反應(yīng)。,傳質(zhì)過(guò)程當(dāng)電流通過(guò)電化學(xué)池時(shí)，電極和溶液界面發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)換過(guò)程，消耗了反應(yīng)物，生成了反應(yīng)的產(chǎn)物．欲維持通過(guò)的電流，反應(yīng)物從溶液本體向電極表面方向傳送，產(chǎn)物則從電極表面向溶液方向傳送，這種物質(zhì)在液相中的傳送稱為傳質(zhì)過(guò)程。溶液中的傳質(zhì)過(guò)程包括對(duì)流、擴(kuò)散和電遷移。,3、電極反應(yīng),傳質(zhì)速度一般用單位時(shí)間內(nèi)所研究的物質(zhì)通過(guò)單位截面積的量來(lái)描述，稱為該物質(zhì)的流量異相電荷傳遞過(guò)程指電荷在電極／溶液間的傳遞。當(dāng)物質(zhì)在電極上發(fā)生氧化或還原反應(yīng)時(shí)，電子的傳遞是在電極／電解質(zhì)溶液之間進(jìn)行的，即反應(yīng)是發(fā)生在兩相界面上的，故稱為異相反應(yīng)．如果電子在兩相間的傳遞非?？焖?，阻力很小，說(shuō)明電極過(guò)程是可逆的，能斯特方程成立．如果電子傳遞的阻力較大，電放過(guò)程則為不可逆。,（三）重要術(shù)語(yǔ),1、雙電層ELECTRICALDOUBLELAYER當(dāng)電極插入溶液中后，在電極和溶液之間便有一個(gè)界面。如圖示，如果導(dǎo)體電極帶正電行會(huì)對(duì)溶液中的負(fù)離子產(chǎn)生吸引作用同時(shí)對(duì)正離子也有一定的排斥作用。結(jié)果在靠近電極附近呈現(xiàn)出如圖中的濃度分布。緊密層IHP存在靜電作用和其它較靜電作用更強(qiáng)的作用（如特性吸附、鍵合等），將出現(xiàn)電荷過(guò)剩，即陰離子總數(shù)超過(guò)陽(yáng)離子總數(shù)；分散層OHP）只有靜電引力的作用在此區(qū)域內(nèi)也有電荷過(guò)剩；這種結(jié)構(gòu)稱為雙電層。而在此以外，超出了靜電引力的作用范圍或者因其作用力太小可以忽略不計(jì)將不再有電荷過(guò)?，F(xiàn)象。,,,,,,,,,,,,IHP,OHP,,擴(kuò)散層（Δ）,,,,,,,雙電層模型（GCS）,電極,溶液,2、法拉第電流和充電電流FARADAICANDCAPACITIVECURRENT,在電極上發(fā)生的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流稱為法拉第電流。而電極的雙電層的作用類似于一個(gè)電容器，在改變電極的電壓時(shí)雙電層所負(fù)載的電荷也發(fā)生相應(yīng)改變，從而導(dǎo)致電流的產(chǎn)生這一部分電流稱為充電電流屬于非法拉第電流。即外電路中的電子在到達(dá)電極表面后，或者參加氧化還原反應(yīng)后進(jìn)入溶液以形成法拉第電流；或者保持在電極表面給雙電層充電，即形成非法拉第電流。,3、電極電位、標(biāo)準(zhǔn)電極電位和條件電位STANDARDANDFORMAL,什么是電極電位例如一金屬棒插入其鹽溶液中，在金屬與溶液界面建立起“雙電層”，引起位差，即為電極電位。當(dāng)電對(duì)的活度比為1時(shí)的電極電位即為標(biāo)準(zhǔn)化電極電位。如果考慮溶液的離子強(qiáng)度、絡(luò)合效應(yīng)等，的影響,將其活度系數(shù)、絡(luò)合效應(yīng)系數(shù)合并在NERNST方程常數(shù)項(xiàng),電對(duì)的濃度比為1時(shí),稱為條件電位。,4、電流的性質(zhì)和符號(hào),IUPAC推薦將陽(yáng)極電流和陰極電流分別定義為在指示電極或工作電極上起純氧化和純還原反應(yīng)所產(chǎn)生的電流。規(guī)定陽(yáng)極電流為正值,而陰極電流為負(fù)值。這與歷史上的習(xí)慣恰好相反，過(guò)去前者定義為負(fù)值后者為正值。由于十幾年來(lái)的習(xí)慣,國(guó)內(nèi)外多數(shù)專業(yè)書刊還未能接受這一推薦。即陰極電流用正值，陽(yáng)極電流用負(fù)值。,PROPERTYOFCURRENT,ANDSYMBOL,5、極化電極和去極化電極POLARIZEDANDDEPOLARZEDELECTRODES,電化學(xué)分析法中還把電極區(qū)分為極化電極和去極化電極,插入試液中的電極的電極電位完全隨外加電壓改變或電極電位改變很大而產(chǎn)生的電流變化很小，這種電極稱為極化電極；反之，電極電位不隨外加電壓改變，或電極電位改變很小而電流變化很大這種電極稱為去極化電極。因此，電位分析中的飽和甘汞電極和離子選擇電極應(yīng)為去極化電極，而庫(kù)侖分析法中的二支工作電極均為極化電極，可極譜法中的滴汞電極是極化電極，飽和甘汞電極是去極化電極。,6、析出電位與分解電壓SEPARATEPOTENTIALANDDECOMPOSITIONVOLTAGE,析出電位是指在工作電極上產(chǎn)生迅速的、連續(xù)不斷的電極反應(yīng)時(shí)，還原析出所需最正的電極電位；氧化析出所需最負(fù)的電極電位。分解電壓是指在工作電極上產(chǎn)生迅速的連續(xù)不斷的電極反應(yīng)時(shí)所需要的最小外加電壓。,7、過(guò)電位與過(guò)電壓,過(guò)電位是對(duì)單個(gè)電極而言，過(guò)電壓是對(duì)整個(gè)電池而言。當(dāng)化學(xué)池的電解以十分顯著的速度進(jìn)行時(shí)，外加電壓超過(guò)可逆電池電動(dòng)勢(shì)的那部分稱為過(guò)電壓。其數(shù)值包括陰極過(guò)電位和陽(yáng)極過(guò)電位。,OVERPOTENTAILANDOVERVOLTAGE,8、電位窗口POTENTIALWINDOWS,指某種工作電極在惰性電解質(zhì)中，陽(yáng)極化反應(yīng)時(shí)的最負(fù)電位到陰極化反應(yīng)時(shí)的最正電位之間的電位范圍。,1．掌握循環(huán)伏安法的基本原理和測(cè)量技術(shù)。2．通過(guò)對(duì)體系的循環(huán)伏安測(cè)量，了解如何根據(jù)峰電流、峰電勢(shì)及峰電勢(shì)差和掃描速度之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)判斷電極反應(yīng)可逆性，以及求算有關(guān)的熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、循環(huán)伏安法,實(shí)驗(yàn)原理,循環(huán)伏安法是指在電極上施加一個(gè)線性掃描電壓，以恒定的變化速度掃描，當(dāng)達(dá)到某設(shè)定的終止電位時(shí)，再反向回歸至某一設(shè)定的起始電位，循環(huán)伏安法電位與時(shí)間的關(guān)系為（見圖A）,圖A,若電極反應(yīng)為O＋ER，反應(yīng)前溶液中只含有反應(yīng)粒子O、且O、R在溶液均可溶，控制掃描起始電勢(shì)從比體系標(biāo)準(zhǔn)平衡電勢(shì)正得多的起始電勢(shì)?I處開始勢(shì)作正向電掃描，電流響應(yīng)曲線則如圖B所示。,圖B,,,,實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)原理,當(dāng)電極電勢(shì)逐漸負(fù)移到附近時(shí)，O開始在電極上還原，并有法拉第電流通過(guò)。由于電勢(shì)越來(lái)越負(fù)，電極表面反應(yīng)物O的濃度逐漸下降，因此向電極表面的流量和電流就增加。當(dāng)O的表面濃度下降到近于零，電流也增加到最大值IPC，然后電流逐漸下降。當(dāng)電勢(shì)達(dá)到?R后，又改為反向掃描。,實(shí)驗(yàn)原理,隨著電極電勢(shì)逐漸變正，電極附近可氧化的R粒子的濃度較大，在電勢(shì)接近并通過(guò)時(shí)，表面上的電化學(xué)平衡應(yīng)當(dāng)向著越來(lái)越有利于生成R的方向發(fā)展。于是R開始被氧化，并且電流增大到峰值氧化電流IPA，隨后又由于R的顯著消耗而引起電流衰降。整個(gè)曲線稱為“循環(huán)伏安曲線”。,根據(jù)循環(huán)伏安曲線圖中峰電流IP、峰電勢(shì)及峰電勢(shì)差?和掃描速率之間的關(guān)系，可以判斷電極反應(yīng)的可逆性。當(dāng)電極反應(yīng)完全可逆時(shí)，在25℃下，這些參數(shù)的定量表達(dá)式有（1）IPC＝269105N3/2D01/2Υ1/2ACM21,實(shí)驗(yàn)原理,即IPC與反應(yīng)物O的本體濃度成正比，與Υ1/2成正比。其中DO為O的擴(kuò)散系數(shù)（CM2S1），C為O的本體濃度（MOLDM3），Υ為掃描速率（VS－1）。（2）│IPC│＝│IPA│，即│IPC/IPA│＝1，并與電勢(shì)掃描速度Υ無(wú)關(guān)。,實(shí)驗(yàn)原理,（3）Δ?P＝59/N（MV），并?PC，?PA與掃描速度Υ和無(wú)關(guān)，為一定值。其中（2）與（3）是擴(kuò)散傳質(zhì)步驟控制的可逆體系循環(huán)伏安曲線的重要特征，是檢測(cè)可逆電極反應(yīng)的最有用的判據(jù)。,實(shí)驗(yàn)原理,儀器和藥品,CHI440電化學(xué)工作站1臺(tái)；電解池1個(gè)；玻碳電極（研究電極）、PT絲電極（輔助電極）、飽和甘汞電極（參比電極）各1支。不同濃度的K3FECN6溶液。,實(shí)驗(yàn)步驟,1電極處理將玻碳電極金相砂紙上磨光，然后用A12O3005ΜM懸乳液拋光成鏡面，依次用HNO3VHNO3VH2O11、丙酮、二次水超聲波清洗每次2MIN，再用二次水沖洗。,實(shí)驗(yàn)步驟,2．循環(huán)伏安掃描（1）將三電極分別插入電極夾的三個(gè)小孔中，使電極浸入電解質(zhì)溶液中。將CHI工作站的綠色夾頭夾玻碳電極，紅色夾頭夾PT絲電極，白色夾頭夾參比電極。,（2）點(diǎn)擊“T”（TECHNIQUE）選中對(duì)話框中“CYCLICVOLTAMMETRY”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“?”（PARAMETERS）選擇參數(shù)，“INITE”為05V，“HIGHE”為05V，“LOWE”為01V，“INITIALSCAN”為NEGATIVE，“SENSITIVITY”在掃描速度大于10MV時(shí)選5105，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“?”開始實(shí)驗(yàn)。,實(shí)驗(yàn)步驟,（3）分別以5MVS1、10MV?S1、20MVS1、50MVS1、80MVS1、100MVS1的掃描速率對(duì)5MMOLL1K3FECN6體系進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)，求出Δ?P、IPC、IPA，了解IPC、IPA、Δ?P與掃描速率的關(guān)系。,實(shí)驗(yàn)步驟,3．以100MV?S1的掃描速率分別對(duì)10MMOLL1、75MMOLL1、5MMOLL1、25MMOLL1、1MMOLL1的K3FECN6溶液進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，了解IPC、IPA、Δ?P與濃度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，桌面擦拭干凈。,實(shí)驗(yàn)步驟,數(shù)據(jù)處理,從循環(huán)伏安圖上讀出IPC、IPA、Δ?P，作IPC和IPACO圖。,未知試樣測(cè)定,以10MV?S1的掃描速率分別對(duì)未知濃度的K3FECN6溶液進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，根據(jù)IPC或IPACO圖,將未知液的IPC或IPA代入可求算出未知濃度。,注意事項(xiàng),（1）測(cè)定前仔細(xì)了解儀器的使用方法。（2）每一次循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)前，必須嚴(yán)格按照步驟1中所述，處理電極。,

簡(jiǎn)介：煤化學(xué)與工藝,王永剛中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）,第四章煤的結(jié)構(gòu),1830年煤的起源問(wèn)題解決后，科學(xué)家將目光逐步轉(zhuǎn)向煤結(jié)構(gòu)的研究20世紀(jì)初，試圖把煤結(jié)構(gòu)和起源相聯(lián)系迷茫；從一些反應(yīng)產(chǎn)物來(lái)推斷煤的結(jié)構(gòu)同樣被證明非常困難。因?yàn)檫@些產(chǎn)物幾乎和煤本身一樣復(fù)雜。,煤結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和發(fā)展,20世紀(jì)中葉前所說(shuō)的煤化學(xué)結(jié)構(gòu)，其實(shí)是元素分析和主要有機(jī)官能團(tuán)的分析,早期研究都揭示了煤科學(xué)研究的困難之處缺乏可能的實(shí)驗(yàn)在溫和條件下斷裂煤結(jié)構(gòu)缺乏必要的手段分析所得到的產(chǎn)物應(yīng)用新分析技術(shù)和新實(shí)驗(yàn)方法，建立模型作用將各種方式獲得的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)形成一種可用于判斷或預(yù)測(cè)的理論，有助于探測(cè)未知的現(xiàn)象和理解新的數(shù)據(jù),煤結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和發(fā)展,兩類煤分子的結(jié)構(gòu)模型“平均結(jié)構(gòu)單元模型”和“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型”,第一節(jié)煤的結(jié)構(gòu),一、煤的物理結(jié)構(gòu),煤的組成,FIG1DIAGRAMOFTHEMAJORCONSTITUENTSINCOALORGANICMATERIAL,FRAGMENTSOFPLANTDEBRISMACERALS,INORGANICINCLUSIONS,ANDANEXTENSIVEPORENETWORK,煤的組成有機(jī)質(zhì)礦物質(zhì)煤的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型－整體平均結(jié)構(gòu)單元模型－有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)一般以鏡質(zhì)組作為研究對(duì)象含量多組成均勻，變化平穩(wěn),煤的大分子結(jié)構(gòu),第一節(jié)煤的大分子結(jié)構(gòu),煤大分子結(jié)構(gòu)的基本概念煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本結(jié)構(gòu)單元的核基本結(jié)構(gòu)單元周圍的烷基側(cè)鏈和官能團(tuán)煤中的雜原子連接基本結(jié)構(gòu)單元的橋鍵煤中的低分子化合物,煤的大分子結(jié)構(gòu),煤大分子結(jié)構(gòu)的基本概念,煤的有機(jī)質(zhì)芳香結(jié)構(gòu)的環(huán)狀化合物90％非芳香結(jié)構(gòu)的化合物（低分子化合物）含量少煤的大分子結(jié)構(gòu)通常是指煤中芳香族化合物的結(jié)構(gòu),煤大分子結(jié)構(gòu)的基本概念,煤是由分子量不同、分子結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的一組“相似化合物”的混合物組成多個(gè)相似的“基本結(jié)構(gòu)單元”通過(guò)橋鍵連接而成的立體結(jié)構(gòu),煤大分子結(jié)構(gòu)的概念,基本結(jié)構(gòu)單元類似于聚合物的聚合單體，分規(guī)則和不規(guī)則兩部分規(guī)則部分由幾個(gè)或十幾個(gè)苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫等元素）縮聚而成，稱為基本結(jié)構(gòu)單元的核或芳香核不規(guī)則部分是連接在核周圍的烷基側(cè)鏈和各種官能團(tuán)隨著煤化程度的提高，構(gòu)成核的環(huán)數(shù)增多，連接在核周圍的側(cè)鏈和官能團(tuán)數(shù)量則不斷變短和減少,煤大分子結(jié)構(gòu)的基本概念,不同煤化程度煤的基本結(jié)構(gòu)單元,褐煤,次煙煤,高揮發(fā)分煙煤,低揮發(fā)分煙煤,無(wú)煙煤,,石墨,,PROPOSEDSTRUCTUALMODELSOFCARBONSCONSISTINGOFSIXMEMBERDRINGS,APROPOSEDSTRUCTUREOFCARBONBLACK,SHRIVER,DFATKINS,PW,LANGFORD,CH“INORGANICCHEMISTRY”,2NDED,OXFORD1994,ORGANICFUNCTIONALGROUPSATTHEEDGEOFCARBONS,AREFIVEORSEVENMEMEBERDRINGSAREGENERALLYINCLUDEDINMOLECULARSTRUCTURESOFCARBONS,THISMAYPRODUCESPECIALPROPERTIESOFCARBONSBUTDEFINITELYMAKESTHEMECHANISTICPROBLEMSCOMPLICATED,,,MENDOETAL,NANOLETTERS2003,3,723,,SERP,PETALAPPLCATALAGENERAL2003,253,337RTKBAKERETALCATALYSISTODAY2001,65,19,EDGEOFGRAPHITICCARBONSISLIKELYTOBEIMPORTANTFORCATALYSISWHATISTHEEDGEOFGRAPHITEQUESTIONSFROMMOLECULARCHEMISTS,MICROSTRUCTUREMODELOFACTIVATEDCARBON,芳碳率FCAR芳香族結(jié)構(gòu)的碳原子數(shù)與總碳原子數(shù)之比芳?xì)渎蔉HAR芳香族結(jié)構(gòu)的氫原子數(shù)與總氫原子數(shù)之比芳環(huán)率基本結(jié)構(gòu)單元中芳香環(huán)數(shù)與總環(huán)數(shù)之比,煤的結(jié)構(gòu)參數(shù),縮合環(huán)結(jié)構(gòu)，也稱芳香環(huán)或芳香核由不同縮合程度的芳香環(huán)構(gòu)成，也含有少量的氫化芳香環(huán)和氮、硫雜環(huán)低煤化程度煤以苯環(huán)、萘環(huán)和菲環(huán)為主中等煤化程度煙煤以菲環(huán)、蒽環(huán)和吡環(huán)為主,基本結(jié)構(gòu)單元的核,烷基側(cè)鏈甲基、乙基、丙基等基團(tuán),烷基側(cè)鏈的平均長(zhǎng)度,基本結(jié)構(gòu)單元周圍的烷基側(cè)鏈和官能團(tuán),含氧官能團(tuán)OH主要是酚羥基，煙煤的主要官能團(tuán)COOH褐煤特性官能團(tuán)，酸性比乙酸強(qiáng)CO無(wú)酸性，煤中分布很廣OCH3存在于泥炭和軟褐煤中O年老褐煤中占優(yōu)勢(shì),基本結(jié)構(gòu)單元周圍的烷基側(cè)鏈和官能團(tuán),含硫官能團(tuán)硫醇（RSH）硫醚（RSR’）二硫醚（RSSR’）硫醌雜環(huán)硫,煤中的雜原子,含氮官能團(tuán)主要以六元雜環(huán)、吡啶環(huán)或喹啉環(huán)等形式存在,還有胺基、亞胺基、腈基等,煤中的雜原子,煤的大分子是由若干基本結(jié)構(gòu)單元通過(guò)化學(xué)鍵連接而成的三維結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單元之間的連接是通過(guò)次甲基鍵、醚鍵、硫醚、次甲基醚以及芳香碳－碳鍵等橋鍵實(shí)現(xiàn)的隨煤化程度的提高，煤分子的結(jié)構(gòu)單元呈規(guī)律性變化，側(cè)鏈、官能團(tuán)數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)單元中縮合環(huán)數(shù)增加,連接基本結(jié)構(gòu)單元的橋鍵,存在一些分散著獨(dú)立的非芳香化合物，常稱低分子化合物低分子化合物與煤大分子主要通過(guò)氫鍵和范德華力結(jié)合來(lái)源于成煤植物（如樹脂、樹蠟、萜烯等）成煤過(guò)程中形成的未參與聚合的化合物以及形成的低分子聚合物煤中低分子化合物分兩類烴類和含氧化合物,煤中的低分子化合物,煤中可能存在的氫鍵結(jié)構(gòu)示意圖,煤大分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代概念示意圖,煤是三維空間高度交聯(lián)的非晶質(zhì)的高分子縮聚物結(jié)構(gòu)單元的核心是縮合芳香核結(jié)構(gòu)單元的周邊有不規(guī)則部分結(jié)構(gòu)單元之間由橋鍵連接氧、氮、硫的存在形式低分子化合物煤化程度對(duì)煤結(jié)構(gòu)的影響,煤大分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代概念,煤不是由均一的單體聚合而成的，而是由許多結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的基本結(jié)構(gòu)單元通過(guò)橋鍵連接而成的。結(jié)構(gòu)單元由規(guī)則的縮合芳香核與不規(guī)則的、連接在核上的側(cè)鏈和官能團(tuán)兩部分構(gòu)成,煤是三維空間高度交聯(lián)的非晶質(zhì)的高分子縮聚物,縮合芳香核為縮聚的芳環(huán)、氫化芳環(huán)或各種雜環(huán)，環(huán)數(shù)隨煤化程度的提高而增加。碳含量為70％－83％時(shí)，平均環(huán)數(shù)為2；碳含量為83％－90％時(shí)，平均環(huán)數(shù)為3－5；碳含量大于90％時(shí)，環(huán)數(shù)急劇增加；碳含量大于95％時(shí)，平均環(huán)數(shù)大于40,結(jié)構(gòu)單元的核心是縮合芳香核,連接在縮合芳香核上的不規(guī)則部分包括烷基側(cè)鏈和官能團(tuán)烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)度隨煤化程度的提高而縮短；官能團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)，包括羥基、羧基、羰基、甲氧基等，隨煤化程度的提高，甲氧基、羧基很快消失，其它含氧基團(tuán)在各種煤化程度的煤中均有存在有少量的含硫官能團(tuán)和含氮官能團(tuán),結(jié)構(gòu)單元的不規(guī)則部分,橋鍵的主要類型－CH2－－O－－S－－O－CH2－CAR－CAR鍵橋鍵數(shù)量與類型與煤化程度的關(guān)系低煤化程度的煤橋鍵最多主要是前三種中等煤化程度的煤橋鍵最少主要是前二者無(wú)煙煤橋鍵較煙煤增多主要是CAR－CAR鍵,連接結(jié)構(gòu)單元的橋鍵,氧的存在形式除了官能團(tuán)外，還有醚鍵和雜環(huán)硫的存在形式有巰基、硫醚和噻吩等氮的存在形式有吡咯環(huán)、胺基和亞胺基等,氧、氮、硫的存在形式,在煤高分子化合物的縫隙中還獨(dú)立存在著具有非芳香族結(jié)構(gòu)的低分子化合物，它們主要是脂肪族化合物，如褐煤、泥炭中廣泛存在的樹脂、蠟等其分子量在500左右或以下,低分子化合物,低煤化程度的煤含有較多的非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團(tuán)，芳香核的環(huán)數(shù)較少。年輕煤的規(guī)則部分小，側(cè)鏈長(zhǎng)而多，官能團(tuán)也多，因此形成比較疏松的空間結(jié)構(gòu)，具有較大的孔隙率和較高的比表面積中等煤化程度的煤含氧官能團(tuán)和烷基側(cè)鏈少，芳核上有所增大，結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵減少，使煤的結(jié)構(gòu)較為致密，孔隙率低，故煤的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)在此處發(fā)生轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)極值,煤化程度對(duì)煤結(jié)構(gòu)的影響,年老煤的縮合環(huán)顯著增大，大分子排列的有序化增強(qiáng)，形成大量的類似石墨結(jié)構(gòu)的芳香層片，同時(shí)由于有序化增強(qiáng)，使得芳香層片排列得更加緊密，產(chǎn)生了收縮應(yīng)力，以致形成了新的裂隙。這是無(wú)煙煤階段孔隙率和比表面積增大的主要原因,煤化程度對(duì)煤結(jié)構(gòu)的影響,第二節(jié)煤結(jié)構(gòu)的研究方法,煤結(jié)構(gòu)的研究方法,碎片信息重組法物理儀器直接分析法統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)解析法計(jì)算機(jī)模擬技術(shù),方法,一、碎片信息重組方法,碎片信息重組法原理碎片特征＋碎片間鍵的特征＝大分子的特征,溶劑抽提法常用來(lái)研究煤的結(jié)構(gòu)，但未能取得滿意結(jié)果。未能找到一種能完全溶解煤的溶劑，能溶的只是一小部分，抽出物本身仍是一個(gè)很復(fù)雜的混合物，因此不能以此來(lái)論證煤的結(jié)構(gòu)全貌。常與儀器分析法相結(jié)合氯仿和苯乙醇抽提物分子量500左右，通常為煤中的低分子化合物利用吡啶抽提可以計(jì)算出兩個(gè)交聯(lián)點(diǎn)之間高分子鏈的平均分子量,二、物理儀器分析方法,煤的XRD研究,煤的XRD研究,三種煤的XRD譜圖1C94289378,煙煤顯微組分的XRD譜圖1惰質(zhì)組2鏡質(zhì)組3殼質(zhì)組,煤的XRD研究,煤的XRD研究,煤的芳香層片大小與碳含量的關(guān)系,煤的紅外光譜,1－OH,NH2－脂肪CH3－CO4－芳環(huán)5－CH2,CH36－CH37－C－O－C，C－O－8,9,10－縮合芳環(huán),不同煤化度煤的IR圖譜,煤的核磁光譜研究,一種煙煤的吡啶抽提物的1HNMR圖譜,煤及其吡啶抽提物的13CNMR圖譜1－原煤FCAR＝0762－吡啶抽提物FCAR＝0753－吡啶不溶物FCAR＝075,煤的CP/MAS13CNMR研究,不同煤化度煤的CP/MAS13CNMR圖譜,1HNMR和FTIR聯(lián)合解析,平朔煙煤小分子餾分的平均分子結(jié)構(gòu)的1HNMR和FTIR聯(lián)合解析,應(yīng)用結(jié)構(gòu)解析法的原理，根據(jù)煤的加和性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系，在不使煤質(zhì)發(fā)生破壞的前提下，通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算和圖解，求取平均結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并根據(jù)煤的結(jié)構(gòu)性質(zhì)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校正，來(lái)定量地描述煤的結(jié)構(gòu)特征,三、統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)解析方法DWKREVELEN（荷蘭）首先將統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)解析法引入煤的結(jié)構(gòu)研究，創(chuàng)立煤化學(xué)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)解析法,統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)解析法研究效果,煤大分子的芳香度與煤化度的關(guān)系,1－統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)解析法2－寬線NMR波譜法3－IR波譜法4－13CNMR波譜法,CAMD計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)方法采用異構(gòu)體發(fā)生器計(jì)算程序最小能量構(gòu)型計(jì)算法量子化學(xué)計(jì)算法目前計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果還嚴(yán)重地依賴于人們輸入的煤初始結(jié)構(gòu)，煤的反應(yīng)數(shù)據(jù)還難于體現(xiàn)在模擬模型中，這種模擬結(jié)果的實(shí)際意義是值得懷疑的，但為煤化學(xué)的研究開辟了新的領(lǐng)域，使煤結(jié)構(gòu)的研究發(fā)生了從定性到定量的質(zhì)變，將有助于真正從分子水平上認(rèn)識(shí)煤的結(jié)構(gòu),四、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù),第三節(jié)煤的結(jié)構(gòu)模型,一、煤的物理結(jié)構(gòu),煤結(jié)構(gòu)模型的分類,平均結(jié)構(gòu)單元模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型綜合結(jié)構(gòu)模型化學(xué)結(jié)構(gòu)模型物理結(jié)構(gòu)模型綜合結(jié)構(gòu)模型,一、煤的物理結(jié)構(gòu),一、煤的平均結(jié)構(gòu)單元模型根據(jù)煤結(jié)構(gòu)的碎片特征信息和分子成鍵的知識(shí)構(gòu)造的反映有機(jī)質(zhì)主要特征的模型,FUCHS結(jié)構(gòu)模型GIVEN結(jié)構(gòu)模型WISER結(jié)構(gòu)模型本田結(jié)構(gòu)模型SHINN結(jié)構(gòu)模型,一、煤的物理結(jié)構(gòu),FUCHS模型20世紀(jì)60年代以前的代表模型。