精細(xì)有機(jī)合成與設(shè)計(jì)——1.精細(xì)有機(jī)合成的一般原理

1、*第一章第一章 精細(xì)有機(jī)合成的一般原理精細(xì)有機(jī)合成的一般原理*n1.1 有機(jī)反應(yīng)的基本過(guò)程有機(jī)反應(yīng)的基本過(guò)程n1.2 有機(jī)反應(yīng)的分類(lèi)有機(jī)反應(yīng)的分類(lèi) n1.3 有機(jī)合成新技術(shù)有機(jī)合成新技術(shù) n1.4 有機(jī)合成方案設(shè)計(jì)有機(jī)合成方案設(shè)計(jì)(正交設(shè)計(jì)正交設(shè)計(jì))*一、鍵的斷裂：一、鍵的斷裂：1.1 1.1 有機(jī)反應(yīng)的基本過(guò)程有機(jī)反應(yīng)的基本過(guò)程均裂均裂：A-BA+B（成鍵的一對(duì)電子平均分給兩個(gè)原子或原子團(tuán)）均裂生成的帶單電子的原子或原子團(tuán)，稱(chēng)為游離基（或自由基）經(jīng)過(guò)均裂生成游離基的反應(yīng)，稱(chēng)為游離基反應(yīng)游離基反應(yīng)（或自由基反應(yīng)）異裂異裂：A-BA+B- （成鍵的一對(duì)電子為某一原子或原子團(tuán)所占有）經(jīng)過(guò)異裂生成離

2、子的反應(yīng)稱(chēng)為離子型反應(yīng)（分為親電和親核反應(yīng)兩種）*n均裂：均裂： 分子本身的鍵能較小分子本身的鍵能較小(如如O-O,Cl-Cl),或是在裂解時(shí)能同時(shí)釋放出一個(gè)鍵合很牢的或是在裂解時(shí)能同時(shí)釋放出一個(gè)鍵合很牢的分子分子(如如N2，CO2),n必須從外接受一定的能量才能發(fā)生鍵的必須從外接受一定的能量才能發(fā)生鍵的均裂。最常見(jiàn)的方法是通過(guò)均裂。最常見(jiàn)的方法是通過(guò)加熱加熱()或或光照光照(h)提供能量。例如：提供能量。例如： *熱均裂產(chǎn)生熱均裂產(chǎn)生輻射均裂產(chǎn)生輻射均裂產(chǎn)生CH3COOCCH3OOC6H655 - 85oCCH3COOBrBr2Br25oC光光*自由基的穩(wěn)定性自由基的穩(wěn)定性苯甲基自由基苯甲基

3、自由基 稀丙基自由基稀丙基自由基 三級(jí)丁基自由基三級(jí)丁基自由基 異丙基自由基異丙基自由基乙基自由基乙基自由基 甲基自由基甲基自由基 苯基自由基苯基自由基CH2 CH2CHCH2 (CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 * 異裂：當(dāng)斷鍵后形成的帶電荷質(zhì)點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)異裂：當(dāng)斷鍵后形成的帶電荷質(zhì)點(diǎn)相對(duì)穩(wěn) 定時(shí)定時(shí),容易發(fā)生鍵的異裂。容易發(fā)生鍵的異裂。大多數(shù)大多數(shù)反應(yīng)均反應(yīng)均為異裂反應(yīng)。例如為異裂反應(yīng)。例如 *n影響異裂的因素：影響異裂的因素：n1.碳正離子的穩(wěn)定性：碳正離子的穩(wěn)定性：烯丙基烯丙基 3o 2o 1o +CH3n2.陰離子離去基團(tuán)穩(wěn)定性陰離子離去基團(tuán)穩(wěn)定性 n(CH3)3C-

4、I(CH3)3C-Br (CH3)3C-Cl (CH3)3C-Fn(CH3)3C-Cl (CH3)3C-OAC (CH3)3C-OHClCH3Cl*n二、鍵的形成二、鍵的形成n 1.兩個(gè)游離基結(jié)合成鍵兩個(gè)游離基結(jié)合成鍵 n 2.正、負(fù)離子成鍵正、負(fù)離子成鍵 n 3.一個(gè)離子與一個(gè)中性分子成鍵一個(gè)離子與一個(gè)中性分子成鍵 *三、斷鍵與成鍵同步發(fā)生三、斷鍵與成鍵同步發(fā)生(過(guò)渡態(tài)理論過(guò)渡態(tài)理論) 過(guò)渡態(tài)的特點(diǎn)過(guò)渡態(tài)的特點(diǎn):（1）能量高。）能量高。（2）極不穩(wěn)定，不能分離得到。）極不穩(wěn)定，不能分離得到。（3）舊鍵未完全斷開(kāi)，新鍵未完全形成。）舊鍵未完全斷開(kāi)，新鍵未完全形成。A B C.AB + CA +

5、 BC任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡態(tài)才能完成。任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡態(tài)才能完成。四、分子內(nèi)重排四、分子內(nèi)重排 1.基團(tuán)帶著一對(duì)電子遷移（基團(tuán)帶著一對(duì)電子遷移（重排）重排） 2.2.基團(tuán)帶著一個(gè)電子遷移（自由基重排）基團(tuán)帶著一個(gè)電子遷移（自由基重排）自由基的穩(wěn)定性決定自由基的穩(wěn)定性決定CCH2C6H5C6H5C6H5CCH2C6H5C6H5C6H5*3.3.基團(tuán)不帶原來(lái)鍵合的電子遷移基團(tuán)不帶原來(lái)鍵合的電子遷移n穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： O- -*五、電子的傳遞電有機(jī)合成nFe2+ROOHFe3+RO+OH-nFe3+PhOH Fe2+PhO +H+*1.2 1.2 反應(yīng)的分類(lèi)反應(yīng)的分類(lèi)n一

6、、加成一、加成n1.親電加成（親電加成（C=C）n2.親核加成（親核加成（C=O）n二、消除二、消除n1.-消除（消除（E1、E2）n2.-消除消除 快：快：CHCl3+OH- CCl3-+H2O 慢：慢：CCl3-：CCl2(二氯卡賓二氯卡賓)*n三、取代n1.SN1、SN2n2.先加成再消除n 親核取代 （羰基）n 親電取代 （芳香環(huán)）*n四、縮合RCH2CORORCHCORORCH2COCHCORORH+HOROR -羰基酯Claisen （酯）縮合（兩個(gè)相同酯之間的縮合）（酯）縮合（兩個(gè)相同酯之間的縮合） 酯中的酯中的 - H顯弱酸性顯弱酸性,在醇的作用下可與另一分子酯發(fā)在醇的作用下可

7、與另一分子酯發(fā)生類(lèi)似與羥醛縮合的反應(yīng)生類(lèi)似與羥醛縮合的反應(yīng),稱(chēng)為稱(chēng)為Claisen （酯）縮合反應(yīng)（酯）縮合反應(yīng)*n五、重排n1.分子內(nèi)重排n2.分子間重排n六、周環(huán)反應(yīng)n七、氧化還原反應(yīng)*1.3 精細(xì)有機(jī)合成新技術(shù)精細(xì)有機(jī)合成新技術(shù)n一、相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)一、相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)n二、微波促進(jìn)有機(jī)合成技術(shù)二、微波促進(jìn)有機(jī)合成技術(shù)n三、超聲有機(jī)合成技術(shù)三、超聲有機(jī)合成技術(shù)n四、電解有機(jī)合成技術(shù)四、電解有機(jī)合成技術(shù)n五、光照有機(jī)合成技術(shù)五、光照有機(jī)合成技術(shù)n六、超臨界有機(jī)合成技術(shù)六、超臨界有機(jī)合成技術(shù)*n不在同一相的反應(yīng)如何發(fā)生？不在同一相的反應(yīng)如何發(fā)生？nn-Cn-C8 8H H1717Br + NaC