由WFUCHS（德）提出，1957年經(jīng)VANKREVELEN修改,特點(diǎn)二戰(zhàn)前，以化學(xué)研究方法為主，僅獲得一些定性的概念，可用于建模的定量數(shù)據(jù)很少。采用“統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)分析”方法，第一次突破。定量描述了煤結(jié)構(gòu)中的芳香和脂肪簇，并首次引用X射線分析和紅外光譜的結(jié)果來(lái)證明其結(jié)論。特點(diǎn)是具有很大的蜂窩狀縮合芳香環(huán)比較片面，不能全面反映煤結(jié)構(gòu)的特征,一、煤的物理結(jié)構(gòu),GIVEN模型1960年，PHGIVEN（英）首次提出當(dāng)時(shí)獲公認(rèn)的“結(jié)構(gòu)單元”模型,特點(diǎn)低煤化度煙煤，首次提出煤具有三維空間結(jié)構(gòu)，主要是萘環(huán)以脂環(huán)互聯(lián)，分子線性排列構(gòu)成折疊狀的無(wú)序的三維空間大分子；存在各種官能團(tuán)、氫鍵和含氮雜環(huán)；加強(qiáng)了氫化芳環(huán)結(jié)構(gòu)，在煤液化過(guò)程初期具有供氫活性,C82,一、煤的物理結(jié)構(gòu),WISER模型1975年，WHWISER（美）,特點(diǎn)引入了用以解釋煤熱解、加氫、氧化等化學(xué)反應(yīng)的弱鍵和橋鍵，較為全面和合理,一、煤的物理結(jié)構(gòu),本田模型,特點(diǎn)考慮了低分子化合物的存在，縮合環(huán)以菲為主，由較長(zhǎng)的次甲基鍵相連接；但沒(méi)有考慮氮和硫的結(jié)構(gòu),一、煤的物理結(jié)構(gòu),SHINN模型1984年，JHSHINN根據(jù)一段和兩段液化產(chǎn)物分布提出的，又稱反應(yīng)結(jié)構(gòu)模型，目前廣為接受,C661H561N4O74S6MG10023,特點(diǎn)以煙煤為對(duì)象，分子量1萬(wàn)為單位。假設(shè)芳環(huán)或氫化芳環(huán)由較短的脂鏈和醚鍵相連，形成大分子聚集體，小分子相鑲嵌于聚集體孔洞或空穴中，可通過(guò)溶劑溶解抽提出來(lái)。受液化過(guò)程中溶劑作用的影響，沒(méi)有表示出煤中存在的低分子化合物,一、煤的物理結(jié)構(gòu),金剛烷結(jié)構(gòu)模型根據(jù)次氯酸鈉氧化煤的試驗(yàn)結(jié)果提出,特點(diǎn)認(rèn)為煤基本不是芳香結(jié)構(gòu)，而是一種特殊的聚金剛烷結(jié)構(gòu)，即與金剛石相似而不與石墨相似。金剛烷十分穩(wěn)定，但煤在加氫液化條件下卻發(fā)生強(qiáng)烈降解，故煤中存在此結(jié)構(gòu)是完全可能的，但整體都是這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有足夠依據(jù),C10H16,一、煤的物理結(jié)構(gòu),煤的平均結(jié)構(gòu)單元模型小結(jié),按經(jīng)典化學(xué)方法被描述為原子、化學(xué)鍵和官能團(tuán)的組合，直觀地展示煤結(jié)構(gòu)的可能形式，并解釋了一定的反應(yīng)現(xiàn)象批評(píng)和質(zhì)疑GIVEN認(rèn)為從基本分析參數(shù)可提出很多模型，本類模型不能反映真實(shí)結(jié)構(gòu)，僅反映科學(xué)家的個(gè)人偏好，也不足以反映煤的結(jié)構(gòu)差異，無(wú)法解釋一些新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如HNMR發(fā)現(xiàn)煤中質(zhì)子的馳豫時(shí)間有快慢兩類型，顯證煤中存在兩種不同的結(jié)構(gòu)；與本模型相矛盾無(wú)法解釋煤在有機(jī)溶劑中的溶脹現(xiàn)象和在特定溶劑中的高抽提率等,一、煤的物理結(jié)構(gòu),二、煤的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型高分子物理化學(xué)的應(yīng)用,HIRSCH模型交聯(lián)模型兩相模型締合模型其它網(wǎng)絡(luò)模型CODY的剛性鏈模型PAINTER的離子聚合物模型,一、煤的物理結(jié)構(gòu),HIRSCH模型1954年P(guān)BHIRSCH根據(jù)XRD結(jié)果提出,特點(diǎn)直觀，解釋了不少現(xiàn)象；但“芳香層片”含義不確切，也未能反映煤分子構(gòu)成的不均一性,一、煤的物理結(jié)構(gòu),交聯(lián)模型1982年，LARSEN提出,特點(diǎn)非共價(jià)鍵在煤大分子結(jié)構(gòu)中起著重要作用，氫鍵在處于玻璃態(tài)的煤中起交聯(lián)作用，類似于高分子化合物之間的交聯(lián)，可很好地解釋煤在有機(jī)溶劑中的不被完全溶解的現(xiàn)象,一、煤的物理結(jié)構(gòu),兩相模型1986年，GIVEN據(jù)HNMR研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的馳豫時(shí)間有快慢兩種類型而提出的,特點(diǎn)煤分子既有共價(jià)鍵結(jié)合（交聯(lián)），又有物理締合（分子間力）。低階煤中，非共價(jià)鍵以離子鍵和氫鍵為主；高階煤中，電荷相互作用和電荷轉(zhuǎn)移力為主。很好解釋了煤在溶劑中的黏彈性、力學(xué)性能和溶脹行為。,一、煤的物理結(jié)構(gòu),締合模型1992年，NASHIOKA在分布溶劑萃取試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)抽提物的煤分子量呈連續(xù)分布而提出,特點(diǎn)煤中存在強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間作用，分子簇間靠靜電型或其它非共價(jià)鍵作用堆積成更大的聯(lián)合體，最終形成多孔的有機(jī)物，而非傳統(tǒng)意義上所認(rèn)為的交聯(lián)共價(jià)鍵,一、煤的物理結(jié)構(gòu),煤是由芳香簇組成的具有剛性鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些芳香簇被亞甲基和醚橋連接在一起。由于立體空間位阻的關(guān)系，在通過(guò)橋鍵連接的簇中，鍵的旋轉(zhuǎn)是被禁阻和延緩的，并且有可觀的松弛時(shí)間特征。因此煤不能像柔性鏈構(gòu)成的彈性體那樣，對(duì)應(yīng)力可以通過(guò)構(gòu)象重排來(lái)迅速反映,CODY的剛性鏈模型綜合網(wǎng)絡(luò)模型,一、煤的物理結(jié)構(gòu),PAINTER離子聚合物模型綜合網(wǎng)絡(luò)模型,源于對(duì)酸洗脫礦物質(zhì)是否會(huì)引起煤結(jié)構(gòu)變化研究認(rèn)為煤中應(yīng)有兩種交聯(lián)結(jié)構(gòu)“永久”型共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，僅僅在高溫或化學(xué)反應(yīng)才能斷裂“可逆”型交聯(lián)結(jié)構(gòu)，主要與離子結(jié)構(gòu)有關(guān)。對(duì)低至中階煤主要是羧酸鹽形成的離子簇，對(duì)高階煤主要是Π陽(yáng)離子相互作用。作為煤結(jié)構(gòu)的重要組成部分，起到了“可逆”交聯(lián)的作用。而氫鍵與之相比，弱至不予考慮,一、煤的物理結(jié)構(gòu),PAINTER離子聚合物模型綜合網(wǎng)絡(luò)模型,SCHEMATICREPRESENTATIONOFLOCALSTRUCTURESOFZINCIONOMERSCARBOXYLICACID“MONOMER”A,CARBOXYLICACIDDIMERB,TETRACOORDINATEDZINCCARBOXYLATEC,HEXACOORDINATEDZINCCARBOXYLATED,ANDZINCACIDSALTE,一、煤的物理結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的作用力本質(zhì)分類,兩相模型屬于共價(jià)鍵型，締合模型屬于非共價(jià)鍵型,煤結(jié)構(gòu)的綜合模型,OBERLIN模型AOBERLIN用高分辨率TEM研究煤結(jié)構(gòu)并結(jié)合FUCHS和HIRSH的工作提出特點(diǎn)稠環(huán)個(gè)數(shù)較多，最大有8個(gè)苯環(huán)，對(duì)煤中卟啉的存在有重點(diǎn)描述SPHERE模型GRIGORIEW等用X射線衍射徑向分布函數(shù)法研究煤的結(jié)構(gòu)后提出特點(diǎn)首次提出煤中具有20個(gè)苯環(huán)的稠環(huán)芳香結(jié)構(gòu)，可解釋煤的電子光譜和顏色,三、煤的其它結(jié)構(gòu)模型,一、煤的物理結(jié)構(gòu),煤結(jié)構(gòu)模型的局限性,盡管每一模型都有相關(guān)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的有力支持，但沒(méi)有一種模型可以解釋所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。也許對(duì)于煤這種復(fù)雜物質(zhì)，也不存在這樣一種模型對(duì)于從一開始煤科學(xué)就面臨的問(wèn)題，仍然不能給出確切的答案。雖然“標(biāo)準(zhǔn)”或“公認(rèn)”的模型仍把煤認(rèn)為是共價(jià)交聯(lián)的大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，煤交聯(lián)鍵的本質(zhì)仍然是引起爭(zhēng)論的問(wèn)題,“TOWARDSANUNDERSTANDINGOFTHECOALSTRUCTURE”MARZECA,THANKS,

簡(jiǎn)介：中山大學(xué)虛擬化方案簡(jiǎn)述,瞿俊雄2010511,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,二、追憶IT十年演化歷程,三、對(duì)比虛擬化趨勢(shì),,四、實(shí)例原型與應(yīng)用,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,1、學(xué)院云架構(gòu)基本硬件列表服務(wù)器7臺(tái)（3臺(tái)P2V4臺(tái)SAN，提供20TB存儲(chǔ)空間）交換機(jī)CISCO3750、CISCO2960IPKVMPDU（機(jī)柜電源插座，帶IP）備注化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,2、學(xué)院云架構(gòu)基本軟件列表ESX40VMWAREVSPHERE、VCENTEROPENFILERMICROSOFTSERVER2008STANDARDR2X64ENCISCOIOS,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,3、成效HAFC業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)訪問(wèn)分離按照功能劃分不同功能的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)冗余確保數(shù)據(jù)安全負(fù)載均衡提供穩(wěn)定的業(yè)務(wù)訪問(wèn)容錯(cuò)保證數(shù)據(jù)完整性故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移保證業(yè)務(wù)連續(xù)性,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,4、應(yīng)用部署VCENTER云架構(gòu)管理平臺(tái)IIS網(wǎng)站服務(wù)（WEB00177個(gè)站點(diǎn)、WEB00294個(gè)站點(diǎn)）FILEZILLAFTP服務(wù)AD域管理MDT客戶端自動(dòng)化系統(tǒng)部署APPV客戶端軟件虛擬化MFC客戶端病毒防護(hù)系統(tǒng)集中部署WTS終端服務(wù)器FSS文件共享EXCHANGE內(nèi)部郵件系統(tǒng)DHCP動(dòng)態(tài)IP分配，為客戶端提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)DNS負(fù)責(zé)AD內(nèi)域名解析,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,一、現(xiàn)狀虛擬化集群,,,群集展示,性能實(shí)時(shí)監(jiān)控,存儲(chǔ)管理,未采用虛擬化集群方案之前，學(xué)院IT運(yùn)維的困境單點(diǎn)故障發(fā)生單點(diǎn)故障時(shí)，對(duì)外業(yè)務(wù)中斷，救火頻繁數(shù)據(jù)安全雖然采取熱備份以及離線備份，但是難以保證離線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步用戶增長(zhǎng)隨著用戶的增長(zhǎng)，服務(wù)器負(fù)荷增加，響應(yīng)速率降低設(shè)備浪費(fèi)幽靈服務(wù)器、流氓服務(wù)器,二、追憶IT十年演化歷程,二、追憶IT十年演化歷程,三、對(duì)比虛擬化趨勢(shì),思考相同的應(yīng)用，常規(guī)部署與虛擬化所需的成本,三、對(duì)比虛擬化趨勢(shì),虛擬化優(yōu)勢(shì)減少所需物理服務(wù)器的數(shù)量改進(jìn)服務(wù)器的可用性和運(yùn)行時(shí)間降低能耗和制冷成本降低IT運(yùn)營(yíng)費(fèi)用減少服務(wù)器配置時(shí)間加快災(zāi)難恢復(fù)的速度提高管理效率,三、對(duì)比虛擬化趨勢(shì),,四、實(shí)例,原型中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院機(jī)房應(yīng)用馬士基在深圳、香港的亞太地區(qū)數(shù)據(jù)中心（3000萬(wàn)美元）,技術(shù)的團(tuán)隊(duì)，成長(zhǎng)的平臺(tái),厚樸工作室HTTP//CESYSUEDUCN/HOPE中山大學(xué)數(shù)據(jù)分析中心HTTP//SJZXSYSUEDUCN,

簡(jiǎn)介：7圖樣畫法,71視圖,72剖視圖,73斷面圖,74其他表達(dá)方法,75第三角投影法簡(jiǎn)介,一、基本視圖,右視圖,在三視圖主視圖、俯視圖、左視圖基礎(chǔ)上增加,后視圖,仰視圖,1基本概念,從右向左投影,從下向上投影,從后向前投影,,,71視圖,,,,六個(gè)投影面的展開,,,,除后視圖外，靠近主視圖是后面，遠(yuǎn)離主視圖是前面。,基本視圖的投影關(guān)系,?投影關(guān)系仍遵守“長(zhǎng)對(duì)正，高平齊，寬相等”,?方位關(guān)系,,,2基本視圖的畫法及標(biāo)注,可自由配置的視圖稱為向視圖,※畫向視圖時(shí)，應(yīng)在視圖上方標(biāo)出視圖的名稱“向”，同時(shí)在相應(yīng)的視圖附近用箭頭指明投射方向，并注上相同的字母。,基本視圖的配置,,,向視圖配置,二、局部視圖,將機(jī)件的某一部分（即局部）向基本投影面投射所得的視圖稱為局部視圖,畫法及標(biāo)注,,,三、斜視圖,,問(wèn)題對(duì)于機(jī)件上的傾斜部分由于不平行基本投影面，那么該部分在基本投影面的投影不反映實(shí)形。,,（1）增加一個(gè)與傾斜表面平行的輔助投影面。,解決辦法,（2）將傾斜部分向輔助投影面投射。,,,斜視圖是機(jī)件向不平行于基本投影面的平面投影所得的視圖,,,斜視圖的畫法及標(biāo)注,斜視圖通常按向視圖形式配置。必須在視圖上方標(biāo)出名稱“”,用箭頭指明投影方向，并在箭頭旁水平注寫相同字母。,斜視圖只使用于表達(dá)機(jī)件傾斜部分的局部形狀。其余部分不必畫出，其斷裂邊界處用波浪線表示。,,,斜視圖一般按投影關(guān)系配置，便于看圖。必要時(shí)也可配置在其它適當(dāng)位置。在不致引起誤解時(shí)，允許將傾斜圖形旋轉(zhuǎn)便于畫圖，旋轉(zhuǎn)后的斜視圖上應(yīng)加注旋轉(zhuǎn)符號(hào)。,綜合舉例,,,在用視圖表達(dá)機(jī)件時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都用虛線來(lái)表示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀越復(fù)雜，視圖中就會(huì)出現(xiàn)許多虛線，這樣會(huì)影響圖面清晰，不便于看圖和標(biāo)注尺寸。,為了減少視圖中的虛線，使圖面清晰，可以采用剖視的方法來(lái)表達(dá)機(jī)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀。,,,72剖視圖,一、剖視圖的基本概念,1剖視圖的形成,假想用剖切面剖開機(jī)件，將處在觀察者和剖切面之間的部分移去，而將其余部分全部向投影面投影所得的圖形稱剖視圖，并在剖面區(qū)域內(nèi)畫上剖面符號(hào)。,,,,2剖視圖的畫法,1確定剖切面的位置。,2將處在觀察者和剖切面之間的部分移去，而將其余部分全部向投影面投射；不同的視圖可以同時(shí)采用剖視。,3在剖面區(qū)域內(nèi)畫上剖面符號(hào)；剖視圖中的虛線一般可省略。,,,4剖面符號(hào)不同的材料有不同的剖面符號(hào)，有關(guān)剖面符號(hào)的規(guī)定見下表。在繪制機(jī)械圖樣時(shí)，用得最多的是金屬材料的剖面符號(hào)。,,,3畫剖視圖的注意事項(xiàng),①剖切平面的選擇一般都選特殊位置平面，如通過(guò)機(jī)件的對(duì)稱面、軸線或中心線；被剖切到的實(shí)體其投影反映實(shí)形。,②剖切是一種假想過(guò)程，其它視圖仍就完整畫出。,③剖切面后面的可見部分應(yīng)該全部畫出。,④在剖視圖上已經(jīng)表達(dá)清楚的結(jié)構(gòu),其表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的虛線省略不畫。但沒(méi)有表示清楚的結(jié)構(gòu)，允許畫少量虛線。,⑤剖面線為細(xì)實(shí)線，最好與主要輪廓或剖面區(qū)域的對(duì)稱線成45°角；同一物體的剖面區(qū)域，其剖面線畫法應(yīng)一致。,,,二、剖視圖的種類,1全剖視圖,用剖切平面（一個(gè)或幾個(gè)）完全地剖開機(jī)件所得的剖視圖稱為全剖視圖,全剖視圖適用于機(jī)件外形比較簡(jiǎn)單，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，圖形又不對(duì)稱時(shí)。,剖視圖適用范圍,,,如果單一剖切平面通過(guò)機(jī)件的對(duì)稱平面或基本對(duì)稱平面，且剖視圖按投影關(guān)系配置，中間又沒(méi)有其它圖形隔開時(shí)，可省略標(biāo)注。,2半剖視圖,問(wèn)題如果采用全剖，就不能表達(dá)此機(jī)件的外形，即前面的耳板沒(méi)表達(dá)清楚。怎么辦,,,解決辦法主視圖采用半剖視圖,畫法以對(duì)稱線為界，一半畫視圖，一半畫剖視。注意不能用輪廓線代替分界線,,,動(dòng)畫演示,已表達(dá)清楚的內(nèi)形虛線不畫,半剖視的適用范圍,內(nèi)、外形狀比較復(fù)雜都需要表達(dá)，而機(jī)件形狀又基本對(duì)稱時(shí)采用。,,,完整的半剖視圖表達(dá)方案,耳板的孔也只能采用半剖視圖來(lái)表達(dá)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如A－A。,3局部剖視圖,用剖切平面局部地剖開機(jī)件所得的剖視圖稱為局部剖視圖簡(jiǎn)稱局部剖,問(wèn)題圖中的圓孔需要表達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)怎么辦,可以采用局部剖視圖來(lái)表達(dá),,,,畫局部剖視圖時(shí)，剖切平面的位置與范圍應(yīng)根據(jù)機(jī)件需要而決定，剖開部分與視圖之間的分界線用波浪線表示。波浪線表示機(jī)件斷裂痕跡，因而波浪線應(yīng)畫在機(jī)件的實(shí)體部分，不能超出視圖之外，不允許用輪廓線來(lái)代替，也不允許和圖樣上的其它圖線重合,,,局部剖視圖適用范圍,①只需要表達(dá)機(jī)件上局部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形狀，不必或不宜采用全剖視。,②實(shí)心桿上的孔、槽等結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用局部剖視。,,,③當(dāng)對(duì)稱機(jī)件的輪廓線與中心線重合，不宜采用半剖視時(shí)。,,,注意畫局部剖容易出問(wèn)題的地方,①局部剖的波浪線不能與圖上的輪廓線重合，也不允許和圖樣上的其它圖線重合。,錯(cuò)誤,正確,,,②波浪線表示機(jī)件斷裂痕跡，因而波浪線應(yīng)畫在機(jī)件的實(shí)體部分，不能超出輪廓線之外。,,,4旋轉(zhuǎn)剖,兩相交剖切平面，其交線應(yīng)垂直于某一基本投影面。用兩相交剖切平面剖開機(jī)件的剖切方法稱為旋轉(zhuǎn)剖,采用這種方法畫剖視圖時(shí)，先假想按剖切位置剖開機(jī)件，然后將被剖切平面剖開的傾斜部分結(jié)構(gòu)及其有關(guān)部分，繞回轉(zhuǎn)中心（旋轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)到與選定的基本投影面平行后再投影。,,,5階梯剖,如果機(jī)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較多，又不處于同一平面內(nèi)，并且被表達(dá)結(jié)構(gòu)無(wú)明顯的回轉(zhuǎn)中心時(shí)，可用幾個(gè)平行的剖切平面剖開機(jī)件，這種剖切方法稱為階梯剖，如圖,,,注意在畫階梯剖時(shí)應(yīng)把幾個(gè)平行的剖切平面看作一個(gè)剖切平面，因此在剖視圖中各剖切平面的分界處轉(zhuǎn)折處不必畫出。還應(yīng)注意剖切符號(hào)不得與圖形中的任何輪廓線重合，不應(yīng)在圖形中出現(xiàn)不完整要素，有公共對(duì)稱中心線或軸線時(shí)，可以各畫一半,如下圖,,,A,B,C,僅當(dāng)兩個(gè)要素在圖形上具有公共對(duì)稱中心線或軸線時(shí)，可以各畫一半，并且以對(duì)稱中心線或軸線為界。,AA,具有公共對(duì)稱線的兩要素可各畫一半,6復(fù)合剖,相交剖切平面與平行剖切平面的組合稱為組合剖切平面。用組合剖切平面剖開機(jī)件的剖切方法稱為復(fù)合剖，如下圖。,動(dòng)畫演示,,,7斜剖,用不平行于任何基本投影面的剖切平面剖開機(jī)件的剖切方法稱為斜剖，如下圖,斜剖視圖一般應(yīng)畫在箭頭所指的方向，并保持投影關(guān)系，在不致引起誤解時(shí)，允許將傾斜圖形旋轉(zhuǎn)，但應(yīng)在圖形上方加注旋轉(zhuǎn)符號(hào)。,,,AA旋轉(zhuǎn),假想用剖切平面將機(jī)件的某處切斷，僅畫出斷面的圖形，這樣的圖形稱為斷面圖，如圖,一、斷面圖的種類,1移出斷面斷面圖配置在視圖輪廓線之外,畫在視圖之外，規(guī)定輪廓線用粗實(shí)線繪制。盡量配置在剖切線的延長(zhǎng)線上，也可畫在其他適當(dāng)?shù)奈恢谩?⑴移出斷面圖的畫法,73斷面圖,,,2當(dāng)剖切平面通過(guò)非圓孔，會(huì)導(dǎo)致完全分離的兩個(gè)斷面時(shí)，這些結(jié)構(gòu)也應(yīng)按剖視畫。,移出斷面一般用剖切符號(hào)表示剖切的起止位置，用箭頭表示投影方向，并注上大寫拉丁字母，在斷面圖的上方用同樣的字母標(biāo)出相應(yīng)的名稱“”，如圖,1剖切平面通過(guò)回轉(zhuǎn)面形成的孔或凹坑的軸線時(shí)，應(yīng)按剖視畫。,,,注有時(shí)為了得到完整的斷面圖，也允許中間不斷開。,3由兩個(gè)或多個(gè)相交的剖切平面剖切得出的移出斷面，中間一般應(yīng)斷開見下圖。,,,（2）移出斷面圖的標(biāo)注方法,①配置在剖切符號(hào)的延長(zhǎng)線上的不對(duì)稱移出斷面，可省略名稱（字母），若對(duì)稱可不標(biāo)注。,②配置不在剖切符號(hào)的延長(zhǎng)線上的對(duì)稱移出斷面，可省略箭頭。,③其余情況必須全部標(biāo)注。,,,2重合斷面,重合斷面的輪廓線用細(xì)實(shí)線繪制，當(dāng)視圖中的輪廓線與重合斷面的圖形重疊時(shí)，視圖中的輪廓線仍需完整、連續(xù)地畫出，不可間斷。,⑴重合斷面的畫法,⑵重合斷面的標(biāo)注方法,①配置在剖切線上的不對(duì)稱的重合斷面圖，可不標(biāo)注名稱（字母），見上圖A。,②對(duì)稱的重合斷面圖，可不標(biāo)注，見上圖B。,斷面圖配置在剖切平面跡線處，并與原視圖重合稱重合斷面,A,B,,,將機(jī)件的部分結(jié)構(gòu)，用大于原圖形所采用的比例畫出的圖形稱為局部放大圖。它用于機(jī)件上較小結(jié)構(gòu)的表達(dá)和尺寸標(biāo)注?？梢援嫵梢晥D、剖視、斷面等形式，與被放大部位的表達(dá)形式無(wú)關(guān)。圖形所用的放大比例應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而定，與原圖比例無(wú)關(guān)，如圖,一、局部放大圖,被放大部位用細(xì)實(shí)線圈出，用指引線依次注上羅馬數(shù)字,在局部放大圖的上方用分?jǐn)?shù)形式標(biāo)注，如圖,74其他表示方法,,,二、簡(jiǎn)化畫法,對(duì)于機(jī)件的肋、輪輻、薄壁等實(shí)心圓桿狀及板狀結(jié)構(gòu)，如按縱向剖切，肋板不畫剖面符號(hào)，而用粗實(shí)線將它與其鄰接部分分開。,1剖視圖中的簡(jiǎn)化畫法,,,按縱向剖切即剖切平面與肋輪輻或薄壁厚度方向的對(duì)稱平面重合或平行。,正確,錯(cuò)誤,,,②當(dāng)機(jī)件上均勻分布在一個(gè)圓周上的肋、輪輻、孔等結(jié)構(gòu)不處于剖切平面上時(shí)，可將這結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到剖切平面上畫出。,肋不對(duì)稱畫成對(duì)稱,孔未剖到畫成剖到,均勻分布且直徑相同的孔，可以只畫出一個(gè)或幾個(gè)，其余只需用細(xì)點(diǎn)劃線表示其中心位置。,,,2移出斷面中的簡(jiǎn)化畫法,零件圖中的移出斷面，在不致引起誤解的前提下，允許省略剖面符號(hào)，但應(yīng)按前面講的移出斷面標(biāo)注方法進(jìn)行標(biāo)注，如下圖,,,3相同結(jié)構(gòu)要素的簡(jiǎn)化畫法,機(jī)件上若干相同結(jié)構(gòu)（齒、槽、孔等），按一定規(guī)律分布時(shí)，只需畫出幾個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，其余用細(xì)實(shí)線連接或畫出中心線位置，但在圖上應(yīng)注明該結(jié)構(gòu)的總數(shù)，如下圖,,,4較小結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化畫法,對(duì)于機(jī)件上較小結(jié)構(gòu)，如已有其它圖形表示清楚，且又不影響讀圖時(shí)，可不按投影而按簡(jiǎn)化畫法畫出或省略。,斜度不大時(shí)可按小端畫出,與投影面傾斜角度小于或等于30°的斜面上的圓或圓弧，其投影可以用圓或圓弧代替等，如左圖頂面的俯視畫法,較小結(jié)構(gòu)相貫線的簡(jiǎn)化畫法,,,5當(dāng)圖形不能充分表示平面時(shí)，可用平面符號(hào),如下圖所示機(jī)件上的平面，可在輪廓線附近用平面符號(hào)（相交兩細(xì)實(shí)線）來(lái)表示。,,,6對(duì)稱圖形的簡(jiǎn)化畫法,在不致引起誤解時(shí)，對(duì)稱機(jī)件的視圖可以只畫一半或四分之一，并在中心線的兩端畫出兩條與該中心線垂直的平行細(xì)實(shí)線，如圖。,,,較長(zhǎng)零件的簡(jiǎn)化畫法,7較長(zhǎng)機(jī)件的簡(jiǎn)化畫法,軸、桿類較長(zhǎng)的機(jī)件，當(dāng)沿長(zhǎng)度方向形狀相同或按一定規(guī)律變化時(shí)，允許斷開畫出。,標(biāo)注尺寸時(shí)，仍注實(shí)長(zhǎng)。,,,75第三角投影法簡(jiǎn)介,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T146921993中規(guī)定，我國(guó)的機(jī)械圖樣“應(yīng)按第一角畫法布置六個(gè)基本視圖，必要時(shí)（如按合同規(guī)定）才允許使用第三角畫法”。因此，除按合同規(guī)定外我國(guó)均采用第一角畫法。但在國(guó)際間的技術(shù)交流中，常常會(huì)遇到第三角畫法。,前面章節(jié)介紹過(guò)，三個(gè)互相垂直的平面將空間分為八個(gè)分角，分別稱為第Ⅰ角、第Ⅱ角、第Ⅲ角,,,第三角畫法是將機(jī)件置于第Ⅲ角內(nèi)，使投影面處于觀察者與機(jī)件之間而得到正投影的方法，這種畫法是把投影面假想成透明的來(lái)處理。頂視圖是從機(jī)件上方往下看所得的視圖，畫在機(jī)件上方的投影面（水平面）上。前視圖是從機(jī)件的前方往后看所得的視圖，畫在機(jī)件前方的投影面（正平面）上，其余類推。,,,第一角畫法與第三角畫法的投影面展開方式及視圖配置如圖,,,兩種畫法的投影規(guī)律總結(jié),1．兩種畫法都保持“長(zhǎng)對(duì)正，高平齊，寬相等”的投影規(guī)律。2．兩種畫法的方位關(guān)系是“上下、左右”的方位關(guān)系判斷法一樣。由上圖可見兩種畫法的前后方位關(guān)系剛好相反。3．根據(jù)前面兩條規(guī)律，可得出兩種畫法的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律主視圖（或前視圖）不動(dòng)，將主視圖（或前視圖）周圍上和下、左和右的視圖對(duì)調(diào)位置（包括后視圖），即可將一種畫法轉(zhuǎn)化成（或稱翻譯成）另一種畫法。,,ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)在標(biāo)題欄附近畫出所采用畫法的識(shí)別符號(hào)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，因我國(guó)采用第一角畫法，可以省略。,第一角畫法的識(shí)別符號(hào),第三角畫法的識(shí)別符號(hào),,,