8、N n-CBr + NaCN n-C8 8H H1717CN +NaBrCN +NaBr一、相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)一、相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)(PTC , Phase Transfer Catalysis)有機(jī)相有機(jī)相水相水相PTCPTC1968年由年由Starks首先提出首先提出,并逐漸發(fā)展起來(lái)的有機(jī)合成新方法并逐漸發(fā)展起來(lái)的有機(jī)合成新方法 。技術(shù)特點(diǎn)：條件溫和技術(shù)特點(diǎn)：條件溫和,操作簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)單,產(chǎn)率高產(chǎn)率高,速率快速率快,選擇性好。選擇性好。*1、相轉(zhuǎn)移催化原理、相轉(zhuǎn)移催化原理利用相轉(zhuǎn)移催化劑在兩相之間運(yùn)送離子使反應(yīng)發(fā)生利用相轉(zhuǎn)移催化劑在兩相之間運(yùn)送離子使反應(yīng)發(fā)生相轉(zhuǎn)移催化劑相轉(zhuǎn)移催化劑 從上圖可以看出；

9、相轉(zhuǎn)移催化劑不斷地將從上圖可以看出；相轉(zhuǎn)移催化劑不斷地將CN-從水相運(yùn)送到有從水相運(yùn)送到有機(jī)相，然后又將機(jī)相，然后又將X-從有機(jī)相運(yùn)送到水相。從有機(jī)相運(yùn)送到水相。 RX + Q+CN-反應(yīng)物反應(yīng)物Q+X- + RCN產(chǎn)物產(chǎn)物NaX + Q+CN-Q+X- + NaCN相轉(zhuǎn)移催化劑相轉(zhuǎn)移催化劑反應(yīng)物反應(yīng)物水相水相有機(jī)相有機(jī)相n2）特點(diǎn)：既能溶于水相，又能溶于有機(jī)相；能與其中）特點(diǎn)：既能溶于水相，又能溶于有機(jī)相；能與其中一個(gè)反應(yīng)物的部分基團(tuán)作用。提高產(chǎn)率、降低反應(yīng)溫度、一個(gè)反應(yīng)物的部分基團(tuán)作用。提高產(chǎn)率、降低反應(yīng)溫度、縮短反應(yīng)時(shí)間?？s短反應(yīng)時(shí)間。n3）相轉(zhuǎn)移催化劑）相轉(zhuǎn)移催化劑n 翁鹽類(lèi)翁鹽類(lèi) 季

10、銨鹽季銨鹽：三乙基苯甲基氯化銨（：三乙基苯甲基氯化銨（TEBA）n 四正丁基溴化銨（四正丁基溴化銨（TBAB）n 三辛基甲基氯化銨（三辛基甲基氯化銨（TOMAC）2、相轉(zhuǎn)移催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑1）定義：能把反應(yīng)物從一相轉(zhuǎn)移到另一相的催化劑。）定義：能把反應(yīng)物從一相轉(zhuǎn)移到另一相的催化劑。*季磷鹽季磷鹽:結(jié)構(gòu)和季銨鹽相似、催化原理的也相同，但對(duì)堿和結(jié)構(gòu)和季銨鹽相似、催化原理的也相同，但對(duì)堿和熱的穩(wěn)定性比季銨鹽好，催化性能上也比季銨鹽好。熱的穩(wěn)定性比季銨鹽好，催化性能上也比季銨鹽好。季砷鹽、季銻鹽、季鉍鹽和季锍鹽等翁鹽也可以，但制備季砷鹽、季銻鹽、季鉍鹽和季锍鹽等翁鹽也可以，但制備困難、價(jià)格昂貴，目