簡(jiǎn)介：化學(xué)工程與工藝專業(yè)CDIO教學(xué)模式的探索與實(shí)踐,哈爾濱理工大學(xué),匯報(bào)人馬慧媛,化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝系,一、概述,自CDIO工程教育模式試點(diǎn)工作開展以來(lái)，在教育部高教司理工處的正確領(lǐng)導(dǎo)和支持下、在汕頭大學(xué)等第一批試點(diǎn)高校的帶頭引領(lǐng)和帶動(dòng)下，CDIO試點(diǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大、影響日漸加強(qiáng)。我們哈爾濱理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院是在2010年3月獲批為全國(guó)第二批CDIO教學(xué)模式試點(diǎn)單位的。我們學(xué)校高度重視，全員動(dòng)員，在化工專業(yè)全面推廣CDIO教學(xué)模式。制訂了CDIO新版培養(yǎng)方案，進(jìn)行了專業(yè)建設(shè)，課程、實(shí)訓(xùn)、師資、管理等方面的改革，努力把CDIO教學(xué)逐步融合到基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)中。,1、學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)已實(shí)施CDIO教育體系的部分高校，的經(jīng)驗(yàn)和做法，如汕頭大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、成都信息技術(shù)學(xué)院、上?？萍紝W(xué)院、中南大學(xué)軟件工程學(xué)院等。2、參加教育部舉辦的CDIO研討會(huì)，提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)交流。3、派相關(guān)教師參加研修班，提高教師的理論水平。4、征求企業(yè)專家的意見，派教師到企業(yè)掛職鍛煉，提高工程實(shí)際能力。,制定的基礎(chǔ),二、CDIO模式人才培養(yǎng)方案的構(gòu)建,,（1）身心素質(zhì)、社會(huì)責(zé)任感和工程職業(yè)道德；（2）人文社會(huì)自然科學(xué)知識(shí)；（3）專業(yè)知識(shí)和應(yīng)用能力；（4）團(tuán)隊(duì)合作與交流能力；（5）創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)勇氣和終生學(xué)習(xí)能力。,,課程設(shè)置緊緊圍繞,培養(yǎng)學(xué)生,,把工程化能力培養(yǎng)與基礎(chǔ)理論教學(xué)、專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。,培養(yǎng)目標(biāo),,能力培養(yǎng)框架,,化學(xué)工程與工藝專業(yè)CDIO課程體系,課程體系,,課程體系,,根據(jù)CDIO模式完善課程體系,根據(jù)CDIO模式對(duì)課程整合,根據(jù)CDIO模式對(duì)課程整合,,,根據(jù)CDIO模式對(duì)課程整合,,畢業(yè)設(shè)計(jì),,綜合實(shí)驗(yàn),目的產(chǎn)物設(shè)計(jì),第一年工科學(xué)校大類課程數(shù)學(xué)、物理、英語(yǔ)、公共課,,合成方案,產(chǎn)品工藝與設(shè)備設(shè)計(jì),,,表征及分析,,產(chǎn)品放大試驗(yàn),,產(chǎn)品合成設(shè)計(jì),,無(wú)機(jī)化學(xué),物理化學(xué),工業(yè)催化,,化工原理設(shè)計(jì),,化工原理,化工熱力學(xué),化學(xué)反應(yīng)工程,反應(yīng)動(dòng)力學(xué),化工工藝設(shè)計(jì),,設(shè)備設(shè)計(jì)與選型,,化工設(shè)備基礎(chǔ),化工制圖與CAD,化工儀表與安全,,產(chǎn)品特性研究,,化學(xué)分析,波譜分析,分析化學(xué),,學(xué)年論文,,有機(jī)化學(xué),綠色化學(xué)與化工,精細(xì)化工,化工專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和課程體系（魚骨圖）,,,,圖例,一級(jí)項(xiàng)目,二級(jí)項(xiàng)目,三級(jí)項(xiàng)目,,有機(jī)化學(xué),通過(guò)“工程實(shí)踐項(xiàng)目”將整個(gè)課程體系有機(jī)地、系統(tǒng)地結(jié)合,化學(xué)化工基礎(chǔ)知識(shí),工程技能訓(xùn)練,化工計(jì)算,設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化,工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化,工廠設(shè)計(jì),化工綜合評(píng)價(jià),生產(chǎn)實(shí)習(xí),畢業(yè)設(shè)計(jì),人文社會(huì)自然科學(xué)基礎(chǔ),,,,,,,,,,,,,三級(jí)項(xiàng)目以課程為載體,核心課程內(nèi)根據(jù)需要而設(shè)加強(qiáng)課程知識(shí)的理解加強(qiáng)能力的培養(yǎng)從第一年的基礎(chǔ)課開始，就在相應(yīng)課程中有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)。一方面按照傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)習(xí)一方面將學(xué)生每10人分成一組，民主選舉產(chǎn)生負(fù)責(zé)人。由教師或啟發(fā)學(xué)生結(jié)合課程內(nèi)容和生活，生產(chǎn)實(shí)際確立研討項(xiàng)目，然后讓學(xué)生自行查閱資料、組織研討。,三、教學(xué)模式的開展CDIO項(xiàng)目的建立,,三級(jí)項(xiàng)目,三、教學(xué)模式的開展CDIO項(xiàng)目的建立,經(jīng)總結(jié)教學(xué)效果后，認(rèn)為1應(yīng)更進(jìn)一步挖掘?qū)W生的積極性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生自主確定研討題目。該模式正在實(shí)施和探索中。2小組應(yīng)在一定的時(shí)間里固定，比如一學(xué)期，負(fù)責(zé)人應(yīng)定期改選，給每個(gè)同學(xué)鍛煉的機(jī)會(huì)。,,二級(jí)項(xiàng)目以課程群為載體,二級(jí)項(xiàng)目是基于課程群，每個(gè)課程群都有一個(gè)項(xiàng)目學(xué)生10人一小組，一名組長(zhǎng)，由34名任課教師聯(lián)合指導(dǎo)，并選出教師組長(zhǎng)1名。綜合課程群的專業(yè)知識(shí)，制定包括設(shè)計(jì)、制圖、物料衡算、能量衡算、工藝與設(shè)備選擇、工藝點(diǎn)控制、設(shè)備結(jié)構(gòu)、尺寸等的綜合性課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。把相關(guān)聯(lián)的課程知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到有機(jī)和關(guān)聯(lián)的知識(shí)群而不是孤立的知識(shí)點(diǎn)。,,,學(xué)生分成10個(gè)人一組的團(tuán)隊(duì)，選出一名組長(zhǎng)，有34名老師聯(lián)合指導(dǎo)，并選出教師組長(zhǎng)1名。每個(gè)團(tuán)隊(duì)選擇一個(gè)具體產(chǎn)化工產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品的市場(chǎng)分析、產(chǎn)品的反應(yīng)路線設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的具體制備實(shí)施及產(chǎn)品的分離、分析和表征。培養(yǎng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、溝通和領(lǐng)導(dǎo)能力。使學(xué)生有機(jī)會(huì)把知識(shí)有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，應(yīng)用知識(shí)，學(xué)會(huì)以探究方式獲取知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神，提高學(xué)生項(xiàng)目組織、管理，培養(yǎng)能力。,,一級(jí)項(xiàng)目以綜合實(shí)驗(yàn)為載體,化工原理,項(xiàng)目個(gè)人構(gòu)思,確定項(xiàng)目,項(xiàng)目小組構(gòu)思,項(xiàng)目構(gòu)思改進(jìn),個(gè)人方案設(shè)計(jì),小組方案設(shè)計(jì),方案設(shè)計(jì)改進(jìn),部分項(xiàng)目實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)的改進(jìn),提交設(shè)計(jì)報(bào)告及總結(jié),,,,,,,,,,,第三學(xué)年開始建立一級(jí)項(xiàng)目,總之每門基礎(chǔ)課程支撐三級(jí)項(xiàng)目、數(shù)門課程（即課程群）支撐二級(jí)項(xiàng)目，一級(jí)項(xiàng)目則依據(jù)本專業(yè)核心基礎(chǔ)課程、專業(yè)知識(shí)、專業(yè)應(yīng)用知識(shí)及培養(yǎng)能力的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和組織。通過(guò)CDIO三級(jí)項(xiàng)目的實(shí)施，能夠發(fā)揮教師和學(xué)生兩個(gè)主體的作用，使工程化能力培養(yǎng)與基礎(chǔ)理論教學(xué)、專業(yè)能力培養(yǎng)相輔相乘，使CDIO工程化教學(xué)切實(shí)地成為人才培養(yǎng)的核心任務(wù)之一。,知識(shí)理解、運(yùn)用語(yǔ)言表達(dá)組織、溝通協(xié)調(diào)、協(xié)作創(chuàng)新,知識(shí)綜合運(yùn)用,操作技能,創(chuàng)新,設(shè)計(jì),,設(shè)計(jì),實(shí)施,,CDIO能力,三級(jí)項(xiàng)目評(píng)價(jià)要素,,,CDIO能力評(píng)價(jià)體系圖示,四、CDIO能力評(píng)價(jià)體系的確立,五、對(duì)青年教師的培養(yǎng),到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室或?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)一輪專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)課到化工企業(yè)接受培訓(xùn)，接受一系列實(shí)踐訓(xùn)練，某些實(shí)踐環(huán)節(jié)（如參加全國(guó)化學(xué)程師考試等）要求青年教師通過(guò)實(shí)踐鍛煉，取得相應(yīng)的職業(yè)資格證書或技能證書，考取證書費(fèi)用由學(xué)院負(fù)擔(dān)。學(xué)院下一步的目標(biāo)是安排青年教師到企業(yè)掛職鍛煉，目前學(xué)院已與相關(guān)企業(yè)簽訂了合作協(xié)議，相關(guān)工作正在穩(wěn)妥有序地進(jìn)行。,六、學(xué)校、學(xué)院的支持,加大了專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的投入，購(gòu)入了一些中試設(shè)備加大與企業(yè)的合作，將企業(yè)的一些研發(fā)項(xiàng)目拿到我們學(xué)院里作為一級(jí)項(xiàng)目讓企業(yè)的工程師走進(jìn)我們的課堂，參與我們對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)、考試的出題、對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)、對(duì)教師的培訓(xùn)增加學(xué)生在企業(yè)的學(xué)習(xí)時(shí)間認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，讓學(xué)生多參與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)，解決實(shí)際問(wèn)題聘請(qǐng)優(yōu)秀企業(yè)家及高級(jí)技術(shù)人員擔(dān)任實(shí)習(xí)顧問(wèn)，培育長(zhǎng)期的、穩(wěn)定的產(chǎn)學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)平臺(tái)，與企業(yè)合作實(shí)行聯(lián)合課程設(shè)計(jì)、聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)等,七、院企合作,1、制定院企合作培養(yǎng)人才方案2、校企合作協(xié)議3、技術(shù)研發(fā)課題,八、我們的一些設(shè)想和展望,加大基礎(chǔ)設(shè)施投入，建立和不斷完善校內(nèi)CDIO實(shí)訓(xùn)基地，把一部分專業(yè)內(nèi)研究生納入項(xiàng)目導(dǎo)師行列中，彌補(bǔ)師生比的不足。與距離較近的試點(diǎn)學(xué)校聯(lián)合，共同建立一個(gè)較完善的共同的基地，達(dá)到資源的充分利用和共享。,謝謝,歡迎到哈爾濱理工大學(xué)做客,

簡(jiǎn)介：第八章還原,一、還原反應(yīng)及其重要性還原反應(yīng)在精細(xì)有機(jī)合成中占有重要的地位。廣義的講，在還原劑的作用下，能使某原子得到電子或電子云密度增加的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。狹義地講，能使有機(jī)物分子中增加氫原子或減少氧原子的反應(yīng)，或者兩者兼而有之的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。通過(guò)還原反應(yīng)可制得一系列產(chǎn)物。如，由硝基還原得到的各種芳胺，大量被用于合成染料、農(nóng)藥、塑料等化工產(chǎn)品；將醛、酮、酸還原制得相應(yīng)的醇或烴類化合物；由醌類化合物還可得到相應(yīng)的酚；含硫化合物還原是制取硫酚或亞硫酸的重要途徑。,第一章概述,二、還原方法的分類（1）催化加氫法即在催化劑存在下，有機(jī)化合物與氫發(fā)生的還原反應(yīng)。（2）化學(xué)還原法使用化學(xué)物質(zhì)作為還原劑的還原方法?；瘜W(xué)還原劑包括無(wú)機(jī)還原劑和有機(jī)還原劑。目前使用較多的是無(wú)機(jī)還原劑。常用的無(wú)機(jī)還原劑有①活潑金屬及其合金。如FE、ZN、NA、ZNHG鋅汞齊、NAHG（鈉汞齊）等。②低價(jià)元素的化合物。它們多數(shù)是比較溫和的還原劑，如NA2S、NA2S2O3、NA2SX、FECL2、FESO4、SNCL2等。③金屬氫化物。它們的還原作用都很強(qiáng)，如NABH4、LIALH4、LIBH4等。常用的有機(jī)還原劑有烷基鋁、有機(jī)硼烷、甲醛、乙醇、葡萄糖等。（3）電解還原法即有機(jī)化合物從電解槽的陰極上獲得電子而完成的還原反應(yīng)。電解還原是一種重要的還原方法。,第一章概述,,一、催化加氫的基本原理1．催化加氫基本過(guò)程非均相催化加氫反應(yīng)具有多相催化反應(yīng)的特征。包括五個(gè)步驟①反應(yīng)物分子擴(kuò)散到催化劑表面；②反應(yīng)物分子吸附在催化劑表面；③吸附的反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成吸附的產(chǎn)物分子；④吸附的產(chǎn)物分子從催化劑表面解吸；⑤產(chǎn)物分子通過(guò)擴(kuò)散離開催化劑表面。其中①和⑤為物理過(guò)程，②和④為化學(xué)吸附現(xiàn)象，③為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。即吸附反應(yīng)解吸。,第二節(jié)催化加氫,2．加氫催化劑為了使反應(yīng)速度加快，同時(shí)使反應(yīng)向著目的產(chǎn)物方向進(jìn)行，加氫反應(yīng)通常要采用催化劑。不同類型的加氫反應(yīng)選用的催化劑不同；同一類反應(yīng)選用的催化劑不同，反應(yīng)條件也有很大差異。為了獲得經(jīng)濟(jì)的加氫產(chǎn)物，選用的催化反應(yīng)條件應(yīng)盡量緩和，催化劑的壽命要長(zhǎng)，價(jià)格要盡可能便宜，避開高溫高壓等苛刻條件。用于加氫的催化劑種類較多，以催化劑的形態(tài)來(lái)分，常用的加氫催化劑有金屬及骨架催化劑，金屬氧化物催化劑，復(fù)合氧化物或硫化物催化劑，金屬絡(luò)合物催化劑。,第二節(jié)催化加氫,,（1）金屬及骨架催化劑加氫常用的金屬催化劑有NI、PD、PT等，由于NI價(jià)格比較便宜，所以使用量最大。金屬催化劑是把金屬載于載體上，載體通常是多孔性材料，如AL2O3、硅膠等。這樣既能節(jié)約金屬又能提高加工效率。并能使催化劑具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。而且由于多孔性載體比表面積巨大，傳質(zhì)速度快，所以催化活性也得到提高。金屬催化劑的特點(diǎn)是活性高，尤其是貴金屬催化劑（如PD、PT等），在低溫下即可進(jìn)行加氫反應(yīng)，而且?guī)缀蹩梢杂糜谒泄倌軋F(tuán)的加氫反應(yīng)。金屬催化劑的缺點(diǎn)是易中毒，對(duì)原料中雜質(zhì)要求嚴(yán)格。含有孤對(duì)電子的化合物都能使其中毒而失去活性，因?yàn)楣聦?duì)電子會(huì)填滿過(guò)渡金屬的D軌道，形成強(qiáng)烈的吸附能力，使活性中心被毒性物質(zhì)所占據(jù)，所以催化劑會(huì)表現(xiàn)出失去活性的中毒現(xiàn)象。,第二節(jié)催化加氫,骨架催化劑與金屬催化劑的特征基本相近，但其活性較高，常用于低溫液相加氫反應(yīng)。常見的有骨架鎳、骨架銅、骨架鈷等，一般是將活性金屬與鋁制成合金材料，然后用氫氧化鈉溶出合金中的鋁，即可得到海綿狀的骨架催化劑。骨架催化劑具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度及良好的導(dǎo)熱性能。但是由于其活性非常高，骨架鎳在空氣中裸露會(huì)產(chǎn)生自燃現(xiàn)象。,第二節(jié)催化加氫,（2）金屬氧化物催化劑常用的氧化物加氫催化劑有MOO3、CR2O3、ZNO、CUO和NIO等。這類催化劑與金屬催化劑相比其活性較低，反應(yīng)在高溫、高壓下才能保證足夠的反應(yīng)速度，但其抗毒性較強(qiáng)，適用于CO加氫反應(yīng)，由于反應(yīng)溫度高，需要在催化劑中添加高熔點(diǎn)的組分，以提高其耐熱性。（3）復(fù)合氧化物和硫化物為了改善金屬氧化物催化劑的性能，通常采用多種氧化物混合使用，以使各組分發(fā)揮各自的特性，相互配合，提高催化效率。金屬硫化物主要有MOS2、NIS3、WS2、COMOS、FEMOS等，其抗毒性強(qiáng)，可用于含硫化合物的加氫、氫解等反應(yīng)，這類催化劑的活性較差，所需的反應(yīng)溫度也比較高。,第二節(jié)催化加氫,（4）金屬絡(luò)合物催化劑此類加氫催化劑的活性中心原子主要為貴金屬，如RU、RH、PD等的絡(luò)合物。另外也有部分非貴金屬，如NI、CO、FE、CU等的絡(luò)合物。其主要特點(diǎn)是活性高，選擇性好，反應(yīng)條件比較溫和，適用性比較廣泛，抗毒性較強(qiáng)。但由于這類絡(luò)合物是均相催化劑，溶解在反應(yīng)液中，因此催化劑的分離相對(duì)較困難，而且這類催化劑多使用貴金屬，所以金屬絡(luò)合物催化劑應(yīng)用的關(guān)鍵在于催化劑的分離和回收。,第二節(jié)催化加氫,從以上的論述可以看出，加氫反應(yīng)所用的催化劑，通常活性大的容易中毒而且熱穩(wěn)定性較差，為了增加穩(wěn)定性可以適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┲呋瘎┖瓦x用合適的載體，有些場(chǎng)合下用穩(wěn)定性好而活性低的催化劑為宜。通常反應(yīng)溫度在150℃以下時(shí)，多使用PD、PT等貴金屬催化劑，以及用活性很高的骨架鎳催化劑；而在150℃～200℃下反應(yīng)時(shí)，常用NI、CU以及它們的合金催化劑；當(dāng)反應(yīng)溫度高于250℃時(shí)，大多使用金屬氧化物催化劑。為了防止硫中毒常采用金屬硫化物催化劑，通常是在高溫下進(jìn)行加氫反應(yīng)。,第二節(jié)催化加氫,除了催化劑種類以外，在使用各種催化劑時(shí)，為了充分發(fā)揮催化劑的效能，還要注意催化劑的用量及使用過(guò)程中的安全事項(xiàng)。①催化劑的用量。催化劑的常用量如表81。骨架鎳催化劑由于制備及使用安全要求，用量以濕體積計(jì)，通常1ML濕骨架鎳約含有15G固體，一般操作中10用量就足夠了，但是當(dāng)催化劑活性下降時(shí)，用量需要增加至20左右。為了安全，某些商品骨架鎳是經(jīng)過(guò)鈍化的，其用量約為15～20。釕催化劑在70～100℃以及10MPA下活性很高，但它不適用于低壓加氫反應(yīng)。骨架鈷只適用于高溫高壓下將腈還原為胺的反應(yīng)。銅鉻氧化物催化劑廣泛用于250～300℃、25～30MPA條件下將酯氫解為醇，或?qū)Ⅴ０愤€原成胺。以及在稍緩和的條件（100～150℃、15MPA）下將醛、酮還原為醇，而避免副反應(yīng)氫解。,第二節(jié)催化加氫,,第二節(jié)催化加氫,總之，除了催化劑性質(zhì)外，催化劑的用量也是十分重要的。在實(shí)驗(yàn)室中的低壓加氫反應(yīng)，一般催化劑的用量較高。而在工業(yè)加氫工藝的間歇操作中，要對(duì)催化劑的使用量加以控制，以防止反應(yīng)速度過(guò)快而導(dǎo)致溫度失控，造成反應(yīng)產(chǎn)物選擇性下降，甚至引發(fā)工業(yè)事故。在工業(yè)加氫工藝的連續(xù)操作中，催化劑的用量主要取決于反應(yīng)的接觸時(shí)間。此外，通過(guò)控制催化劑的用量，有時(shí)也可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生。如在下述的反應(yīng)中，用量為4的催化劑鉑炭（吸附量為5）可以防止苯環(huán)上溴的脫落。盡管增加催化劑用量可以提高加氫反應(yīng)的速度，但反應(yīng)速度增加的程度與催化劑的用量不呈線性關(guān)系，如增加催化劑用量1倍，加氫速度可以提高5～10倍。,第二節(jié)催化加氫,②催化劑使用的注意事項(xiàng)。由于骨架鎳在空氣中可以發(fā)生自燃，因此在使用和儲(chǔ)存過(guò)程中應(yīng)避免將其暴露于空氣中。活潑的骨架鎳一般需要浸于乙醇溶液中，少量催化劑在加料過(guò)程中濺落在設(shè)備周圍時(shí)，應(yīng)特別小心，當(dāng)溶劑揮發(fā)時(shí)，骨架鎳催化劑可以自燃而引起火災(zāi)。從加料操作來(lái)說(shuō)，一些密度較大的催化劑如骨架鎳、氧化鉑等，能很快沉入溶劑中，不會(huì)與空氣接觸，產(chǎn)生氧化的可能性較小。但某些載體型催化劑，特別是以活性炭為載體的催化劑，由于密度較小，易漂浮于溶劑表面。如果反應(yīng)中采用易燃性低沸點(diǎn)溶劑，則漂浮于溶劑表面的催化劑就易被空氣氧化而引起燃燒。,第二節(jié)催化加氫,一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行低壓加氫反應(yīng)時(shí)，催化劑可以先加到乙醇或乙酸中，調(diào)勻后再將其加到反應(yīng)容器中，就可避免發(fā)生著火的危險(xiǎn)。如果需要大量的催化劑時(shí)，必須預(yù)先采用溶劑浸潤(rùn)后再分批加料。若采用高沸點(diǎn)溶劑如乙二醇縮甲醚、二乙二醇縮甲醚等，幾乎不會(huì)發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)。此外也可以采用惰性氣體保護(hù)，將反應(yīng)設(shè)備中的空氣用惰性氣體置換掉也可保證安全運(yùn)行。有些催化劑本身很穩(wěn)定，如穩(wěn)定骨架鎳、銅鉻氧化物等，操作時(shí)的安全系數(shù)較高。但是這類催化劑的催化活性相對(duì)較低。,第二節(jié)催化加氫,3．催化加氫反應(yīng)的影響因素（1）反應(yīng)選擇性提高選擇性是為了得到所需要的產(chǎn)物和減少不希望發(fā)生的副反應(yīng)，選擇性與連串和平行反應(yīng)有關(guān)。在加氫反應(yīng)中，在反應(yīng)物分子中可能存在不止一個(gè)官能團(tuán)可以進(jìn)行加氫反應(yīng)，這就出現(xiàn)了幾種可能性，就可能存在平行反應(yīng)，如這時(shí)必須通過(guò)催化劑的選擇和控制反應(yīng)條件，使反應(yīng)按照指定的方向進(jìn)行，以獲得高的選擇性。,第二節(jié)催化加氫,另外，加氫反應(yīng)中目的產(chǎn)物通常還能繼續(xù)加氫，也就是說(shuō)，主反應(yīng)是一系列連串反應(yīng)中的一步，如酸、醛、酮等含氧化合物加氫可以得到相應(yīng)的醇，但如果繼續(xù)加氫，則發(fā)生氫解而生成烷烴腈則依次生成亞胺、胺及烷烴因此，為了得到目的產(chǎn)物，就需要使反應(yīng)停留在某一個(gè)階段，避免發(fā)生深度加氫而降低選擇性。,第二節(jié)催化加氫,（2）反應(yīng)物結(jié)構(gòu)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)對(duì)加氫速度有一定的影響，這與反應(yīng)物在催化劑表面的吸附能力、活化難易程度及反應(yīng)物發(fā)生加氫反應(yīng)時(shí)受到空間障礙的影響均有關(guān)。不同的催化劑其影響也不相同。不飽和烴的加氫，以乙烯的反應(yīng)速度最快。由于乙炔的吸附過(guò)強(qiáng)烈，因此其加氫速度并不快。芳烴由于其特有的穩(wěn)定性，其加氫活性不如烯烴和炔烴。隨著取代基的增多，空間阻礙效應(yīng)增大，加氫速度減慢。所以對(duì)于烴類加氫反應(yīng)有以下規(guī)律烯烴＞炔烴＞芳烴對(duì)于含氧化合物醛、酮、酯、酸的加氫反應(yīng)，其加氫產(chǎn)物都是醇，加氫能力依次為醛＞酮＞酯＞酸,第二節(jié)催化加氫,（3）加氫反應(yīng)溶劑溶劑在加氫反應(yīng)過(guò)程中起到十分重要的作用，它不僅起溶解的作用，而且還會(huì)影響加氫反應(yīng)的速度和加氫反應(yīng)的方向。這主要是由于溶劑使反應(yīng)所用催化劑對(duì)被加氫物的吸附特性發(fā)生了變化，從而改變了氫的吸附量。同時(shí)它還可以使催化劑分散得更好，有利于相間傳質(zhì)。因此，加氫反應(yīng)所用溶劑要求既不與加氫反應(yīng)物和產(chǎn)物反應(yīng)，而且還要求溶劑在反應(yīng)條件下不易被加氫，同時(shí)易與產(chǎn)物分離。溶劑不同，加氫速度不同，生成物也不相同。例如用骨架鎳為催化劑，進(jìn)行環(huán)戊二烯的加氫，若使用甲苯或環(huán)己烷作溶劑，則生成環(huán)戊烯；若使用乙醇和甲醇作溶劑，能吸收2MOL氫，生成環(huán)戊烷。,第二節(jié)催化加氫,加氫反應(yīng)常用的溶劑有乙酸、甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、環(huán)己烷、苯、乙酸乙酯、石油醚等。其活性順序?yàn)橐宜幔炯状迹舅疽掖迹颈疽宜嵋阴ィ炯妆剑颈剑经h(huán)己烷＞石油醚溶劑除了上述的作用外，還可用來(lái)提供反應(yīng)的液相狀態(tài)、調(diào)節(jié)粘度、帶出反應(yīng)熱等。,第二節(jié)催化加氫,（4）反應(yīng)條件反應(yīng)條件如溫度、壓力、原料配比等均會(huì)對(duì)加氫反應(yīng)產(chǎn)生影響。①溫度加氫反應(yīng)的溫度升高，反應(yīng)速度增加。通常增加溫度30～50℃，反應(yīng)速度增加1倍，約相當(dāng)于活化能為21～24KJ/MOL。但是，溫度過(guò)高往往會(huì)引起副反應(yīng)的發(fā)生并影響催化劑的活性與壽命。在可以完成目的反應(yīng)的前提下，盡可能選擇較低的反應(yīng)溫度。一般情況下，使用鉑、鈀等高活性催化劑時(shí)，可在較低的溫度下進(jìn)行。使用骨架鎳時(shí)，要求較高的加氫溫度。但是，使用高活性的骨架鎳時(shí)，如果加氫溫度超過(guò)100℃，會(huì)使反應(yīng)過(guò)于激烈，甚至?xí)狗磻?yīng)失控。由于加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高對(duì)加氫反應(yīng)平衡不利，會(huì)造成平衡轉(zhuǎn)化率下降，同時(shí)對(duì)被加氫物也會(huì)產(chǎn)生不良影響（如熱裂解）。這些反應(yīng)溫度受到反應(yīng)平衡的限制，存在一段適宜的反應(yīng)溫度。,第二節(jié)催化加氫,②壓力壓力對(duì)加氫反應(yīng)有很大的影響。氣相加氫反應(yīng)中，提高壓力相當(dāng)于增加氫的濃度，因此反應(yīng)速度可按比例增加；對(duì)于液相加氫，增加壓力可以增加氫氣在液相中的溶解度，同樣也可以明顯提高反應(yīng)速度。但是，壓力增大會(huì)使加氫反應(yīng)的選擇性降低，出現(xiàn)副反應(yīng)，有時(shí)會(huì)使反應(yīng)變得劇烈。加氫反應(yīng)使用的壓力與所選用的催化劑有關(guān)，催化劑活性高，則使用的壓力就低。幾種常見液相加氫的壓力、溫度與反應(yīng)中所用催化劑的關(guān)系比較見表82,第二節(jié)催化加氫,③原料配比通常加氫反應(yīng)的原料配比為氫過(guò)量，這樣可以加快反應(yīng)速度，提高被加氫物的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)有利于反應(yīng)熱的傳遞。但是氫過(guò)量必須適當(dāng)，過(guò)多則會(huì)造成連串副反應(yīng)，選擇性下降。,第二節(jié)催化加氫,二、催化加氫反應(yīng)類型1．碳碳雙鍵及芳環(huán)的催化加氫（1）碳碳雙鍵加氫烯烴加氫常用的催化劑有鉑、骨架鎳、載體鎳和各種多金屬催化劑（銅鉻、鋅鉻等）。在催化劑存在下，100～200℃、1～2MPA下加氫反應(yīng)很快。若原料中含有硫化物，則會(huì)使催化劑中毒，因此必須對(duì)原料進(jìn)行精制。否則需要采用抗硫催化劑，通常為金屬硫化物如硫化鎳、鎢、鉬等，但是這類催化劑的活性較低，所需要的反應(yīng)條件為300～320℃、25～30MPA。不飽和烴的加氫非常容易，選擇性很高，而且副產(chǎn)物少。加氫的活性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，分子越簡(jiǎn)單，即雙鍵碳原子上取代基越少、越小，則活性越高，乙烯的加氫反應(yīng)活性最高。其活性順序如下,第二節(jié)催化加氫,直鏈雙烯烴較單烯烴更容易加氫，加氫的位置與雙烯烴的結(jié)構(gòu)有關(guān)。雙烯烴的加氫可停留在單烯烴。多烯烴的加氫也有類似過(guò)程。即每一個(gè)雙鍵可吸收一分子氫，直至飽和。如果選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件，就可以對(duì)多烯烴進(jìn)行部分加氫，保留一部分雙鍵。,第二節(jié)催化加氫,環(huán)烯烴與直鏈烯烴的加氫反應(yīng)采用相同的催化劑，雙鍵上有取代基時(shí)可減慢加氫反應(yīng)速度。另外，環(huán)烯烴的加氫有發(fā)生開環(huán)副反應(yīng)的可能，因此要得到環(huán)狀產(chǎn)物則需要控制反應(yīng)條件。通常五元環(huán)和六元環(huán)較穩(wěn)定。由此可見，在烯烴特別是環(huán)烯烴加氫時(shí)，操作條件的確定非常重要，它對(duì)反應(yīng)結(jié)果具有決定性的作用，可以通過(guò)不同的反應(yīng)條件得到不同的反應(yīng)產(chǎn)物。,第二節(jié)催化加氫,碳碳雙鍵的加氫反應(yīng)主要用于汽油的加工和精制。另外一些重要的中間體的制備也是其重要的應(yīng)用。在以上反應(yīng)中，當(dāng)產(chǎn)物為環(huán)狀單烯環(huán)戊烯、環(huán)辛烯和環(huán)十二烯時(shí)。需要控制加氫程度，使其停留在生成單烯的反應(yīng)階段。環(huán)烯烴加氫催化劑常用負(fù)載型鎳、鈷。,第二節(jié)催化加氫,（2）芳烴加氫工業(yè)上常用的催化劑為負(fù)載型鎳催化劑或金屬氧化物催化劑。加氫反應(yīng)條件要比烯烴高。如CR2O3催化時(shí)，溫度120～200℃，壓力2～7MPA。提高壓力有利于平衡向加氫方向移動(dòng)。芳烴加氫前需對(duì)其進(jìn)行精制以除去雜質(zhì)硫化物，避免催化劑中毒而失去活性。由于芳烴的穩(wěn)定性，使得其加氫速度較慢。其相對(duì)速度為因此，苯加氫很難形成分步加氫的中間產(chǎn)物，即苯加氫通常只能得到環(huán)己烷。苯的同系物加氫速度比苯慢，說(shuō)明含有取代基會(huì)對(duì)加氫反應(yīng)產(chǎn)生活性降低的影響。,第二節(jié)催化加氫,稠環(huán)芳烴在加氫時(shí)會(huì)分步發(fā)生反應(yīng)。如萘加氫時(shí)會(huì)有多種中間產(chǎn)物。芳烴加氫時(shí)，也有可能發(fā)生氫解，產(chǎn)生側(cè)鍵或芳環(huán)斷裂。工業(yè)生產(chǎn)中最常用的芳烴加氫是環(huán)己烷的生產(chǎn)。生產(chǎn)環(huán)己烷的主要工藝是苯的催化加氫。由于苯與環(huán)己烷的沸點(diǎn)十分相近，分離比較困難，因此該生產(chǎn)工藝對(duì)苯轉(zhuǎn)化率要求很高，通常采用氫過(guò)量循環(huán)，增加預(yù)反應(yīng)器等措施。,第二節(jié)催化加氫,2．含氧化合物的催化加氫（1）脂肪醛、酮的加氫飽和脂肪醛或酮加氫只發(fā)生在羰基部分，生成與醛或酮相應(yīng)的伯醇或仲醇。例如上述反應(yīng)中常用負(fù)載型鎳、銅、銅鉻催化劑。如果原料中含硫，則需采用鎳、鎢或鈷的氧化物或硫化物作催化劑。醛基更易進(jìn)行加氫，因此反應(yīng)條件較為緩和，一般反應(yīng)溫度為50～150℃（用鎳或鉻催化劑）或200～250℃（用硫化物催化劑）；而酮基催化加氫的反應(yīng)條件為150～250℃及300～350℃。為了加速反應(yīng)及提高平衡轉(zhuǎn)化率，此類反應(yīng)通常在加壓下進(jìn)行，采用鎳催化劑壓力為1～2MPA，采用鉻催化劑壓力為5～20MPA，采用硫化物催化劑則壓力為30MPA。,第二節(jié)催化加氫,醛加氫時(shí)生成的醇會(huì)與醛縮合成半縮醛及醛縮醇。這些副產(chǎn)物的加氫比醛要困難得多。若反應(yīng)溫度過(guò)低或催化劑活性低時(shí)會(huì)出現(xiàn)這些副產(chǎn)物。但是溫度過(guò)高時(shí)醛易發(fā)生縮合，然后加氫為二元醇。為了避免或減少副反應(yīng)的發(fā)生，需要選擇適宜的反應(yīng)溫度，并可用醇進(jìn)行稀釋。,第二節(jié)催化加氫,飽和脂肪醛的加氫是工業(yè)上生產(chǎn)伯醇的重要方法，常用于生產(chǎn)正丙醇、正丁醇以及高級(jí)伯醇等。例如利用醛縮合后加氫是工業(yè)上制取二元醇的方法之一。例如由乙醛合成1,3丁二醇對(duì)于不飽和醛或酮進(jìn)行加氫還原時(shí)，反應(yīng)可有三種方式①保留羰基而使不飽和雙鍵加氫生成飽和醛或酮。②保留不飽和雙鍵，將羰基加氫生成不飽和醇。③不飽和雙鍵與羰基同時(shí)加氫生成飽和醇。,第二節(jié)催化加氫,例如由于酮基不如醛基活潑，所以不飽和酮雙鍵選擇加氫比較容易，采用的催化劑與烯烴加氫催化劑基本相同，主要是鉑、鎳、銅以及其它金屬催化劑。反應(yīng)條件也與烯烴加氫相似，但是必須控制酮基加氫的副反應(yīng)。不飽和醛雙鍵加氫比較困難，所以對(duì)催化劑和加氫條件的選擇都要特別注意，以避免醛基加氫。如丙烯醛加氫，需要在控制加氫量的條件下進(jìn)行，且采用銅催化劑。此反應(yīng)的選擇性只能達(dá)到70，有大量的副產(chǎn)物飽和醇生成。,第二節(jié)催化加氫,如果要得到不飽和醇，應(yīng)選用金屬氧化物催化劑，但是反應(yīng)時(shí)有可能發(fā)生氫轉(zhuǎn)移生成飽和醛，因此必須采用較為緩和的加氫條件。不飽和雙鍵與羰基同時(shí)加氫比較容易實(shí)現(xiàn)。可用金屬或金屬氧化物催化劑，反應(yīng)條件可以較為激烈，只要避免氫解反應(yīng)即可。,第二節(jié)催化加氫,（2）脂肪酸及其酯的加氫工業(yè)生產(chǎn)中脂肪酸加氫是由天然油脂生產(chǎn)直鏈高級(jí)脂肪醇的重要工藝，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。而直鏈高級(jí)脂肪醇是合成表面活性劑的主要原料。脂肪酸直接加氫條件不如相應(yīng)的酯緩和，因此目前工業(yè)生產(chǎn)中常用脂肪酸甲酯加氫制備脂肪醇。羧基加氫的催化劑通常采用CU、ZN、CR的氧化物。如CUOCR2O3、ZNOCR2O3和CUOZNOCR2O3。,第二節(jié)催化加氫,,這類反應(yīng)的條件比較苛刻，通常為250～350℃、25～30MPA。還原反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生以下兩種副反應(yīng)也可采用脂肪酸直接加氫，利用產(chǎn)物醇與原料酯化來(lái)降低反應(yīng)條件。通常只須在反應(yīng)初期加入少量產(chǎn)品脂肪醇即可。工業(yè)上常用于生產(chǎn)十二醇和十八醇。如,第二節(jié)催化加氫,不飽和脂肪酸及其酯的加氫反應(yīng)有如下三種①不飽和鍵加氫。采用負(fù)載型鎳催化劑，其反應(yīng)條件比烯烴加氫稍高，工業(yè)生產(chǎn)中主要用于硬化油脂的生產(chǎn)。將液體不飽和油脂加氫制成固體酯，即人造奶油。②羧基加氫。采用與飽和酸加氫相同的催化劑。常用ZNOCR2O3，主要用于制備不飽和醇。如,第二節(jié)催化加氫,,③同時(shí)加氫。可采用金屬催化劑，通常為分步加氫。如順丁烯二酸酐的加氫可以改變反應(yīng)條件以獲得不同的產(chǎn)物。Γ丁內(nèi)酯的用途是合成吡咯烷酮，而四氫呋喃則是良好的溶劑。,第二節(jié)催化加氫,（3）芳香族含氧化合物的加氫芳香族含氧化合物包括酚類、芳醛、芳酮及芳基羧酸。其加氫反應(yīng)包括芳環(huán)的加氫和含氧基團(tuán)的加氫兩類。苯酚在鎳催化下，在130～150℃、05～2MPA下芳環(huán)加氫轉(zhuǎn)化為環(huán)己醇。苯酚在加氫時(shí)也可以保持芳環(huán)不破壞，而使含氧基團(tuán)還原。,第二節(jié)催化加氫,芳醛的加氫只限于制備相應(yīng)的醇。如芳醛、芳酮和芳醇只有對(duì)含氧基團(tuán)進(jìn)行保護(hù)后才能進(jìn)行環(huán)上加氫。但是芳基羧酸可以進(jìn)行以下兩種反應(yīng)。,第二節(jié)催化加氫,3．含氮化物的催化加氫（1）硝基化合物的加氫硝基化合物的加氫還原較易進(jìn)行，主要用于硝基苯氣相加氫制備苯胺。還可以用二硝基甲苯還原制取混合二氨基甲苯。,第二節(jié)催化加氫,（2）腈的加氫腈加氫是制取胺類化合物的重要方法，常用NI、CO、CU作為催化劑在加壓下進(jìn)行反應(yīng)。腈類加氫制備胺的過(guò)程中，有中間產(chǎn)物亞胺生成，并有二胺、仲胺和叔胺等副產(chǎn)生成。,第二節(jié)催化加氫,氨過(guò)量可抑制仲胺和叔胺的產(chǎn)生。,第二節(jié)催化加氫,三、催化加氫工藝方法1．液相催化加氫（1）液相催化加氫反應(yīng)器液相加氫反應(yīng)系統(tǒng)中有三個(gè)相態(tài)，氫氣為氣相、反應(yīng)物料為液相、催化劑為固相，反應(yīng)發(fā)生在催化劑的表面。反應(yīng)過(guò)程為氫氣溶解于液相反應(yīng)物料中，然后擴(kuò)散到催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，增加氫氣壓力和增強(qiáng)擴(kuò)散效率可加速反應(yīng)。因此，提高氫壓和強(qiáng)化攪拌是加速反應(yīng)的最有效的措施。對(duì)于加氫反應(yīng)器，應(yīng)盡可能滿足上述條件和反應(yīng)傳熱要求，其分類如下。液相催化加氫反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)和材料所能承受的壓力及使用范圍不同，可分為常壓加氫反應(yīng)器、中壓加氫反應(yīng)器、高壓加氫反應(yīng)釜（即高壓釜）三類。,第二節(jié)催化加氫,常壓催化加氫所使用的反應(yīng)器只適用于常壓或稍高于常壓的催化反應(yīng)。使用常壓催化反應(yīng)器須使用鈀、鉑等貴金屬催化劑，而且催化反應(yīng)速度較慢，所以常壓催化反應(yīng)器應(yīng)用范圍不廣。中壓催化反應(yīng)器多用不銹鋼或不銹鋼襯套來(lái)制備。常用的催化劑為鈀、鉑等貴金屬或高活性的骨架鎳，所以中壓催化反應(yīng)器應(yīng)用范圍廣，效率也較高。高壓催化反應(yīng)器多為高壓釜。它由厚壁不銹鋼或不銹鋼襯套來(lái)制備，具有耐高強(qiáng)度及良好的耐腐蝕性能。但使用時(shí)必須注意安全。催化加氫反應(yīng)器按催化劑狀態(tài)不同，可分為三類泥漿型反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器。,第二節(jié)催化加氫,（2）液相催化加氫工藝實(shí)例液相催化加氫常用于芳香族硝基化合物的催化加氫。采用鈀、銠、鉑或骨架鎳作催化劑。如2,4二氨基甲苯的制備它是由2,4二硝基甲苯通過(guò)液相催化加氫還原而制得。甲苯經(jīng)過(guò)二硝化得到混合的二硝基甲苯，其中2,4與2,6異構(gòu)體的比例是8020，其反應(yīng)式及工藝過(guò)程如下,第二節(jié)催化加氫,該反應(yīng)采用立管式泥漿型反應(yīng)器，甲醇作為溶劑。將含有01～03骨架鎳的二硝基甲苯的甲醇溶液（11），用高壓泵連續(xù)地送入反應(yīng)器中，同時(shí)通入氫氣。反應(yīng)器內(nèi)溫度約為100℃，壓力保持在15～20MPA。從第一塔流出的反應(yīng)物分別進(jìn)入并聯(lián)的第二、第三塔，當(dāng)物料從最后一個(gè)塔流出時(shí)，催化反應(yīng)完成。經(jīng)減壓裝置后在氣液分離器中分出氫氣，在沉降分離器中分出催化劑，分出的氫氣及催化劑循環(huán)使用。得到的粗產(chǎn)品依次脫甲醇、脫水經(jīng)精餾得到純度為99的二氨基甲苯。,第二節(jié)催化加氫,2．氣相催化加氫氣相催化加氫是指反應(yīng)物在氣態(tài)下進(jìn)行的加氫反應(yīng)。適用于易氣化的有機(jī)化合物（如苯、硝基苯、苯酚等）的加氫，氣相催化加氫實(shí)際上是氣固相反應(yīng)。含銅催化劑是普遍使用的一類，最常用的是銅硅膠載體型催化劑及銅浮石、CUAL2O3。氣相催化加氫主要用于由硝基苯生產(chǎn)苯胺。苯胺是一種很重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，它的產(chǎn)量很大，大量用于聚氨酯、橡膠助劑、染料、顏料等領(lǐng)域。圖81是一種比較常見的流化床氣相加氫法制苯胺的工藝流程，反應(yīng)器2是流化床反應(yīng)器。,第二節(jié)催化加氫,采用銅硅膠載體型催化劑，它的優(yōu)點(diǎn)是成本低，選擇性好，缺點(diǎn)是抗毒性差。由于原料硝基苯中微量的有機(jī)硫化物極易引起催化劑中毒，所以工業(yè)生產(chǎn)中常使用石油苯為原料生產(chǎn)的硝基苯制備苯胺。由于采用流化床反應(yīng)器，催化劑在反應(yīng)中處于激烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以要求催化劑有足夠的耐磨性能。催化劑的顆粒大小對(duì)流化質(zhì)量和有效分離均很重要，一般選用顆粒為02～03㎜較適宜。1MOL硝基物理論上需要3MOL氫氣，實(shí)際生產(chǎn)中常用氫油比為91（MOL），這樣有利于反應(yīng)熱的移出和使流化床保持較好的流化狀態(tài)。,第二節(jié)催化加氫,,第二節(jié)催化加氫,硝基苯在汽化器中與氫氣混合，通過(guò)反應(yīng)器下部氣體分配盤進(jìn)入流化床反應(yīng)器，控制反應(yīng)溫度為270℃，壓力為004～008MPA。反應(yīng)器出料經(jīng)冷凝，分出氫氣循環(huán)使用。液體分層，水層去回收苯胺；苯胺層經(jīng)干燥塔除去水分，最后經(jīng)過(guò)精餾得到產(chǎn)品苯胺。,第二節(jié)催化加氫,一、在電解質(zhì)溶液中的鐵屑還原金屬鐵和酸（如鹽酸、硫酸、醋酸等）共存時(shí)，或在鹽類電解質(zhì)（如FECL2、NH4CL等）的水溶液中對(duì)于硝基是一種強(qiáng)還原劑，可將硝基還原為氨基而對(duì)其它取代基不會(huì)產(chǎn)生影響，所以它是一種選擇性還原劑。在電解質(zhì)溶液中用鐵屑還原硝基化合物是一種古老的方法。由于鐵屑價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣、副反應(yīng)少、對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求低，所以到目前為止鐵屑還原法仍有很大的用途。但是鐵屑還原法排出大量的含胺的鐵泥和廢水，如果不及時(shí)處理將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的污染。同時(shí)隨著機(jī)械加工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，鐵屑的來(lái)源也受到限制，因此產(chǎn)量大的一些胺類已采用加氫還原法。但對(duì)一些生產(chǎn)噸位小的芳胺，尤其是含水溶性基團(tuán)的芳胺仍采用鐵屑還原法。,第三節(jié)化學(xué)還原,1．反應(yīng)歷程鐵屑在金屬鹽如FECL2、NH4CL等存在下，在水介質(zhì)中使硝基物還原，由下列兩個(gè)基本反應(yīng)來(lái)完成所生成的二價(jià)鐵和三價(jià)鐵按下式轉(zhuǎn)變成黑色的磁性氧化鐵（FE3O4）整理上述反應(yīng)式得到總反應(yīng)式FE3O4俗稱鐵泥，它是FEO和FE2O3的混合物。,第三節(jié)化學(xué)還原,2．影響因素（1）被還原物的結(jié)構(gòu)對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的硝基化合物，采用鐵屑還原時(shí)，反應(yīng)條件不同。對(duì)于芳香族硝基化合物，當(dāng)芳環(huán)上有吸電子基存在時(shí)，硝基中氮原子上的電子云密度降低，親電能力增強(qiáng)，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)

簡(jiǎn)介：北方民族大學(xué),化工原理實(shí)驗(yàn),化學(xué)工程與工藝專業(yè),實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師劉天霞杜春,一、化工原理實(shí)驗(yàn)的目的,驗(yàn)證化工單元過(guò)程的基本理論，并在運(yùn)用理論分析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，使理論知識(shí)得到進(jìn)一步的理解和鞏固；熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的流程、結(jié)構(gòu)，以及化工中常用儀表的使用方法；掌握化工原理實(shí)驗(yàn)的方法和技巧；,一、化工原理實(shí)驗(yàn)的目的,增強(qiáng)工程觀點(diǎn)，培養(yǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度；提高計(jì)算與分析問(wèn)題的能力，運(yùn)用計(jì)算機(jī)及軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)方式或圖表科學(xué)地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行必要的分析討論，編寫完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。,二、化工原理實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng),1、實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，清楚了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求、原理及?shí)驗(yàn)步驟，書寫預(yù)習(xí)報(bào)告；要對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)做到心中有數(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果、可能發(fā)生的故障及排除做出合理的判斷；實(shí)驗(yàn)小組成員要做到分工明確、動(dòng)作協(xié)調(diào)。,2、實(shí)驗(yàn)中的操作訓(xùn)練,實(shí)驗(yàn)操作是動(dòng)手動(dòng)腦的重要過(guò)程，學(xué)生一定要嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程。調(diào)試時(shí)要求細(xì)心平穩(wěn)，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象、儀表讀數(shù)的變化；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要記錄在表格內(nèi)，并注明單位、條件；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要盡量詳細(xì)記錄在記錄本內(nèi)，對(duì)有些當(dāng)時(shí)不能理解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，應(yīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)并如實(shí)記錄，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束經(jīng)過(guò)思考后，提出自己的看法或結(jié)論。,3、實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,報(bào)告要求（1）每份實(shí)驗(yàn)報(bào)告后面附一份北方民族大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄紙；（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理要有計(jì)算示例，不能只給出結(jié)果；（3）要求對(duì)不合理的數(shù)據(jù)做誤差分析；（4）畫圖要求畫在坐標(biāo)紙上；（5）認(rèn)真回答思考題。,三、實(shí)驗(yàn)室規(guī)則,準(zhǔn)時(shí)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不要進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的活動(dòng)；愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器，未經(jīng)教師許可，不得亂動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器、閥門以及電器設(shè)備；儀器操作不明白時(shí)，應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)教師予以解答，不得隨意違章操作。實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)講義中的步驟及指導(dǎo)老師所講步驟操作；注意安全及防火。