11、前只用于實(shí)驗(yàn)室研究。困難、價(jià)格昂貴，目前只用于實(shí)驗(yàn)室研究。有時(shí)也可以用有時(shí)也可以用叔胺叔胺(例如吡啶和三丁胺等例如吡啶和三丁胺等)作相轉(zhuǎn)移催化劑，作相轉(zhuǎn)移催化劑，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诜磻?yīng)條件下可生成季銨鹽。這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诜磻?yīng)條件下可生成季銨鹽。n季銨正離子的結(jié)構(gòu)季銨正離子的結(jié)構(gòu) n 四個(gè)烷基的總碳原子數(shù)一般是四個(gè)烷基的總碳原子數(shù)一般是1525，使，使Q+兩親性佳。兩親性佳。n季銨鹽中負(fù)離子的種類(lèi)季銨鹽中負(fù)離子的種類(lèi) n 最常用最常用Q+Cl-，價(jià)廉、易得。當(dāng)親核試劑負(fù)離子，價(jià)廉、易得。當(dāng)親核試劑負(fù)離子Nu-(例例 n 如如F-、OH-)比比Cl-更難提取到有機(jī)相時(shí)，就需要使用季更難提取到有機(jī)相時(shí)，就

12、需要使用季n 銨的酸性硫酸鹽銨的酸性硫酸鹽Q+HSO4- ，但后者制備復(fù)雜、價(jià)格，但后者制備復(fù)雜、價(jià)格 n 貴，很少使用。貴，很少使用。n用量用量 1mol有機(jī)反應(yīng)物用有機(jī)反應(yīng)物用0.0050.100mol季銨鹽。季銨鹽。n溶劑溶劑 有水存在時(shí)，可用不溶于水的非質(zhì)子傳遞溶劑。有水存在時(shí)，可用不溶于水的非質(zhì)子傳遞溶劑。n 無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行固液相轉(zhuǎn)移催化時(shí)，可用非質(zhì)無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行固液相轉(zhuǎn)移催化時(shí)，可用非質(zhì)n 子傳遞強(qiáng)極性溶劑。子傳遞強(qiáng)極性溶劑。季銨鹽作相轉(zhuǎn)移催化劑時(shí)的主要影響因素季銨鹽作相轉(zhuǎn)移催化劑時(shí)的主要影響因素 eg 2.eg 1.+ KMnO4NaOH(4%)CH2Cl2+ KMnO4NaOH

13、(4%) CH2Cl2C6H5CH2N+(C2H5)3Cl-,0oCOHOH50%1-溴辛烷與氰化鈉水溶液反應(yīng)。不加溴辛烷與氰化鈉水溶液反應(yīng)。不加P.T.C.，加熱兩周也不反應(yīng)。，加熱兩周也不反應(yīng)。CH3(CH2)6CH2Cl + NaCNCH3(CH2)6CH2CN回流1.5h,99%C16H33N(C4H9)3Br-+鎓鎓鹽類(lèi)鹽類(lèi)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移陰離子陰離子*l 開(kāi)鏈聚醚（又稱(chēng)多足體）開(kāi)鏈聚醚（又稱(chēng)多足體）：1970年開(kāi)始做年開(kāi)始做P.T.C.使用。使用。 價(jià)廉易得，耐熱性好，使用方便，有發(fā)展前途。價(jià)廉易得，耐熱性好，使用方便，有發(fā)展前途。 聚醚類(lèi)聚醚類(lèi) 鏈狀聚乙二醇：鏈狀聚乙二醇：H(OCH2C

14、H2)nOH鏈狀聚乙二醇二烷基醚：鏈狀聚乙二醇二烷基醚：R(OCH2CH2)nOR*ONPhPhOOONPhPhOONOOONOOOOONONOOONO*l冠醚冠醚用于氧化、還原等反應(yīng)。用于氧化、還原等反應(yīng)。環(huán)腔結(jié)構(gòu)。分子呈環(huán)形，中間有一個(gè)空隙，氧原子向內(nèi)，環(huán)腔結(jié)構(gòu)。分子呈環(huán)形，中間有一個(gè)空隙，氧原子向內(nèi)，CH2向向外。外。 OOOOOOOOO12-冠冠-4 苯并苯并-15-冠冠-5l 冠醚的催化效果非常好，但制備困難、價(jià)格貴，只有在高冠醚的催化效果非常好，但制備困難、價(jià)格貴，只有在高溫相轉(zhuǎn)移反應(yīng)中季銨鹽不穩(wěn)定時(shí)，才考慮使用冠醚。溫相轉(zhuǎn)移反應(yīng)中季銨鹽不穩(wěn)定時(shí)，才考慮使用冠醚。KMnO418-冠