,四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量,（一）有效數(shù)據(jù)的讀取1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分類無(wú)量綱數(shù)據(jù)有量綱數(shù)據(jù)2、直接測(cè)量時(shí)有效數(shù)字的讀取3、間接測(cè)量時(shí)有效數(shù)字的選取,（二）有效數(shù)字的計(jì)算規(guī)則,1、有效數(shù)字的舍入規(guī)則末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若小于5，則舍去；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若大于5，則將末尾有效數(shù)字加上1；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若等于5，則由末尾有效數(shù)字的奇偶而定，當(dāng)其為偶數(shù)或0時(shí)，不變；當(dāng)其為奇數(shù)時(shí)，則加上1（變?yōu)榕紨?shù)或0）,2、有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則,在加減運(yùn)算中，各數(shù)所保留的小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)，與各數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)最少的相一致。例如將1365,00082,1632三個(gè)數(shù)相加，應(yīng)寫為13650011631529,2、有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則,在乘除運(yùn)算中，各數(shù)所保留的位數(shù)，以原來(lái)各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)為準(zhǔn)，所得結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，亦應(yīng)與原來(lái)各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)相同。例如將00121，2564，105782三個(gè)數(shù)相乘，應(yīng)寫為001212561060328,2、有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則,在對(duì)數(shù)計(jì)算中，所取對(duì)數(shù)位數(shù)與真數(shù)有效數(shù)字位數(shù)相同。例如LG550174,五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量值及其誤差,（一）誤差誤差在實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量?jī)x器的精密程度，測(cè)量方法的可靠性，以及測(cè)量環(huán)境、人員等多方面的因素，使測(cè)量值與直值間不可避免地存在著一些差異，這種差異稱為誤差，誤差普遍存在于測(cè)量過(guò)程中。,二）真值,真值也叫理論值或定義值，是指某物理量客觀存在的實(shí)際值。由于誤差存在的普便性，通常真值是無(wú)法測(cè)量的。通常通過(guò)理論真值、相對(duì)真值、近似真值三種方法來(lái)選取真值。,（三）誤差的表示方法,1、絕對(duì)誤差某物理量經(jīng)測(cè)量后，測(cè)量值與該物理量真值之間的差異，即絕對(duì)誤差測(cè)量值真值在工程計(jì)算中絕對(duì)誤差測(cè)量值精確測(cè)量值測(cè)量值算術(shù)平均值2、相對(duì)誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差100真值當(dāng)絕對(duì)誤差很小時(shí)，工程中可用測(cè)量值代替真值計(jì)算相對(duì)誤差，絕對(duì)誤差是一個(gè)有量綱的值，相對(duì)誤差是無(wú)量綱的真分?jǐn)?shù)。,,（三）誤差的表示方法,3、引用誤差示值誤差引用誤差100滿刻度值測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)是國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的，按引用誤差的大小分成幾個(gè)等級(jí)，將引用誤差的百分?jǐn)?shù)去掉，乘下的數(shù)值就稱為測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)。電工儀表的精度等級(jí)分別為01，02，05，10，15，25，50七個(gè)等級(jí)。,,（四）誤差的分類,1、系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在一定條件下，對(duì)同一物理量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，誤差的數(shù)字保持恒定，或按照某種已知函數(shù)規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的大小用正確度來(lái)表征。系統(tǒng)誤差表明一個(gè)測(cè)量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度，產(chǎn)生原因通常有測(cè)量?jī)x器、測(cè)量方法、環(huán)境及人為因素。,（四）誤差的分類,2、偶然誤差（隨機(jī)誤差）偶然誤差由于測(cè)量中一系列隨機(jī)性因素的影響而產(chǎn)生的誤差。偶然誤差的大小用精密度一詞表征。3、過(guò)失誤差（粗差）過(guò)失誤差是由于測(cè)量過(guò)程中明顯歪曲測(cè)量結(jié)果而引起的誤差，如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)。產(chǎn)生的主要原因?yàn)榇种Υ笕~、過(guò)度疲勞或操作不正確。含有過(guò)失誤差的測(cè)量值被稱為壞值，正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)該含有壞值，即所有壞值都要剔除。,六、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,必做項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)緒論及化工安全教育流體流動(dòng)阻力的測(cè)定離心泵性能實(shí)驗(yàn)傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)氧解吸實(shí)驗(yàn)萃取實(shí)驗(yàn)流化干燥實(shí)驗(yàn),選做項(xiàng)目板框及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)精餾實(shí)驗(yàn)小流量液體流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)壓力標(biāo)定實(shí)驗(yàn)溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)柏努利實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握直管摩擦阻力系數(shù)的測(cè)量方法；2、掌握突擴(kuò)管及閥門的局部阻力系數(shù)的測(cè)定方法；3、回歸光滑管的ΛRE曲線，并與相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行比較；4、回歸層流管的ΛRE曲線，并與相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行比較（選做內(nèi)容）。,實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定,二、基本原理,,,因此，通過(guò)改變流體的流速可測(cè)定出不同RE下的摩擦阻力系數(shù)，即可得出一定相對(duì)粗糙度的管子的ΛRE關(guān)系。,實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定,在湍流區(qū)內(nèi)，ΛF（RE，Ε/D），對(duì)于光滑管大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)RE在3103至105的范圍內(nèi)，Λ與RE的關(guān)系遵循BLASIUS關(guān)系式，即,,,對(duì)于層流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)，由哈根泊謖葉公式和范寧公式，對(duì)比可得,實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定,,1離心泵2水箱3電磁閥4渦輪流量計(jì)5管路切換閥6穩(wěn)流罐7測(cè)量管線8流量調(diào)節(jié)閥9層流流量調(diào)節(jié)閥,三、實(shí)驗(yàn)裝置和流程,實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定,自上而下分別為NO1層流管，為Φ617MM的不銹鋼管，管長(zhǎng)12M；NO2球閥與截止閥，為Φ2735MM的不銹鋼管；NO3光滑管，為Φ273MM的不銹鋼管，管長(zhǎng)15M；NO4粗糙管，為Φ2725MM的鍍鋅管，管長(zhǎng)15M；NO5突然擴(kuò)大管，為Φ223MM→Φ483MM的不銹鋼管；NO6孔板流量計(jì)（渦輪）管線，為Φ483MM的不銹鋼管。,實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定,四、報(bào)告要求1、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Λ–REΕ/D的關(guān)系曲線。2、將光滑管的Λ–RE關(guān)系與BLASIUS公式進(jìn)行比較。3、計(jì)算局部阻力系數(shù)Ξ。４、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出層流時(shí)的關(guān)系曲線（選做）。五、思考題P63①②④⑤,實(shí)驗(yàn)二離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法；2、測(cè)量離心泵在恒定轉(zhuǎn)數(shù)下的特性曲線，并確定其最佳工作范圍；3、測(cè)量管路特性曲線及雙泵并聯(lián)時(shí)特性曲線；4、了解工作點(diǎn)的含義及確定方法；5、測(cè)定孔板流量計(jì)孔流系數(shù)C0與雷諾數(shù)RE的關(guān)系（選做內(nèi)容）。,實(shí)驗(yàn)二離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn),二、基本原理,,,HEH壓力表H真空表H0,,,（H003M）,N軸N電機(jī)Η電機(jī)Η傳動(dòng)KW,,實(shí)驗(yàn)二離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn),,1水箱2離心泵3渦輪流量計(jì)4孔板流量計(jì)D21MM5流量調(diào)節(jié)閥,三、實(shí)驗(yàn)裝置和流程,,實(shí)驗(yàn)二離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求1、畫出離心泵的特性曲線，確定該泵較為適宜的工作范圍。2、繪出管路特性曲線。3、做出C0RE曲線（選做內(nèi)容）。五、思考題P67①④⑤⑥⑦,實(shí)驗(yàn)三板框及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)1、熟悉板框過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作方法；2、測(cè)定在恒壓過(guò)濾操作時(shí)的過(guò)濾常數(shù)；3、掌握過(guò)濾問(wèn)題的簡(jiǎn)化工程處理方法；4、熟悉燭芯動(dòng)態(tài)過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)與操作方法；5、測(cè)定不同壓差、流速及懸浮液濃度對(duì)過(guò)濾速率的影響。,實(shí)驗(yàn)三板框及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn),二、基本原理,,,恒壓過(guò)濾方程,,,,對(duì)上式微分可得,用ΔΤ/ΔQ替代DΤ/DQ,實(shí)驗(yàn)三板框及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn),三、裝置和流程,,1壓縮機(jī)2配料釜3供料泵4圓形板框過(guò)濾機(jī)5壓力控制閥6旁路閥,（1）板框過(guò)濾實(shí)驗(yàn)流程圖,實(shí)驗(yàn)三板框及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn),（2）動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)流程,,1、壓縮機(jī)2、磁力泵3、原料罐4、小儲(chǔ)罐5、旋渦泵6、電子天平7、燒杯8、燭芯過(guò)濾器9、進(jìn)料調(diào)節(jié)閥10、孔板流量計(jì)11、旁路閥12、電磁閥,實(shí)驗(yàn)三板框及動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求1、在坐標(biāo)紙上繪出ΔΤ/ΔQQ的關(guān)系圖，求出的值K、QE、ΤE的值。2、得出完整的過(guò)濾方程式。3、列出過(guò)濾最終速率與洗滌速率的比值。4、繪制動(dòng)態(tài)過(guò)濾速率趨勢(shì)圖。5、繪制操作壓力、流體速度和懸浮液含量對(duì)過(guò)濾速率的關(guān)系圖。五、思考題P70①③④⑤⑥，P72①②,實(shí)驗(yàn)四傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握傳熱膜系數(shù)的測(cè)定方法；2、測(cè)定強(qiáng)化與非強(qiáng)化傳熱過(guò)程中，傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的系數(shù)A和指數(shù)M、N；3、測(cè)定套管換熱器的靜壓損失與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系選做內(nèi)容）；4、通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高對(duì)傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的理解，并分析影響傳熱膜系數(shù)的因素，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施。,實(shí)驗(yàn)四傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn),二、基本原理,,,,,,,,,實(shí)驗(yàn)四傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn),,,實(shí)驗(yàn)四傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn),1、蒸汽發(fā)生器2、蒸汽管3、補(bǔ)水口4、補(bǔ)水閥5、排水閥6、套管換熱器7、放氣閥8、冷凝水回流管9、空氣流量調(diào)節(jié)閥10、壓力（壓差）傳感器11、孔板流量計(jì)12、空氣管13、風(fēng)機(jī),,三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程,實(shí)驗(yàn)四傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求1、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪出NU/PR04RE的關(guān)系圖。2、整理出流體在圓管內(nèi)做強(qiáng)制湍流流動(dòng)的傳熱膜系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。3、將實(shí)驗(yàn)所得到的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式和公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。五、思考題P75①②③⑥,實(shí)驗(yàn)五氧解吸實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀察填料塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、掌握總傳質(zhì)系數(shù)KXA的測(cè)定方法并分析影響因素。4、學(xué)習(xí)氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問(wèn)題的方法。,實(shí)驗(yàn)五氧解吸實(shí)驗(yàn),二、基本原理1、填料塔流體力學(xué)特性2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸。由于富氧水濃度很小，可認(rèn)為氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也是直線，因此可以用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。,,實(shí)驗(yàn)五氧解吸實(shí)驗(yàn),三、裝置和流程,,實(shí)驗(yàn)五氧解吸實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求1、計(jì)算并確定干填料及一定噴淋量下的濕填料在不同空塔氣速下，LG△P與LGU的關(guān)系曲線，并找出泛點(diǎn)與載點(diǎn)。２、計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下（一定噴淋量、一定空塔氣速）的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)KXA及液相總傳質(zhì)單元高度HOL。五、思考題P83①④⑤⑥,實(shí)驗(yàn)六精餾實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定精餾塔在全回流及部分回流條件下的全塔效率；2、測(cè)定精餾塔在全回流條件下的單板效率；3、測(cè)定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；4、測(cè)定再沸器的傳熱膜系數(shù)（選做內(nèi)容）。,實(shí)驗(yàn)六精餾實(shí)驗(yàn),二、實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)六精餾實(shí)驗(yàn),板效率是體現(xiàn)塔板性能及操作狀況的主要參數(shù)，有兩種定義方法1、總板效率E,2、單板效率EML,Ｎ,實(shí)驗(yàn)六精餾實(shí)驗(yàn),三、裝置及流程,,實(shí)驗(yàn)六精餾實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求１、在直角坐標(biāo)系中繪制XY圖，用圖解法求出理論板數(shù)；２、測(cè)定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；３、全回流條件下的全塔效率和單板效率；４、部分回流條件下的全塔效率；５、結(jié)合精餾操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。五、思考題P78①②③④⑤⑥⑦,實(shí)驗(yàn)七轉(zhuǎn)盤塔萃取實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解轉(zhuǎn)盤萃取塔的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；2、掌握液液萃取塔的操作；3、掌握傳質(zhì)單元高度的測(cè)定方法，并分析外加能量對(duì)液液萃取塔傳質(zhì)單元高度和通量的影響。,實(shí)驗(yàn)七轉(zhuǎn)盤塔萃取實(shí)驗(yàn),二、基本原理萃取是利用原料液中各組分在兩個(gè)液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離。,,,,實(shí)驗(yàn)七轉(zhuǎn)盤塔萃取實(shí)驗(yàn),三、裝置及流程,,1、萃取塔2、輕相料液罐3、輕相采出罐4、水相貯罐5、輕相泵6、水泵,實(shí)驗(yàn)七轉(zhuǎn)盤塔萃取實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求１、根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)盤塔的傳質(zhì)單元高度；２、并分析不同輕、重相流率、不同攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。五、思考題1、萃取的目的是什么原理是什么2、萃取溶劑的必要條件是什么3、萃取設(shè)備按兩相的接觸方式分類可分成哪幾類各有何特點(diǎn)轉(zhuǎn)盤萃取塔屬于哪一類,實(shí)驗(yàn)八流化床干燥實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法；2、測(cè)定流化床的床層壓降與流速的關(guān)系曲線；3、測(cè)定被干燥物料的含水量（溫度）隨時(shí)間的變化曲線；4、測(cè)定干燥速率曲線，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階段的比例系數(shù)KX。,實(shí)驗(yàn)八流化床干燥實(shí)驗(yàn),二、基本原理1、流化曲線通過(guò)測(cè)量不同空氣流量不的床層壓降。2、干燥特性曲線,實(shí)驗(yàn)八流化床干燥實(shí)驗(yàn),三、裝置及流程,1、空氣加熱器2、放凈口3、不銹鋼筒體4、取樣口5、玻璃筒體6、氣固分離段7、加料口8、旋風(fēng)分離器9、孔板流量計(jì)D020MM10、風(fēng)機(jī)11、濕球溫度水筒,實(shí)驗(yàn)八流化床干燥實(shí)驗(yàn),四、報(bào)告要求１、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出流化床的△PU圖；２、繪出干燥速率與物料含水量關(guān)系圖，并注明干燥操作條件；３、確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階段的比例系數(shù)KX。五、思考題P89①②③④,實(shí)驗(yàn)九小流量液體流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)標(biāo)定10～100ML/MIN的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，標(biāo)定其他類型小流量計(jì)，標(biāo)定小流量傳感器。二、實(shí)驗(yàn)原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有一定的精度范圍，測(cè)量值存在偏差，尤其是小流量的測(cè)定，結(jié)果導(dǎo)致的相對(duì)誤差較大，因此在測(cè)量精度要求較高的條件下，需要對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。,三、裝置及流程,,實(shí)驗(yàn)九小流量液體流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)十壓力標(biāo)定實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦脴?biāo)準(zhǔn)壓力傳感器標(biāo)定壓力表或真空表。二、基本原理壓力表或真空表在長(zhǎng)期使用后，測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)發(fā)生變化，因此需要校正其測(cè)量讀數(shù)。,實(shí)驗(yàn)十壓力標(biāo)定實(shí)驗(yàn),三、裝置及流程,,1、空氣壓縮機(jī)真空泵2、進(jìn)氣閥3、緩沖罐4、壓力表5、排氣閥6、標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器7、智能顯示儀表,實(shí)驗(yàn)十一溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦秒姌蚝蜆?biāo)準(zhǔn)鉑電阻校正熱電偶及鉑電阻。二、基本原理在生產(chǎn)制造熱電偶或熱電阻的過(guò)程中，由于生產(chǎn)工藝的限制，很難保證生產(chǎn)出來(lái)的熱敏元件都具有相同的特性；此外還由于某些熱敏元件自身的特性，如熱電偶在低溫時(shí)具有一定的非線性等原因，故在使用這些熱敏元件進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)，需要先對(duì)它們進(jìn)行校正。即要找到這些元件在不同溫度下的測(cè)量值與真實(shí)值之間的偏差，進(jìn)而能夠?qū)y(cè)量值進(jìn)行修正，使其具有較高的測(cè)量精度。,實(shí)驗(yàn)十一溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn),三、裝置及流程,,1、電橋2、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻3、鉑電阻4、熱電偶5、水浴6、熱電偶溫度表7、鉑電阻溫度表,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察流體流動(dòng)狀態(tài)觀察層流狀態(tài)下流體在管道內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的速度分布,二、實(shí)驗(yàn)原理,RE4000湍流,實(shí)驗(yàn)十二雷諾實(shí)驗(yàn),三、操作,打開紅墨水閥門，調(diào)節(jié)水流量，仔細(xì)觀察現(xiàn)象。,四、記錄現(xiàn)象,管徑溫度,實(shí)驗(yàn)八雷諾實(shí)驗(yàn),流動(dòng)狀態(tài)示意圖,實(shí)驗(yàn)八雷諾實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置圖,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證伯努利方程演示沿程阻力損失現(xiàn)象和局部阻力損失現(xiàn)象。,二、實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)八柏努利實(shí)驗(yàn),三、操作,啟動(dòng)泵，改變兩次水流量QV,1,QV,2,四、記錄現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)八柏努利實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖,機(jī)械能守恒W1＝W2＝W3＝W4,,,測(cè)壓管液柱高度分析,,,實(shí)驗(yàn)裝置圖,,,謝謝大家,