15、-6HOOC(CH2)4COOH 100%eg 1.O主客體配合物主客體配合物:選擇性地絡(luò)合不同金屬離子，用于分離金屬離選擇性地絡(luò)合不同金屬離子，用于分離金屬離子。子。OOOOLiOOOOOOK+l常用常用18-冠冠-6，15-冠冠-5等。等。+ KCNCH3CN25oC 72hCH2Cl CH2CN (20 % ) + KCNCH3CN25oC 0.4 hCH2Cl CH2CN (100 % ) 18-冠-6eg 2.* *手性冠醚手性冠醚 手性中心的引入，使其對(duì)客體分子具有結(jié)構(gòu)選擇性手性中心的引入，使其對(duì)客體分子具有結(jié)構(gòu)選擇性 和手性選擇性。和手性選擇性。 冠醚環(huán)上連接環(huán)糊精，增加對(duì)客體分

16、子的多點(diǎn)識(shí)別。冠醚環(huán)上連接環(huán)糊精，增加對(duì)客體分子的多點(diǎn)識(shí)別。 RX + CN- RCN + X-K+有機(jī)相有機(jī)相K+冠醚通過(guò)結(jié)合冠醚通過(guò)結(jié)合特定的特定的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移陰離子。陰離子。OOONO(OCH3)2(OCH3)14環(huán)糊精冠醚 含冠醚結(jié)構(gòu)的化合物含冠醚結(jié)構(gòu)的化合物NRONO2CH2OOOON*陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑eg .*二、微波有機(jī)合成技術(shù)二、微波有機(jī)合成技術(shù)n微波是頻率大約在微波是頻率大約在300MHz300MHz300GHz300GHz電磁波。電磁波。n民用微波頻率為民用微波頻率為 915 915 15 MHz 15 MHz 和和 2450 2450 50MHz

17、50MHz 。n應(yīng)用于有機(jī)合成的研究則始于應(yīng)用于有機(jī)合成的研究則始于19861986年，年，GedyeGedye和和SmithSmithn通過(guò)比較常規(guī)條件與微波輻射條件下進(jìn)行酯化、水解、通過(guò)比較常規(guī)條件與微波輻射條件下進(jìn)行酯化、水解、n氧化等反應(yīng)氧化等反應(yīng) ，反應(yīng)得到了不同程度的加快，而且有的反，反應(yīng)得到了不同程度的加快，而且有的反n應(yīng)速度被加快了幾百倍。應(yīng)速度被加快了幾百倍。 n又稱(chēng)又稱(chēng)MOREMORE化學(xué)化學(xué)(Microwave-Induced Organic Reaction (Microwave-Induced Organic Reaction nEnhancement Chemist

18、ry) Enhancement Chemistry) ，倍受關(guān)注，倍受關(guān)注 。傳統(tǒng)加熱與微波加熱的區(qū)別傳統(tǒng)加熱與微波加熱的區(qū)別n傳統(tǒng)加熱（外部加熱）n 利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射等將熱量傳遞到物體表面，再經(jīng)熱傳導(dǎo)將內(nèi)部加熱，需要一定的時(shí)間。n微波加熱（內(nèi)加熱）n 對(duì)物體內(nèi)外進(jìn)行“整體”加熱 。n 通常，一些介質(zhì)材料由極性分子和非極性分子組成。在自然狀態(tài)下，介質(zhì)內(nèi)的偶極子作雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)和排列。在微波電磁場(chǎng)的作用下，介質(zhì)中的極性分子從原來(lái)的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為跟隨微波電磁場(chǎng)的交變而排列取向。由于微波波段電磁場(chǎng)頻率高達(dá)109數(shù)量級(jí)，在微波場(chǎng)中，介質(zhì)中相鄰分子間的相互作用和極性分子的變“極”效應(yīng)產(chǎn)生極其強(qiáng)烈