簡(jiǎn)介：化學(xué)制藥工藝學(xué),鄭州大學(xué)石曉華,化學(xué)制藥工藝學(xué),第一章緒論,第一節(jié)化學(xué)制藥工藝學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容,第二節(jié)化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)及其在化學(xué)工業(yè)中的地位,第三節(jié)國(guó)內(nèi)外化學(xué)制藥工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀,化學(xué)制藥工藝學(xué),第一節(jié)化學(xué)制藥工藝學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容,一、研究對(duì)象化學(xué)合成藥物生產(chǎn)的特點(diǎn)1、品種多，更新快，生產(chǎn)工藝復(fù)雜；以喹諾酮類抗菌藥為例第一代20世紀(jì)60年代初萘啶酸（1962）、噁喹酸、吡咯酸。第二代20世紀(jì)60年代末至70年代末吡哌酸（1974）、氟甲喹。第三代20世紀(jì)80年代以后1978年氟喹諾酮類問(wèn)世。代表產(chǎn)品有諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星。按照藥物中所含氟基團(tuán)的數(shù)量可分三類1單氟化物諾氟沙星氟哌酸、環(huán)丙沙星、依諾沙星、氧氟沙星、氨氟沙星、培氟沙星、左氧氟沙星；2雙氟化物洛美沙星3三氟化物氟羅沙星、托氟沙星。第四代吉米沙星、莫西沙星等。目前，國(guó)外有將近50個(gè)品種正處在研發(fā)的各個(gè)階段。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2,4二氯甲苯路線2,4二氯氟苯路線3氯4氟苯胺路線,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、原輔材料繁多，且原輔材料及中間體多為易燃、易爆、有毒；3、產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格，基本采用間歇生產(chǎn)方式；4、三廢多，且成分復(fù)雜，嚴(yán)重危害環(huán)境?；瘜W(xué)制藥工藝學(xué)是研究藥物合成路線、工藝原理、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化的一般途徑和方法的一門科學(xué)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、研究?jī)?nèi)容,化學(xué)制藥工藝學(xué),,研究?jī)?nèi)容1、化學(xué)制藥工藝路線的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)及選擇方法。2、化學(xué)合成制藥的工藝研究技術(shù)，反應(yīng)條件與影響因素是藥物工藝研究的主要任務(wù)。3、中試放大，生產(chǎn)工藝規(guī)程，安全生產(chǎn)技術(shù)。4、“三廢”防治。,,化學(xué)制藥工藝學(xué),第二節(jié)化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)及其在化學(xué)工業(yè)中地位,一、化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)1、和人類生活休戚相關(guān)的，常盛不衰，長(zhǎng)期高速發(fā)展的工業(yè)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、以新藥研究與開發(fā)為基礎(chǔ)的工業(yè)。新藥研究與開發(fā)主要包括（1）突破性新藥研究開發(fā)（NCES）；（2）模仿性新藥創(chuàng)制（METOO）；（3）延伸性研究開發(fā)（已知藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾以及單一對(duì)映體或異構(gòu)體的研究和開發(fā)）；（4）應(yīng)用生物技術(shù)開發(fā)新的生化藥品；（5）現(xiàn)有藥物的藥劑學(xué)研究開發(fā)；（6）新技術(shù)路線和新工藝的研究開發(fā)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、利潤(rùn)比較高，專利保護(hù)周密，競(jìng)爭(zhēng)激烈的工業(yè)。二、其在化學(xué)工業(yè)中地位據(jù)報(bào)道，1961～1990年30年間，世界20個(gè)主要國(guó)家一共批準(zhǔn)上市的受專利保護(hù)的創(chuàng)新藥物2071種，其中大部分是化學(xué)合成藥物。世界上制藥工業(yè)產(chǎn)品銷售額占化學(xué)工業(yè)各類產(chǎn)品的第二或第三位。,,化學(xué)制藥工藝學(xué),第三節(jié)國(guó)內(nèi)外化學(xué)制藥工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀,一、國(guó)外化學(xué)制藥工業(yè)發(fā)展的特征和趨勢(shì)1、新藥研究開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)加劇。2、巨型企業(yè)增多。美國(guó)輝瑞強(qiáng)生默克雅培英國(guó)葛蘭素史克瑞士諾華羅氏3、重視科技信息，開展預(yù)測(cè)及新藥評(píng)價(jià)工作。二、我國(guó)化學(xué)制藥工業(yè)發(fā)展和前景仿制為主，現(xiàn)已行不通。創(chuàng)制有特點(diǎn)（青蒿素），難度大。,化學(xué)制藥工藝學(xué),第二章藥物工藝路線的設(shè)計(jì)和選擇,第一節(jié)概述,第二節(jié)藥物工藝路線的設(shè)計(jì),第三節(jié)藥物工藝路線的評(píng)價(jià)與選擇,化學(xué)制藥工藝學(xué),第一節(jié)概述,全合成由結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的化工原料經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)合成和物理處理過(guò)程制得。P183半合成由已知具有一定基本結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物經(jīng)化學(xué)改造和物理處理過(guò)程制得。藥物工藝路線具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的合成途徑，稱為藥物的工藝路線或技術(shù)路線。藥物生產(chǎn)工藝路線是藥物生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)和依據(jù)。它的技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性，是衡量生產(chǎn)技術(shù)高低的尺度。,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,理想的藥物工藝路線1）化學(xué)合成途徑簡(jiǎn)易，即原輔材料轉(zhuǎn)化為藥物的路線要簡(jiǎn)短；2）需要的原輔材料少而易得，量足；3）中間體易純化，質(zhì)量可控，可連續(xù)操作；4）可在易于控制的條件下制備，安全無(wú)毒；5）設(shè)備要求不苛刻；6）三廢少，易于治理；7）操作簡(jiǎn)便，經(jīng)分離易于達(dá)到藥用標(biāo)準(zhǔn)；8）收率最佳，成本最低，經(jīng)濟(jì)效益最好。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的調(diào)研,,化學(xué)制藥工藝學(xué),第二節(jié)藥物工藝路線的設(shè)計(jì),一、藥物工藝路線設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和意義內(nèi)容針對(duì)已經(jīng)確定化學(xué)結(jié)構(gòu)的藥物或潛在藥物，研究如何應(yīng)用化學(xué)合成的理論和方法，設(shè)計(jì)出適合其生產(chǎn)的工藝路線。意義1、具有生物活性和醫(yī)療價(jià)值的天然藥物，由于它們?cè)趧?dòng)植物體內(nèi)含量太少，不能滿足需求，因此需要全合成或半合成。2、根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)藥科學(xué)理論找出具有臨床應(yīng)用價(jià)值的藥物，必須及時(shí)申請(qǐng)專利和進(jìn)行化學(xué)合成與工藝設(shè)計(jì)研究，以便經(jīng)新藥審批獲得新藥證書后，盡快進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。3、引進(jìn)的或正在生產(chǎn)的藥物，由于生產(chǎn)條件或原輔材料變換或要提高醫(yī)藥品質(zhì)量，需要在工藝路線上改進(jìn)與革新。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、藥物結(jié)構(gòu)的剖析在設(shè)計(jì)藥物的合成路線時(shí)，首先應(yīng)從剖析藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)入手，然后根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。藥物剖析的方法（1）對(duì)藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體及部位剖析時(shí)，應(yīng)首先分清主環(huán)與側(cè)鏈，基本骨架與功能基團(tuán)，進(jìn)而弄清這些功能基以何種方式和位置同主環(huán)或基本骨架連接。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）研究分子中各部分的結(jié)合情況，找出易拆鍵部位。鍵易拆的部位也就是設(shè)計(jì)合成路線時(shí)的連接點(diǎn)以及與雜原子或極性功能基的連接部位。如C－O、C－S、C－N鍵等。（3）考慮基本骨架的組合方式，形成方法；如基本骨架是芳香環(huán)，可采用苯或者苯的同系物或衍生物為原料合成；基本骨架為雜環(huán)化合物的，有一部分可以以天然來(lái)源的雜環(huán)化合物為原料，例如吡啶，但大部分需要采用縮合或者環(huán)合的方式合成。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（4）功能基的引入、變換、消除與保護(hù)；（5）手性藥物，需考慮手性拆分或不對(duì)稱合成等。藥物工藝路線設(shè)計(jì)的主要方法類型反應(yīng)法、追溯求源法、模擬類推法、分子對(duì)稱法、光學(xué)異構(gòu)體拆分法等。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,三、藥物工藝路線設(shè)計(jì)方法1、類型反應(yīng)法類型反應(yīng)法指利用常見的典型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與合成方法進(jìn)行的合成設(shè)計(jì)。主要包括各類有機(jī)化合物的通用合成方法，功能基的形成、轉(zhuǎn)換、保護(hù)的合成反應(yīng)單元。對(duì)于有明顯類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及功能基特點(diǎn)的化合物，可采用此種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,利用典型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)如烷基化反應(yīng)、酰基化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、縮合反應(yīng)等等。例1抗霉菌藥物克霉唑（鄰氯代三苯甲基咪唑）,C－N鍵是一個(gè)易拆鍵，可由咪唑的亞胺基與鹵烷通過(guò)烷基化反應(yīng)形成。,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,線路2FRIEDEL－CRAFTS反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,線路3,化學(xué)制藥工藝學(xué),,功能基的形成、轉(zhuǎn)換、保護(hù)（1）功能基定位位阻效應(yīng)；鄰、對(duì)位定位規(guī)律；引入臨時(shí)取代基如安妥明的合成老工藝,化學(xué)制藥工藝學(xué),,新工藝,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）功能基的轉(zhuǎn)化與保護(hù)A、轉(zhuǎn)化RNH2（芳胺）可轉(zhuǎn)化為OH、X、CN、SO3H等等；RX（脂肪族）可轉(zhuǎn)化為OH、NH2、CN等等；RCOOH可轉(zhuǎn)化為酯、酰氯、酰胺等等。B、保護(hù)NH2?；癁镹HCHO、NHCOCH3；OH酯化為OCOCH3、OCOC6H5等；CHO、轉(zhuǎn)化為縮醛或縮酮。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、追溯求源法追溯求源法從藥物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，將其化學(xué)合成過(guò)程一步一步地逆向推導(dǎo)進(jìn)行追溯尋源的方法，也稱倒推法。首先從藥物合成的最后一個(gè)結(jié)合點(diǎn)考慮它的前驅(qū)物質(zhì)是什么和用什么反應(yīng)得到，如此繼續(xù)追溯求源直到最后是可能的化工原料、中間體和其它易得的天然化合物為止。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（1）藥物分子中具有C－N，CS，CO等碳雜鍵的部位，是該分子的拆鍵部位，也是其合成時(shí)的連接部位。,√,,應(yīng)用倒推法設(shè)計(jì)工藝路線時(shí)，若出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的連接部位的形成順序時(shí),即各接合點(diǎn)的單元反應(yīng)順序可以有不同的安排順序時(shí),不僅需從理論合理安排，而且必要時(shí)還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究加以比較選定。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2倒推法也適合于分子具有C≡C、CC、CC鍵化合物的合成設(shè)計(jì)。環(huán)己烯止血藥氨甲環(huán)酸,,,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、模擬類推法對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的藥物即合成路線不明顯的各種化學(xué)結(jié)構(gòu)只好揣測(cè)。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，改進(jìn)他人尚不完善的概念來(lái)進(jìn)行藥物工藝路線設(shè)計(jì)。可模擬類似化合物的合成方法。故也稱文獻(xiàn)歸納法。例黃連素的合成,化學(xué)制藥工藝學(xué),,黃連素巴馬汀延胡索乙素二苯并A,G喹嗪,化學(xué)制藥工藝學(xué),,1969年MULLER等發(fā)表的巴馬汀合成法,化學(xué)制藥工藝學(xué),,參照上述巴馬汀的合成，設(shè)計(jì)了從胡椒乙胺與鄰甲氧基香蘭醛出發(fā)合成鹽酸黃連素的工藝路線，并試驗(yàn)成功。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,4、分子對(duì)稱法分子對(duì)稱法有許多具有分子對(duì)稱性的藥物可用分子中相同兩個(gè)部分進(jìn)行合成。例1,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,例2,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,5、立體化學(xué)控制與不對(duì)稱合成異構(gòu)體具有相同的活性，如抗炎藥布洛芬。異構(gòu)體各有不同的生物活性，如鎮(zhèn)痛藥右丙氧芬其對(duì)映體諾夫特則為鎮(zhèn)咳藥。一個(gè)異構(gòu)體有效，另一個(gè)異構(gòu)體無(wú)效。其中一個(gè)異構(gòu)體有效，另一個(gè)異構(gòu)體可致不良副作用。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（1）外消旋體的一般性質(zhì),A、外消旋混合物當(dāng)各個(gè)對(duì)映體的分子在晶體中對(duì)其相同種類的分子具有較大的親和力時(shí)，那么只要有一個(gè)（＋）－分子進(jìn)行結(jié)晶，則將只有（＋）－分子在上面增長(zhǎng)。分子的情況相似。外消旋混合物是型晶體和型晶體的混合物。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,B、外消旋化合物當(dāng)一個(gè)對(duì)映體的分子對(duì)其相反的對(duì)映體的分子比對(duì)其相同種類分子具有較大的親和力時(shí)，相反的對(duì)映體即將在晶體的晶胞中配對(duì)，而形成在計(jì)量學(xué)意義上的真正的化合物。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,C、外消旋固體溶液在某些情況下，當(dāng)一個(gè)外消旋體的相同構(gòu)型的分子之間和相反構(gòu)型分子之間的親和力相差很小時(shí)，則此外消旋體所形成的固體，其分子的排列是混亂的。于是得到的是外消旋固體溶液。外消旋固體溶液與兩個(gè)對(duì)映體在許多方面的性質(zhì)都是相同的。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,區(qū)分方法加入純的對(duì)映體，1熔點(diǎn)上升，則為外消旋混合物；2）熔點(diǎn)下降，則為外消旋化合物；3）熔點(diǎn)沒(méi)有變化，則為外消旋固體溶液。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）外消旋體的拆分A、誘導(dǎo)結(jié)晶法適用范圍僅適用于外消旋混合物的拆分，如（±酒石酸銨鈉鹽。方法在外消旋混合物過(guò)飽和溶液中加入其中一種或純的對(duì)映體結(jié)晶作為晶種，則晶體成長(zhǎng)并優(yōu)先析出同種對(duì)映體結(jié)晶；迅速過(guò)濾；再往濾液中加入一定量的外消旋混合物，則溶液中另一種對(duì)映體達(dá)到過(guò)飽和，一經(jīng)冷卻，該單一對(duì)映體便結(jié)晶出來(lái)。如此反復(fù)操作，便可連續(xù)拆分交叉得到或?qū)τ丑w即單旋體。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,特點(diǎn)①不需要拆分劑；②操作簡(jiǎn)單；③母液可以套用多次；④拆分條件控制要求嚴(yán)格；⑤拆分所得光學(xué)異構(gòu)體的純度不夠高。溶劑水、水－甲醇、水－鹽酸、丙酮－水、水－甲酸銨等。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,B、非對(duì)映異構(gòu)體結(jié)晶拆分法適用范圍對(duì)外消旋混合物、外消旋化合物及外消旋固體溶液均可適用。方法利用消旋體的化學(xué)性質(zhì)使其與某一光學(xué)活性試劑（即光學(xué)拆分劑）作用以生成兩種非對(duì)映體，然后利用這兩種物質(zhì)的某些理化性質(zhì)（如溶解度、熔點(diǎn)和旋光度等）的差異，通常是利用溶解度的差異，將它們分離；然后再脫去拆分劑，便可分別得到左旋體或右旋體。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,拆分試劑,化學(xué)制藥工藝學(xué),,光學(xué)拆分劑的選擇依據(jù)①拆分劑必須易與外消旋體形成非對(duì)映異構(gòu)體，拆分完成后拆分劑易于脫除。②所形成的兩種非對(duì)映異構(gòu)體之間具有較大的溶解度差異。③拆分劑必需來(lái)源方便，價(jià)格低廉，拆分后能全部回收，反復(fù)使用。④拆分劑的光學(xué)純度盡可能高。溶劑水、醇、酮、醚、酯等，或者混合溶劑。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,C、生物拆分法原理利用酶對(duì)光學(xué)異構(gòu)體具有選擇性的酶解作用，使外消旋體中一個(gè)光學(xué)異構(gòu)體優(yōu)先酶解，另一個(gè)因難酶解而被保留，進(jìn)而達(dá)到分離。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是副反應(yīng)少、拆分效率高、生產(chǎn)條件溫和、環(huán)境污染??；酶一般具有很強(qiáng)的底物專一性，對(duì)于一種拆分底物，需要在較大范圍內(nèi)進(jìn)行酶的培養(yǎng)和篩選。此外，酶法拆分對(duì)溶劑的種類和濃度范圍都有一定的限制。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,D、色譜分離用非對(duì)稱化合物作為色譜的吸附劑，有可能使一個(gè)外消旋體被拆分為單一的旋光體。特點(diǎn)產(chǎn)品純度高，操作步驟多，需特定的設(shè)備條件。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（3）不對(duì)稱合成不對(duì)稱合成一個(gè)反應(yīng)，其中底物分子整體中的非手性單元由反應(yīng)劑以不等量地生成立體異構(gòu)產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化為手性單元。前手性分子具有羰基、碳碳雙鍵、碳氮雙鍵或在這些基團(tuán)的相鄰碳原子上有兩個(gè)氫原子的化合物。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,一個(gè)成功的不對(duì)稱合成的標(biāo)準(zhǔn)1高的對(duì)映體過(guò)量（EE）對(duì)映體過(guò)量在二個(gè)對(duì)映體的混合物中，一個(gè)對(duì)映體過(guò)量的百分?jǐn)?shù)。EEE1－E2/E1＋E2100％2手性輔劑易于制備并能循環(huán)利用；3可以制備到R和S兩種構(gòu)型；4最好是催化性的合成。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,不對(duì)稱合成的基本類型有非手征性試劑和手征性反應(yīng)物的反應(yīng)手征性試劑和非手征性反應(yīng)物的反應(yīng)非手征性反應(yīng)物在手征性催化劑影響下的反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,A、非手征性試劑和手征性反應(yīng)物的反應(yīng)在前手征基團(tuán)近鄰預(yù)先有一個(gè)手征中心，從而使分子的這部分具有一個(gè)對(duì)稱面時(shí)，則試劑優(yōu)先從位阻較小的一邊進(jìn)攻，結(jié)果形成兩個(gè)立體異構(gòu)體的量就不相等。CRAM不對(duì)稱誘導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則L－最大取代基M－中間取代基S－最小取代基,化學(xué)制藥工藝學(xué),,例如，手征性Α－酮酸酯與格氏試劑反應(yīng)而得到不等量的非對(duì)映異構(gòu)體?。u基酯，水解可得到不等量的對(duì)映體Α－醇酸。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,B、手征性試劑和非手征性反應(yīng)物的反應(yīng)手征性試劑與非手征性反應(yīng)物之間同樣也是形成非對(duì)映異構(gòu)體的過(guò)渡態(tài)，而進(jìn)行不對(duì)稱合成。硼烷（BH3）2的兩個(gè)氫原子被兩個(gè)手征性分子取代，即得手征性硼烷試劑這個(gè)PBH與烯烴加成，然后用H2O2氧化，可以得到光活性丁醇2，光收率高達(dá)7090,化學(xué)制藥工藝學(xué),,C、非手征性反應(yīng)物在手征性催化劑影響下的反應(yīng),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,EEUPTO99MACMILLANETAL,JACS,2002,化學(xué)制藥工藝學(xué),,金屬配合物催化劑優(yōu)點(diǎn)催化活性好，立體控制選擇性高缺點(diǎn)需要貴重金屬、配體成本高、催化劑對(duì)空氣和水汽敏感、回收利用困難、產(chǎn)物中殘留金屬的毒性問(wèn)題等。有機(jī)催化劑優(yōu)點(diǎn)催化條件簡(jiǎn)單、易于回收利用缺點(diǎn)催化活性和選擇性有待提高,化學(xué)制藥工藝學(xué),第三節(jié)工藝路線的評(píng)價(jià)與選擇,化學(xué)制藥工藝學(xué),,1、以對(duì)硝基苯酚為原料FE還原制備簡(jiǎn)捷，適合工業(yè)大生產(chǎn)；原料供應(yīng)常受染料和農(nóng)藥生產(chǎn)的制約，鐵泥的三廢處理問(wèn)題催化加氫PD/C、PT/C，價(jià)格較高,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、以苯酚為原料收率80～85％用硫化鈉做為還原劑，產(chǎn)生少量硫化氫，環(huán)境污染問(wèn)題,化學(xué)制藥工藝學(xué),,原料易得，收率高（95～98）鈀碳價(jià)格昂貴，成本高,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、以硝基苯為原料鋁粉還原中和后氫氧化鋁不易過(guò)濾催化加氫反應(yīng)選擇性問(wèn)題電解還原產(chǎn)品純度高，潔凈無(wú)污染；收率較低（73％），電解設(shè)備要求高。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,一、原輔材料的供應(yīng)選擇工藝路線，首先應(yīng)考慮每一合成路線所用的各種原輔材料的來(lái)源、規(guī)格和供應(yīng)情況，其基本要求是利用率高、價(jià)廉易得。利用率，包括化學(xué)結(jié)構(gòu)中骨架和功能基的利用程度；取決于原輔材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及所進(jìn)行的反應(yīng)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、合成步驟、操作方法與收率路線一路線二,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,三、單元反應(yīng)次序安排經(jīng)濟(jì)原則收率低的放前面順序問(wèn)題,化學(xué)制藥工藝學(xué),,四、技術(shù)條件與設(shè)備要求高溫、高壓、低溫、高真空、嚴(yán)重腐蝕等成本、生產(chǎn)率、勞動(dòng)保護(hù)、環(huán)境保護(hù)技改五、安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù),化學(xué)制藥工藝學(xué),思考題,1、化學(xué)制藥工藝學(xué)的定義、研究對(duì)象及研究?jī)?nèi)容。2、化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)。3、藥物工藝路線的定義及理想的藥物工藝路線特點(diǎn)。4、藥物工藝路線設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及意義。5、藥物結(jié)構(gòu)剖析的一般方法。6、藥物工藝路線設(shè)計(jì)的方法一般有哪些7、類型反應(yīng)法、分子對(duì)稱法、追溯求源法、模擬類推法的定義及適用范圍。8、外消旋體，外消旋混合物，外消旋化合物，外消旋固體溶液的定義及它們之間的差別。9、詳細(xì)說(shuō)明手性拆分（外消旋體拆分）的幾種主要方法。10、藥物工藝路線的評(píng)價(jià)及選擇的主要內(nèi)容。,化學(xué)制藥工藝學(xué),第五節(jié)新反應(yīng)與新技術(shù)的應(yīng)用,一、新的合成技術(shù)1、新合成方法聲化學(xué)合成、熱效應(yīng)合成、電化學(xué)合成、等離子體化學(xué)合成、手性合成、光化學(xué)合成、超臨界狀態(tài)下的合成、”一鍋燴“合成技術(shù)、生物合成技術(shù)、綠色化學(xué)合成技術(shù)”一鍋燴“將多步反應(yīng)或者多步操作置于一個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，無(wú)需再分離中間產(chǎn)物。因而具有高效、高選擇性、操作條件溫和等特點(diǎn)。P35（P40）,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、新催化技術(shù)配位催化、相轉(zhuǎn)移催化、酶催化、超強(qiáng)酸（堿）催化、雜多酸催化、氟離子催化、鈦化合物催化、納米離子催化、光催化、晶格氧選擇催化、非晶態(tài)合金加氫催化,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、新的分離技術(shù)1、膜分離技術(shù)液膜分離、氣膜分離、反滲透膜分離、電滲、超濾微濾、納濾2、超臨界技術(shù)超臨界萃取、超臨界重結(jié)晶、超臨界干燥、超臨界色譜3、新型蒸餾技術(shù)反應(yīng)蒸餾、吸附蒸餾、加鹽蒸餾、分子蒸餾、膜蒸餾4、新型結(jié)晶技術(shù)熔鹽結(jié)晶、加壓結(jié)晶5、其他變壓吸附、深冷分離、低溫蒸餾、毛細(xì)管電泳,化學(xué)制藥工藝學(xué),,三、相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)1、定義在非均相反應(yīng)中加入一種有機(jī)試劑，它能使水相中的反應(yīng)物轉(zhuǎn)入有機(jī)相，從而改變了離子的溶劑化程度，增大離子反應(yīng)活性，加快反應(yīng)速率，簡(jiǎn)化處理手續(xù)。這種試劑稱為相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC），這類新的合成方法稱為相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、相轉(zhuǎn)移催化劑（1）鎓鹽類化合物由第五族元素中的N、P、AS、SB、BI所形成。如R3NR’Z最常用的是季銨鹽類，如三乙基卞基氯化銨（TEBAC）TOMAC三辛基甲基氯化銨,化學(xué)制藥工藝學(xué),,催化反應(yīng)歷程PTC為高親脂性時(shí),NAYQX水相,QYRXQXRY有機(jī)相,,,,,NA＋Y－X－水相,QYRXQXRY有機(jī)相,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,特點(diǎn)?分子量比較大的鎓鹽比分子量小的鎓鹽具有較好的催化效果。?具有一個(gè)長(zhǎng)碳鏈的季銨鹽，其碳鏈愈長(zhǎng)，效果愈好。?對(duì)稱的季銨離子比具有一個(gè)碳鏈的季銨離子的催化效果好，例如四丁基銨離子比三甲基十六烷基銨離子的催化效果好。?季磷鹽的催化性能稍高于季銨鹽，季磷鹽的熱穩(wěn)定性也比相應(yīng)的銨鹽高。?含有芳基的銨鹽不如烷基銨鹽的催化效果好。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）冠醚類也稱非離子型相轉(zhuǎn)移催化劑。化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子中具有（Y－CH2CH2）N重復(fù)單位；式中Y為氧、氮或其它雜原子。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,催化原理冠醚的氧原子上的未共用電子對(duì)向著環(huán)的內(nèi)側(cè)，當(dāng)適合于環(huán)的大小正離子進(jìn)入環(huán)內(nèi)，則由于偶極形成電負(fù)性的碳氧鍵和金屬正離子借靜電吸引而形成絡(luò)合物。同時(shí)，又有疏水性的亞甲基均勻排列在環(huán)的外側(cè)，使形成的金屬絡(luò)合物仍能溶于非極性有機(jī)介質(zhì)中。鎓鹽類PTC一般只能用于催化液－液反應(yīng)，冠醚類可催化液－液反應(yīng)，也可催化固－液反應(yīng)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、溶劑固－液相轉(zhuǎn)移催化過(guò)程中最常用的溶劑是苯、二氯甲烷、氯仿以及乙腈等。液－液相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中反應(yīng)物為液體時(shí)，常用該液體作為有機(jī)相使用。原則上許多有機(jī)溶劑都可以用（非質(zhì)子溶劑、弱極性溶劑），但是需要溶劑與水不互溶。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,4、應(yīng)用（1）C烷基化反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,鎮(zhèn)咳藥卡拉美芬,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）O烷基化歷程在兩相條件下，醇或酚先與濃氫氧化鈉溶液作用，失去質(zhì)子而形成負(fù)離子，再與催化劑鎓離子形成離子對(duì)而轉(zhuǎn)移到有機(jī)相與烷基化試劑反應(yīng)。反應(yīng)在非極性介質(zhì)中進(jìn)行，并與親脂性的鎓離子形成離子對(duì)，避免了在一般條件下醇或酚的負(fù)離子的溶劑化作用，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。醇或酚的負(fù)離子與較大的鎓離子形成離子對(duì)，其正負(fù)電荷的距離比醇鈉或酚鈉等離子對(duì)的正負(fù)電荷間距離大，所以前者的負(fù)離子的活性高于后者。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,脂肪醚芳基烷基醚?－萘酚、硝基酚、鄰苯二酚都能發(fā)生O－烷基化反應(yīng)鄰位香蘭醛采用PTC進(jìn)行甲醚化，使收率提高24以上,化學(xué)制藥工藝學(xué),,羧酸負(fù)離子制備酯類,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（3）N烷基化N－烷基化反應(yīng)通常需要用氨基鈉在液氨中進(jìn)行，或采用氫氧化鈉在非質(zhì)子傳遞溶劑中進(jìn)行，反應(yīng)條件苛刻。這類胺中氮原子與吸電子基結(jié)合在一起或與芳香基團(tuán)相連接，可進(jìn)行N－烷基化反應(yīng)。?腎上腺素受體阻斷劑酚妥拉明,化學(xué)制藥工藝學(xué),,抗焦慮藥中間體2烷胺基二苯甲酮用硫酸烷基酯在乙酸中用聚磷酸酯直接烷基化，得到單烷基化和雙烷基化產(chǎn)物。用PTC，在THF中用粉狀氫氧化鈉和TBAB為催化劑，只要一步就可以得到單烷基化產(chǎn)物，純度99。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（4）氧化反應(yīng)葵1烯氧化成壬酸（40℃，05H，收率91，PTC三辛基甲基氯化銨）胡椒醛氧化為胡椒酸（收率66，PTC雙十六烷基二乙基氯化銨）,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（5）還原反應(yīng)有一定的應(yīng)用，但具有較大的局限性常用還原劑如氫化鋁鋰在水中分解，不能實(shí)現(xiàn)由水相向有機(jī)相的轉(zhuǎn)移。（6）其他親核取代反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,四、酶催化反應(yīng)1、特點(diǎn)（1）反應(yīng)活性高；1GΑ淀粉酶，在65℃下15MIN內(nèi)，可使2噸淀粉轉(zhuǎn)化為糊精。（2）高度的底物專一性；淀粉酶－淀粉水解；蛋白酶－蛋白質(zhì)水解立體異構(gòu)選擇性（3）反應(yīng)條件溫和。室溫、常壓,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、影響因素（1）溫度溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到一定溫度時(shí)，酶失活。（2）PH值對(duì)不同的酶催化劑，在一定范圍的PH值內(nèi)，其活性較大。（3）酶抑制劑許多物質(zhì)會(huì)抑制、減弱甚至破壞酶的活性，如重金屬離子AG、HG、CU，硫化物，生物堿，X射線，紫外線，超聲波以及強(qiáng)振蕩等。（4）酶激活劑K、NA、MG、ZN、MN、FE、CL、NO3、SO4,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、固相酶技術(shù)（1）固相酶又稱水不溶性酶，它是將水溶性的酶或含酶細(xì)胞固定在某種載體上，成為不溶于水但仍具有酶活性的酶衍生物。（2）特點(diǎn)①便于將固相酶與底物、產(chǎn)物分開，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝；②可反復(fù)使用，并能裝柱連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；③可以提高酶催化的穩(wěn)定性；④反應(yīng)過(guò)程容易進(jìn)行控制；⑤酶催化劑利用率提高，生產(chǎn)成本降低。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（3）制備方法①吸附法載體活性炭、活性白土、氧化鋁、多孔玻璃、硅膠、離子交換樹脂、羧甲基纖維素（CMC）、羧甲基淀粉鈉二乙胺基乙基纖維素DEAE、DEAE葡萄糖凝膠等。優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，條件溫和。缺點(diǎn)酶和載體結(jié)合力較弱，使用時(shí)易流失。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,②載體偶聯(lián)法將酶蛋白質(zhì)分子上非必需的氨基酸以共價(jià)鍵的形式偶聯(lián)到經(jīng)活化的載體上。優(yōu)點(diǎn)酶蛋白與載體結(jié)合牢固，可延長(zhǎng)使用壽命。缺點(diǎn)操作復(fù)雜，反應(yīng)條件不易控制，酶蛋白易失活。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,③交聯(lián)法以雙功能基團(tuán)試劑在酶蛋白分子間發(fā)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固相酶。優(yōu)點(diǎn)壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)反應(yīng)條件較劇烈，固定化酶活性較低，顆粒較細(xì)，一般不單獨(dú)使用。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,④包埋法將酶蛋白包埋于凝膠的微細(xì)格子里或半透性的聚合物膠膜中。優(yōu)點(diǎn)活性高，酶分子不易脫落。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（4）應(yīng)用①抗生素的半合成②拆分旋光異構(gòu)體底物甘氨酸固相酶絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶＋DEAESEPHADEXA25條件50℃，PH73產(chǎn)物L(fēng)絲氨酸,化學(xué)制藥工藝學(xué),思考題,1、什么是“一鍋燴”合成法2、什么是相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)鎓鹽類化合物在相轉(zhuǎn)移催化烴化反應(yīng)時(shí)的機(jī)理如何3、酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)及影響酶催化反應(yīng)的因素有哪些4、什么是固相酶固相酶有哪些特點(diǎn),化學(xué)制藥工藝學(xué),第二章工藝研究和中試放大,化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)因（物質(zhì)的性能）主要指參與反應(yīng)的分子中原子的結(jié)合態(tài)、鍵的性質(zhì)、立體結(jié)構(gòu)、功能基活性，各種原子和功能基之間的相互影響及理化性質(zhì)等?；瘜W(xué)反應(yīng)的外因（反應(yīng)條件）反應(yīng)條件，也就是各種化學(xué)反應(yīng)單元在實(shí)際生產(chǎn)中的一些共同點(diǎn)配料比、反應(yīng)物的濃度與純度、加料次序、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度與壓力、溶劑、催化劑、PH值、設(shè)備條件、反應(yīng)終點(diǎn)控制、產(chǎn)物分離與精制、產(chǎn)物質(zhì)量監(jiān)控等。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,藥物生產(chǎn)工藝研究的七個(gè)重大課題1配料比參與反應(yīng)的各物料相互間物質(zhì)量的比例稱為配料比。通常物料以摩爾為單位，則稱為投料的摩爾比。2溶劑化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)、溶劑化作用3催化酸堿催化、金屬催化、相轉(zhuǎn)移催化、酶催化等，加速化學(xué)反應(yīng)、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品的純度和收率。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,4能量供給化學(xué)反應(yīng)需要熱、光、攪拌等能量的傳輸和轉(zhuǎn)換等。5反應(yīng)時(shí)間及其監(jiān)控適時(shí)地控制反應(yīng)終點(diǎn)?？墒公@得的生成物純度高、收率高。6后處理蒸餾、過(guò)濾、萃取、干燥等分離技術(shù)。7產(chǎn)品的純化和檢驗(yàn)化學(xué)原料藥的最好工序

簡(jiǎn)介：化學(xué)制藥工藝學(xué),鄭州大學(xué)石曉華,化學(xué)制藥工藝學(xué),第一章緒論,第一節(jié)化學(xué)制藥工藝學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容,第二節(jié)化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)及其在化學(xué)工業(yè)中的地位,第三節(jié)國(guó)內(nèi)外化學(xué)制藥工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀,化學(xué)制藥工藝學(xué),第一節(jié)化學(xué)制藥工藝學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容,一、研究對(duì)象化學(xué)合成藥物生產(chǎn)的特點(diǎn)1、品種多，更新快，生產(chǎn)工藝復(fù)雜；以喹諾酮類抗菌藥為例第一代20世紀(jì)60年代初萘啶酸（1962）、噁喹酸、吡咯酸。第二代20世紀(jì)60年代末至70年代末吡哌酸（1974）、氟甲喹。第三代20世紀(jì)80年代以后1978年氟喹諾酮類問(wèn)世。代表產(chǎn)品有諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星。按照藥物中所含氟基團(tuán)的數(shù)量可分三類1單氟化物諾氟沙星氟哌酸、環(huán)丙沙星、依諾沙星、氧氟沙星、氨氟沙星、培氟沙星、左氧氟沙星；2雙氟化物洛美沙星3三氟化物氟羅沙星、托氟沙星。第四代吉米沙星、莫西沙星等。目前，國(guó)外有將近50個(gè)品種正處在研發(fā)的各個(gè)階段。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2,4二氯甲苯路線2,4二氯氟苯路線3氯4氟苯胺路線,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、原輔材料繁多，且原輔材料及中間體多為易燃、易爆、有毒；3、產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格，基本采用間歇生產(chǎn)方式；4、三廢多，且成分復(fù)雜，嚴(yán)重危害環(huán)境?；瘜W(xué)制藥工藝學(xué)是研究藥物合成路線、工藝原理、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化的一般途徑和方法的一門科學(xué)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、研究?jī)?nèi)容,化學(xué)制藥工藝學(xué),,研究?jī)?nèi)容1、化學(xué)制藥工藝路線的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)及選擇方法。2、化學(xué)合成制藥的工藝研究技術(shù)，反應(yīng)條件與影響因素是藥物工藝研究的主要任務(wù)。3、中試放大，生產(chǎn)工藝規(guī)程，安全生產(chǎn)技術(shù)。4、“三廢”防治。,,化學(xué)制藥工藝學(xué),第二節(jié)化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)及其在化學(xué)工業(yè)中地位,一、化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)1、和人類生活休戚相關(guān)的，常盛不衰，長(zhǎng)期高速發(fā)展的工業(yè)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、以新藥研究與開發(fā)為基礎(chǔ)的工業(yè)。新藥研究與開發(fā)主要包括（1）突破性新藥研究開發(fā)（NCES）；（2）模仿性新藥創(chuàng)制（METOO）；（3）延伸性研究開發(fā)（已知藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾以及單一對(duì)映體或異構(gòu)體的研究和開發(fā)）；（4）應(yīng)用生物技術(shù)開發(fā)新的生化藥品；（5）現(xiàn)有藥物的藥劑學(xué)研究開發(fā)；（6）新技術(shù)路線和新工藝的研究開發(fā)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、利潤(rùn)比較高，專利保護(hù)周密，競(jìng)爭(zhēng)激烈的工業(yè)。二、其在化學(xué)工業(yè)中地位據(jù)報(bào)道，1961～1990年30年間，世界20個(gè)主要國(guó)家一共批準(zhǔn)上市的受專利保護(hù)的創(chuàng)新藥物2071種，其中大部分是化學(xué)合成藥物。世界上制藥工業(yè)產(chǎn)品銷售額占化學(xué)工業(yè)各類產(chǎn)品的第二或第三位。,,化學(xué)制藥工藝學(xué),第三節(jié)國(guó)內(nèi)外化學(xué)制藥工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀,一、國(guó)外化學(xué)制藥工業(yè)發(fā)展的特征和趨勢(shì)1、新藥研究開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)加劇。2、巨型企業(yè)增多。美國(guó)輝瑞強(qiáng)生默克雅培英國(guó)葛蘭素史克瑞士諾華羅氏3、重視科技信息，開展預(yù)測(cè)及新藥評(píng)價(jià)工作。二、我國(guó)化學(xué)制藥工業(yè)發(fā)展和前景仿制為主，現(xiàn)已行不通。創(chuàng)制有特點(diǎn)（青蒿素），難度大。,化學(xué)制藥工藝學(xué),第二章藥物工藝路線的設(shè)計(jì)和選擇,第一節(jié)概述,第二節(jié)藥物工藝路線的設(shè)計(jì),第三節(jié)藥物工藝路線的評(píng)價(jià)與選擇,化學(xué)制藥工藝學(xué),第一節(jié)概述,全合成由結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的化工原料經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)合成和物理處理過(guò)程制得。P183半合成由已知具有一定基本結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物經(jīng)化學(xué)改造和物理處理過(guò)程制得。藥物工藝路線具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的合成途徑，稱為藥物的工藝路線或技術(shù)路線。藥物生產(chǎn)工藝路線是藥物生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)和依據(jù)。它的技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性，是衡量生產(chǎn)技術(shù)高低的尺度。,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,理想的藥物工藝路線1）化學(xué)合成途徑簡(jiǎn)易，即原輔材料轉(zhuǎn)化為藥物的路線要簡(jiǎn)短；2）需要的原輔材料少而易得，量足；3）中間體易純化，質(zhì)量可控，可連續(xù)操作；4）可在易于控制的條件下制備，安全無(wú)毒；5）設(shè)備要求不苛刻；6）三廢少，易于治理；7）操作簡(jiǎn)便，經(jīng)分離易于達(dá)到藥用標(biāo)準(zhǔn)；8）收率最佳，成本最低，經(jīng)濟(jì)效益最好。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的調(diào)研,,化學(xué)制藥工藝學(xué),第二節(jié)藥物工藝路線的設(shè)計(jì),一、藥物工藝路線設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和意義內(nèi)容針對(duì)已經(jīng)確定化學(xué)結(jié)構(gòu)的藥物或潛在藥物，研究如何應(yīng)用化學(xué)合成的理論和方法，設(shè)計(jì)出適合其生產(chǎn)的工藝路線。意義1、具有生物活性和醫(yī)療價(jià)值的天然藥物，由于它們?cè)趧?dòng)植物體內(nèi)含量太少，不能滿足需求，因此需要全合成或半合成。2、根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)藥科學(xué)理論找出具有臨床應(yīng)用價(jià)值的藥物，必須及時(shí)申請(qǐng)專利和進(jìn)行化學(xué)合成與工藝設(shè)計(jì)研究，以便經(jīng)新藥審批獲得新藥證書后，盡快進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。3、引進(jìn)的或正在生產(chǎn)的藥物，由于生產(chǎn)條件或原輔材料變換或要提高醫(yī)藥品質(zhì)量，需要在工藝路線上改進(jìn)與革新。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、藥物結(jié)構(gòu)的剖析在設(shè)計(jì)藥物的合成路線時(shí)，首先應(yīng)從剖析藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)入手，然后根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。藥物剖析的方法（1）對(duì)藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體及部位剖析時(shí)，應(yīng)首先分清主環(huán)與側(cè)鏈，基本骨架與功能基團(tuán)，進(jìn)而弄清這些功能基以何種方式和位置同主環(huán)或基本骨架連接。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）研究分子中各部分的結(jié)合情況，找出易拆鍵部位。鍵易拆的部位也就是設(shè)計(jì)合成路線時(shí)的連接點(diǎn)以及與雜原子或極性功能基的連接部位。如C－O、C－S、C－N鍵等。（3）考慮基本骨架的組合方式，形成方法；如基本骨架是芳香環(huán)，可采用苯或者苯的同系物或衍生物為原料合成；基本骨架為雜環(huán)化合物的，有一部分可以以天然來(lái)源的雜環(huán)化合物為原料，例如吡啶，但大部分需要采用縮合或者環(huán)合的方式合成。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（4）功能基的引入、變換、消除與保護(hù)；（5）手性藥物，需考慮手性拆分或不對(duì)稱合成等。藥物工藝路線設(shè)計(jì)的主要方法類型反應(yīng)法、追溯求源法、模擬類推法、分子對(duì)稱法、光學(xué)異構(gòu)體拆分法等。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,三、藥物工藝路線設(shè)計(jì)方法1、類型反應(yīng)法類型反應(yīng)法指利用常見的典型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與合成方法進(jìn)行的合成設(shè)計(jì)。主要包括各類有機(jī)化合物的通用合成方法，功能基的形成、轉(zhuǎn)換、保護(hù)的合成反應(yīng)單元。對(duì)于有明顯類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及功能基特點(diǎn)的化合物，可采用此種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,利用典型有機(jī)化學(xué)反應(yīng)如烷基化反應(yīng)、酰基化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、縮合反應(yīng)等等。例1抗霉菌藥物克霉唑（鄰氯代三苯甲基咪唑）,C－N鍵是一個(gè)易拆鍵，可由咪唑的亞胺基與鹵烷通過(guò)烷基化反應(yīng)形成。,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,線路2FRIEDEL－CRAFTS反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,線路3,化學(xué)制藥工藝學(xué),,功能基的形成、轉(zhuǎn)換、保護(hù)（1）功能基定位位阻效應(yīng)；鄰、對(duì)位定位規(guī)律；引入臨時(shí)取代基如安妥明的合成老工藝,化學(xué)制藥工藝學(xué),,新工藝,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）功能基的轉(zhuǎn)化與保護(hù)A、轉(zhuǎn)化RNH2（芳胺）可轉(zhuǎn)化為OH、X、CN、SO3H等等；RX（脂肪族）可轉(zhuǎn)化為OH、NH2、CN等等；RCOOH可轉(zhuǎn)化為酯、酰氯、酰胺等等。B、保護(hù)NH2酰化為NHCHO、NHCOCH3；OH酯化為OCOCH3、OCOC6H5等；CHO、轉(zhuǎn)化為縮醛或縮酮。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、追溯求源法追溯求源法從藥物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，將其化學(xué)合成過(guò)程一步一步地逆向推導(dǎo)進(jìn)行追溯尋源的方法，也稱倒推法。首先從藥物合成的最后一個(gè)結(jié)合點(diǎn)考慮它的前驅(qū)物質(zhì)是什么和用什么反應(yīng)得到，如此繼續(xù)追溯求源直到最后是可能的化工原料、中間體和其它易得的天然化合物為止。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（1）藥物分子中具有C－N，CS，CO等碳雜鍵的部位，是該分子的拆鍵部位，也是其合成時(shí)的連接部位。,√,,應(yīng)用倒推法設(shè)計(jì)工藝路線時(shí)，若出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的連接部位的形成順序時(shí),即各接合點(diǎn)的單元反應(yīng)順序可以有不同的安排順序時(shí),不僅需從理論合理安排，而且必要時(shí)還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究加以比較選定。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2倒推法也適合于分子具有C≡C、CC、CC鍵化合物的合成設(shè)計(jì)。環(huán)己烯止血藥氨甲環(huán)酸,,,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、模擬類推法對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的藥物即合成路線不明顯的各種化學(xué)結(jié)構(gòu)只好揣測(cè)。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，改進(jìn)他人尚不完善的概念來(lái)進(jìn)行藥物工藝路線設(shè)計(jì)。可模擬類似化合物的合成方法。故也稱文獻(xiàn)歸納法。例黃連素的合成,化學(xué)制藥工藝學(xué),,黃連素巴馬汀延胡索乙素二苯并A,G喹嗪,化學(xué)制藥工藝學(xué),,1969年MULLER等發(fā)表的巴馬汀合成法,化學(xué)制藥工藝學(xué),,參照上述巴馬汀的合成，設(shè)計(jì)了從胡椒乙胺與鄰甲氧基香蘭醛出發(fā)合成鹽酸黃連素的工藝路線，并試驗(yàn)成功。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,4、分子對(duì)稱法分子對(duì)稱法有許多具有分子對(duì)稱性的藥物可用分子中相同兩個(gè)部分進(jìn)行合成。例1,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,例2,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,5、立體化學(xué)控制與不對(duì)稱合成異構(gòu)體具有相同的活性，如抗炎藥布洛芬。異構(gòu)體各有不同的生物活性，如鎮(zhèn)痛藥右丙氧芬其對(duì)映體諾夫特則為鎮(zhèn)咳藥。一個(gè)異構(gòu)體有效，另一個(gè)異構(gòu)體無(wú)效。其中一個(gè)異構(gòu)體有效，另一個(gè)異構(gòu)體可致不良副作用。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（1）外消旋體的一般性質(zhì),A、外消旋混合物當(dāng)各個(gè)對(duì)映體的分子在晶體中對(duì)其相同種類的分子具有較大的親和力時(shí)，那么只要有一個(gè)（＋）－分子進(jìn)行結(jié)晶，則將只有（＋）－分子在上面增長(zhǎng)。分子的情況相似。外消旋混合物是型晶體和型晶體的混合物。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,B、外消旋化合物當(dāng)一個(gè)對(duì)映體的分子對(duì)其相反的對(duì)映體的分子比對(duì)其相同種類分子具有較大的親和力時(shí)，相反的對(duì)映體即將在晶體的晶胞中配對(duì)，而形成在計(jì)量學(xué)意義上的真正的化合物。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,C、外消旋固體溶液在某些情況下，當(dāng)一個(gè)外消旋體的相同構(gòu)型的分子之間和相反構(gòu)型分子之間的親和力相差很小時(shí)，則此外消旋體所形成的固體，其分子的排列是混亂的。于是得到的是外消旋固體溶液。外消旋固體溶液與兩個(gè)對(duì)映體在許多方面的性質(zhì)都是相同的。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,區(qū)分方法加入純的對(duì)映體，1熔點(diǎn)上升，則為外消旋混合物；2）熔點(diǎn)下降，則為外消旋化合物；3）熔點(diǎn)沒(méi)有變化，則為外消旋固體溶液。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）外消旋體的拆分A、誘導(dǎo)結(jié)晶法適用范圍僅適用于外消旋混合物的拆分，如（±酒石酸銨鈉鹽。方法在外消旋混合物過(guò)飽和溶液中加入其中一種或純的對(duì)映體結(jié)晶作為晶種，則晶體成長(zhǎng)并優(yōu)先析出同種對(duì)映體結(jié)晶；迅速過(guò)濾；再往濾液中加入一定量的外消旋混合物，則溶液中另一種對(duì)映體達(dá)到過(guò)飽和，一經(jīng)冷卻，該單一對(duì)映體便結(jié)晶出來(lái)。如此反復(fù)操作，便可連續(xù)拆分交叉得到或?qū)τ丑w即單旋體。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,特點(diǎn)①不需要拆分劑；②操作簡(jiǎn)單；③母液可以套用多次；④拆分條件控制要求嚴(yán)格；⑤拆分所得光學(xué)異構(gòu)體的純度不夠高。溶劑水、水－甲醇、水－鹽酸、丙酮－水、水－甲酸銨等。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,B、非對(duì)映異構(gòu)體結(jié)晶拆分法適用范圍對(duì)外消旋混合物、外消旋化合物及外消旋固體溶液均可適用。方法利用消旋體的化學(xué)性質(zhì)使其與某一光學(xué)活性試劑（即光學(xué)拆分劑）作用以生成兩種非對(duì)映體，然后利用這兩種物質(zhì)的某些理化性質(zhì)（如溶解度、熔點(diǎn)和旋光度等）的差異，通常是利用溶解度的差異，將它們分離；然后再脫去拆分劑，便可分別得到左旋體或右旋體。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,拆分試劑,化學(xué)制藥工藝學(xué),,光學(xué)拆分劑的選擇依據(jù)①拆分劑必須易與外消旋體形成非對(duì)映異構(gòu)體，拆分完成后拆分劑易于脫除。②所形成的兩種非對(duì)映異構(gòu)體之間具有較大的溶解度差異。③拆分劑必需來(lái)源方便，價(jià)格低廉，拆分后能全部回收，反復(fù)使用。④拆分劑的光學(xué)純度盡可能高。溶劑水、醇、酮、醚、酯等，或者混合溶劑。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,C、生物拆分法原理利用酶對(duì)光學(xué)異構(gòu)體具有選擇性的酶解作用，使外消旋體中一個(gè)光學(xué)異構(gòu)體優(yōu)先酶解，另一個(gè)因難酶解而被保留，進(jìn)而達(dá)到分離。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是副反應(yīng)少、拆分效率高、生產(chǎn)條件溫和、環(huán)境污染小；酶一般具有很強(qiáng)的底物專一性，對(duì)于一種拆分底物，需要在較大范圍內(nèi)進(jìn)行酶的培養(yǎng)和篩選。此外，酶法拆分對(duì)溶劑的種類和濃度范圍都有一定的限制。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,D、色譜分離用非對(duì)稱化合物作為色譜的吸附劑，有可能使一個(gè)外消旋體被拆分為單一的旋光體。特點(diǎn)產(chǎn)品純度高，操作步驟多，需特定的設(shè)備條件。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（3）不對(duì)稱合成不對(duì)稱合成一個(gè)反應(yīng)，其中底物分子整體中的非手性單元由反應(yīng)劑以不等量地生成立體異構(gòu)產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化為手性單元。前手性分子具有羰基、碳碳雙鍵、碳氮雙鍵或在這些基團(tuán)的相鄰碳原子上有兩個(gè)氫原子的化合物。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,一個(gè)成功的不對(duì)稱合成的標(biāo)準(zhǔn)1高的對(duì)映體過(guò)量（EE）對(duì)映體過(guò)量在二個(gè)對(duì)映體的混合物中，一個(gè)對(duì)映體過(guò)量的百分?jǐn)?shù)。EEE1－E2/E1＋E2100％2手性輔劑易于制備并能循環(huán)利用；3可以制備到R和S兩種構(gòu)型；4最好是催化性的合成。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,不對(duì)稱合成的基本類型有非手征性試劑和手征性反應(yīng)物的反應(yīng)手征性試劑和非手征性反應(yīng)物的反應(yīng)非手征性反應(yīng)物在手征性催化劑影響下的反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,A、非手征性試劑和手征性反應(yīng)物的反應(yīng)在前手征基團(tuán)近鄰預(yù)先有一個(gè)手征中心，從而使分子的這部分具有一個(gè)對(duì)稱面時(shí)，則試劑優(yōu)先從位阻較小的一邊進(jìn)攻，結(jié)果形成兩個(gè)立體異構(gòu)體的量就不相等。CRAM不對(duì)稱誘導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則L－最大取代基M－中間取代基S－最小取代基,化學(xué)制藥工藝學(xué),,例如，手征性?。狨ヅc格氏試劑反應(yīng)而得到不等量的非對(duì)映異構(gòu)體Α－羥基酯，水解可得到不等量的對(duì)映體Α－醇酸。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,B、手征性試劑和非手征性反應(yīng)物的反應(yīng)手征性試劑與非手征性反應(yīng)物之間同樣也是形成非對(duì)映異構(gòu)體的過(guò)渡態(tài)，而進(jìn)行不對(duì)稱合成。硼烷（BH3）2的兩個(gè)氫原子被兩個(gè)手征性分子取代，即得手征性硼烷試劑這個(gè)PBH與烯烴加成，然后用H2O2氧化，可以得到光活性丁醇2，光收率高達(dá)7090,化學(xué)制藥工藝學(xué),,C、非手征性反應(yīng)物在手征性催化劑影響下的反應(yīng),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,EEUPTO99MACMILLANETAL,JACS,2002,化學(xué)制藥工藝學(xué),,金屬配合物催化劑優(yōu)點(diǎn)催化活性好，立體控制選擇性高缺點(diǎn)需要貴重金屬、配體成本高、催化劑對(duì)空氣和水汽敏感、回收利用困難、產(chǎn)物中殘留金屬的毒性問(wèn)題等。有機(jī)催化劑優(yōu)點(diǎn)催化條件簡(jiǎn)單、易于回收利用缺點(diǎn)催化活性和選擇性有待提高,化學(xué)制藥工藝學(xué),第三節(jié)工藝路線的評(píng)價(jià)與選擇,化學(xué)制藥工藝學(xué),,1、以對(duì)硝基苯酚為原料FE還原制備簡(jiǎn)捷，適合工業(yè)大生產(chǎn)；原料供應(yīng)常受染料和農(nóng)藥生產(chǎn)的制約，鐵泥的三廢處理問(wèn)題催化加氫PD/C、PT/C，價(jià)格較高,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、以苯酚為原料收率80～85％用硫化鈉做為還原劑，產(chǎn)生少量硫化氫，環(huán)境污染問(wèn)題,化學(xué)制藥工藝學(xué),,原料易得，收率高（95～98）鈀碳價(jià)格昂貴，成本高,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、以硝基苯為原料鋁粉還原中和后氫氧化鋁不易過(guò)濾催化加氫反應(yīng)選擇性問(wèn)題電解還原產(chǎn)品純度高，潔凈無(wú)污染；收率較低（73％），電解設(shè)備要求高。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,一、原輔材料的供應(yīng)選擇工藝路線，首先應(yīng)考慮每一合成路線所用的各種原輔材料的來(lái)源、規(guī)格和供應(yīng)情況，其基本要求是利用率高、價(jià)廉易得。利用率，包括化學(xué)結(jié)構(gòu)中骨架和功能基的利用程度；取決于原輔材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及所進(jìn)行的反應(yīng)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、合成步驟、操作方法與收率路線一路線二,化學(xué)制藥工藝學(xué),,化學(xué)制藥工藝學(xué),,三、單元反應(yīng)次序安排經(jīng)濟(jì)原則收率低的放前面順序問(wèn)題,化學(xué)制藥工藝學(xué),,四、技術(shù)條件與設(shè)備要求高溫、高壓、低溫、高真空、嚴(yán)重腐蝕等成本、生產(chǎn)率、勞動(dòng)保護(hù)、環(huán)境保護(hù)技改五、安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù),化學(xué)制藥工藝學(xué),思考題,1、化學(xué)制藥工藝學(xué)的定義、研究對(duì)象及研究?jī)?nèi)容。2、化學(xué)制藥工業(yè)的特點(diǎn)。3、藥物工藝路線的定義及理想的藥物工藝路線特點(diǎn)。4、藥物工藝路線設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及意義。5、藥物結(jié)構(gòu)剖析的一般方法。6、藥物工藝路線設(shè)計(jì)的方法一般有哪些7、類型反應(yīng)法、分子對(duì)稱法、追溯求源法、模擬類推法的定義及適用范圍。8、外消旋體，外消旋混合物，外消旋化合物，外消旋固體溶液的定義及它們之間的差別。9、詳細(xì)說(shuō)明手性拆分（外消旋體拆分）的幾種主要方法。10、藥物工藝路線的評(píng)價(jià)及選擇的主要內(nèi)容。,化學(xué)制藥工藝學(xué),第五節(jié)新反應(yīng)與新技術(shù)的應(yīng)用,一、新的合成技術(shù)1、新合成方法聲化學(xué)合成、熱效應(yīng)合成、電化學(xué)合成、等離子體化學(xué)合成、手性合成、光化學(xué)合成、超臨界狀態(tài)下的合成、”一鍋燴“合成技術(shù)、生物合成技術(shù)、綠色化學(xué)合成技術(shù)”一鍋燴“將多步反應(yīng)或者多步操作置于一個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，無(wú)需再分離中間產(chǎn)物。因而具有高效、高選擇性、操作條件溫和等特點(diǎn)。P35（P40）,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、新催化技術(shù)配位催化、相轉(zhuǎn)移催化、酶催化、超強(qiáng)酸（堿）催化、雜多酸催化、氟離子催化、鈦化合物催化、納米離子催化、光催化、晶格氧選擇催化、非晶態(tài)合金加氫催化,化學(xué)制藥工藝學(xué),,二、新的分離技術(shù)1、膜分離技術(shù)液膜分離、氣膜分離、反滲透膜分離、電滲、超濾微濾、納濾2、超臨界技術(shù)超臨界萃取、超臨界重結(jié)晶、超臨界干燥、超臨界色譜3、新型蒸餾技術(shù)反應(yīng)蒸餾、吸附蒸餾、加鹽蒸餾、分子蒸餾、膜蒸餾4、新型結(jié)晶技術(shù)熔鹽結(jié)晶、加壓結(jié)晶5、其他變壓吸附、深冷分離、低溫蒸餾、毛細(xì)管電泳,化學(xué)制藥工藝學(xué),,三、相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)1、定義在非均相反應(yīng)中加入一種有機(jī)試劑，它能使水相中的反應(yīng)物轉(zhuǎn)入有機(jī)相，從而改變了離子的溶劑化程度，增大離子反應(yīng)活性，加快反應(yīng)速率，簡(jiǎn)化處理手續(xù)。這種試劑稱為相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC），這類新的合成方法稱為相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、相轉(zhuǎn)移催化劑（1）鎓鹽類化合物由第五族元素中的N、P、AS、SB、BI所形成。如R3NR’Z最常用的是季銨鹽類，如三乙基卞基氯化銨（TEBAC）TOMAC三辛基甲基氯化銨,化學(xué)制藥工藝學(xué),,催化反應(yīng)歷程PTC為高親脂性時(shí),NAYQX水相,QYRXQXRY有機(jī)相,,,,,NA＋Y－X－水相,QYRXQXRY有機(jī)相,,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,特點(diǎn)?分子量比較大的鎓鹽比分子量小的鎓鹽具有較好的催化效果。?具有一個(gè)長(zhǎng)碳鏈的季銨鹽，其碳鏈愈長(zhǎng)，效果愈好。?對(duì)稱的季銨離子比具有一個(gè)碳鏈的季銨離子的催化效果好，例如四丁基銨離子比三甲基十六烷基銨離子的催化效果好。?季磷鹽的催化性能稍高于季銨鹽，季磷鹽的熱穩(wěn)定性也比相應(yīng)的銨鹽高。?含有芳基的銨鹽不如烷基銨鹽的催化效果好。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）冠醚類也稱非離子型相轉(zhuǎn)移催化劑?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子中具有（Y－CH2CH2）N重復(fù)單位；式中Y為氧、氮或其它雜原子。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,催化原理冠醚的氧原子上的未共用電子對(duì)向著環(huán)的內(nèi)側(cè)，當(dāng)適合于環(huán)的大小正離子進(jìn)入環(huán)內(nèi)，則由于偶極形成電負(fù)性的碳氧鍵和金屬正離子借靜電吸引而形成絡(luò)合物。同時(shí)，又有疏水性的亞甲基均勻排列在環(huán)的外側(cè)，使形成的金屬絡(luò)合物仍能溶于非極性有機(jī)介質(zhì)中。鎓鹽類PTC一般只能用于催化液－液反應(yīng)，冠醚類可催化液－液反應(yīng)，也可催化固－液反應(yīng)。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、溶劑固－液相轉(zhuǎn)移催化過(guò)程中最常用的溶劑是苯、二氯甲烷、氯仿以及乙腈等。液－液相轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中反應(yīng)物為液體時(shí)，常用該液體作為有機(jī)相使用。原則上許多有機(jī)溶劑都可以用（非質(zhì)子溶劑、弱極性溶劑），但是需要溶劑與水不互溶。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,4、應(yīng)用（1）C烷基化反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,,化學(xué)制藥工藝學(xué),,鎮(zhèn)咳藥卡拉美芬,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（2）O烷基化歷程在兩相條件下，醇或酚先與濃氫氧化鈉溶液作用，失去質(zhì)子而形成負(fù)離子，再與催化劑鎓離子形成離子對(duì)而轉(zhuǎn)移到有機(jī)相與烷基化試劑反應(yīng)。反應(yīng)在非極性介質(zhì)中進(jìn)行，并與親脂性的鎓離子形成離子對(duì)，避免了在一般條件下醇或酚的負(fù)離子的溶劑化作用，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。醇或酚的負(fù)離子與較大的鎓離子形成離子對(duì)，其正負(fù)電荷的距離比醇鈉或酚鈉等離子對(duì)的正負(fù)電荷間距離大，所以前者的負(fù)離子的活性高于后者。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,脂肪醚芳基烷基醚?－萘酚、硝基酚、鄰苯二酚都能發(fā)生O－烷基化反應(yīng)鄰位香蘭醛采用PTC進(jìn)行甲醚化，使收率提高24以上,化學(xué)制藥工藝學(xué),,羧酸負(fù)離子制備酯類,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（3）N烷基化N－烷基化反應(yīng)通常需要用氨基鈉在液氨中進(jìn)行，或采用氫氧化鈉在非質(zhì)子傳遞溶劑中進(jìn)行，反應(yīng)條件苛刻。這類胺中氮原子與吸電子基結(jié)合在一起或與芳香基團(tuán)相連接，可進(jìn)行N－烷基化反應(yīng)。?腎上腺素受體阻斷劑酚妥拉明,化學(xué)制藥工藝學(xué),,抗焦慮藥中間體2烷胺基二苯甲酮用硫酸烷基酯在乙酸中用聚磷酸酯直接烷基化，得到單烷基化和雙烷基化產(chǎn)物。用PTC，在THF中用粉狀氫氧化鈉和TBAB為催化劑，只要一步就可以得到單烷基化產(chǎn)物，純度99。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（4）氧化反應(yīng)葵1烯氧化成壬酸（40℃，05H，收率91，PTC三辛基甲基氯化銨）胡椒醛氧化為胡椒酸（收率66，PTC雙十六烷基二乙基氯化銨）,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（5）還原反應(yīng)有一定的應(yīng)用，但具有較大的局限性常用還原劑如氫化鋁鋰在水中分解，不能實(shí)現(xiàn)由水相向有機(jī)相的轉(zhuǎn)移。（6）其他親核取代反應(yīng),化學(xué)制藥工藝學(xué),,四、酶催化反應(yīng)1、特點(diǎn)（1）反應(yīng)活性高；1GΑ淀粉酶，在65℃下15MIN內(nèi)，可使2噸淀粉轉(zhuǎn)化為糊精。（2）高度的底物專一性；淀粉酶－淀粉水解；蛋白酶－蛋白質(zhì)水解立體異構(gòu)選擇性（3）反應(yīng)條件溫和。室溫、常壓,化學(xué)制藥工藝學(xué),,2、影響因素（1）溫度溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到一定溫度時(shí)，酶失活。（2）PH值對(duì)不同的酶催化劑，在一定范圍的PH值內(nèi)，其活性較大。（3）酶抑制劑許多物質(zhì)會(huì)抑制、減弱甚至破壞酶的活性，如重金屬離子AG、HG、CU，硫化物，生物堿，X射線，紫外線，超聲波以及強(qiáng)振蕩等。（4）酶激活劑K、NA、MG、ZN、MN、FE、CL、NO3、SO4,化學(xué)制藥工藝學(xué),,3、固相酶技術(shù)（1）固相酶又稱水不溶性酶，它是將水溶性的酶或含酶細(xì)胞固定在某種載體上，成為不溶于水但仍具有酶活性的酶衍生物。（2）特點(diǎn)①便于將固相酶與底物、產(chǎn)物分開，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝；②可反復(fù)使用，并能裝柱連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；③可以提高酶催化的穩(wěn)定性；④反應(yīng)過(guò)程容易進(jìn)行控制；⑤酶催化劑利用率提高，生產(chǎn)成本降低。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（3）制備方法①吸附法載體活性炭、活性白土、氧化鋁、多孔玻璃、硅膠、離子交換樹脂、羧甲基纖維素（CMC）、羧甲基淀粉鈉二乙胺基乙基纖維素DEAE、DEAE葡萄糖凝膠等。優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，條件溫和。缺點(diǎn)酶和載體結(jié)合力較弱，使用時(shí)易流失。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,②載體偶聯(lián)法將酶蛋白質(zhì)分子上非必需的氨基酸以共價(jià)鍵的形式偶聯(lián)到經(jīng)活化的載體上。優(yōu)點(diǎn)酶蛋白與載體結(jié)合牢固，可延長(zhǎng)使用壽命。缺點(diǎn)操作復(fù)雜，反應(yīng)條件不易控制，酶蛋白易失活。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,③交聯(lián)法以雙功能基團(tuán)試劑在酶蛋白分子間發(fā)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固相酶。優(yōu)點(diǎn)壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)反應(yīng)條件較劇烈，固定化酶活性較低，顆粒較細(xì)，一般不單獨(dú)使用。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,④包埋法將酶蛋白包埋于凝膠的微細(xì)格子里或半透性的聚合物膠膜中。優(yōu)點(diǎn)活性高，酶分子不易脫落。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,（4）應(yīng)用①抗生素的半合成②拆分旋光異構(gòu)體底物甘氨酸固相酶絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶＋DEAESEPHADEXA25條件50℃，PH73產(chǎn)物L(fēng)絲氨酸,化學(xué)制藥工藝學(xué),思考題,1、什么是“一鍋燴”合成法2、什么是相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)鎓鹽類化合物在相轉(zhuǎn)移催化烴化反應(yīng)時(shí)的機(jī)理如何3、酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)及影響酶催化反應(yīng)的因素有哪些4、什么是固相酶固相酶有哪些特點(diǎn),化學(xué)制藥工藝學(xué),第二章工藝研究和中試放大,化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)因（物質(zhì)的性能）主要指參與反應(yīng)的分子中原子的結(jié)合態(tài)、鍵的性質(zhì)、立體結(jié)構(gòu)、功能基活性，各種原子和功能基之間的相互影響及理化性質(zhì)等?；瘜W(xué)反應(yīng)的外因（反應(yīng)條件）反應(yīng)條件，也就是各種化學(xué)反應(yīng)單元在實(shí)際生產(chǎn)中的一些共同點(diǎn)配料比、反應(yīng)物的濃度與純度、加料次序、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度與壓力、溶劑、催化劑、PH值、設(shè)備條件、反應(yīng)終點(diǎn)控制、產(chǎn)物分離與精制、產(chǎn)物質(zhì)量監(jiān)控等。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,藥物生產(chǎn)工藝研究的七個(gè)重大課題1配料比參與反應(yīng)的各物料相互間物質(zhì)量的比例稱為配料比。通常物料以摩爾為單位，則稱為投料的摩爾比。2溶劑化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)、溶劑化作用3催化酸堿催化、金屬催化、相轉(zhuǎn)移催化、酶催化等，加速化學(xué)反應(yīng)、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品的純度和收率。,化學(xué)制藥工藝學(xué),,4能量供給化學(xué)反應(yīng)需要熱、光、攪拌等能量的傳輸和轉(zhuǎn)換等。5反應(yīng)時(shí)間及其監(jiān)控適時(shí)地控制反應(yīng)終點(diǎn)?？墒公@得的生成物純度高、收率高。6后處理蒸餾、過(guò)濾、萃取、干燥等分離技術(shù)。7產(chǎn)品的純化和檢驗(yàn)化學(xué)原料藥的最好工序

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