19、的類(lèi)似摩擦的作用，使極性分子在瞬間獲得巨大能量，并以熱量的形式表現(xiàn)出來(lái)，介質(zhì)溫度便隨之升高 。（如采用的微波頻率為2450MHz，就會(huì)出現(xiàn)每秒24億5千萬(wàn)次交變，分子間就會(huì)產(chǎn)生激烈的摩擦。 ）*1、微波促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)機(jī)理、微波促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)機(jī)理 觀點(diǎn)一：微波的致熱效應(yīng)。觀點(diǎn)一：微波的致熱效應(yīng)。 觀點(diǎn)二：微波的致熱和非致熱兩重效應(yīng)。觀點(diǎn)二：微波的致熱和非致熱兩重效應(yīng)。 注意：必須是注意：必須是極性介質(zhì)分子。極性介質(zhì)分子。 氣體不被加熱。氣體不被加熱。 非極性介質(zhì)分子不被加熱。非極性介質(zhì)分子不被加熱?？杉訜岬奈镔|(zhì)可加熱的物質(zhì)： L-極性溶劑；極性溶劑； S-石墨、石墨、Fe3O4、V2O5、MnO2等

20、介電常數(shù)大的固等介電常數(shù)大的固體。體。 由此，玻璃、聚四氟乙烯、金剛石、由此，玻璃、聚四氟乙烯、金剛石、Al2O3等不會(huì)被等不會(huì)被加熱，可做容器。加熱，可做容器。*2、微波促進(jìn)有機(jī)合成技術(shù)方法、微波促進(jìn)有機(jī)合成技術(shù)方法n1）微波密閉合成技術(shù)）微波密閉合成技術(shù) 2）微波常壓合成技術(shù)）微波常壓合成技術(shù) n3）微波干法合成技術(shù)）微波干法合成技術(shù) 4）微波連續(xù)合成技術(shù)）微波連續(xù)合成技術(shù)3、應(yīng)用、應(yīng)用n1) C-烷化烷化微波法合成微波法合成2-叔丁基對(duì)苯二酚（叔丁基對(duì)苯二酚（TBHQ）項(xiàng)目微波常規(guī)加熱收率/%52.346.8反應(yīng)時(shí)間/h0.54.5n2) O-酰化反應(yīng)?；磻?yīng)n3) N-烴化、烴化、N-

21、酰化、酰化、C-烴化、烴化、S-烴化和烴化和S-?；磻?yīng)酰化反應(yīng)*2022/3/19*三、超聲有機(jī)合成技術(shù)三、超聲有機(jī)合成技術(shù)n超聲波是指頻率范圍在超聲波是指頻率范圍在20106 kHz 的機(jī)械波。超聲波由一的機(jī)械波。超聲波由一n系列疏密相間的縱波構(gòu)成，系列疏密相間的縱波構(gòu)成， 并通過(guò)液體介質(zhì)向四周傳播。并通過(guò)液體介質(zhì)向四周傳播。n波速約為波速約為1500 m/s。功率大，。功率大，=100.01cm*1、超聲作用原理、超聲作用原理n空化現(xiàn)象：空化現(xiàn)象：存在于液體中的微存在于液體中的微小氣泡小氣泡在超聲場(chǎng)的作用下在超聲場(chǎng)的作用下n被激活，表現(xiàn)為泡核的形成、振蕩、生長(zhǎng)、收縮乃至崩被激活，表現(xiàn)為泡

22、核的形成、振蕩、生長(zhǎng)、收縮乃至崩n潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程，及其引發(fā)的物理和化學(xué)效應(yīng)。潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程，及其引發(fā)的物理和化學(xué)效應(yīng)。n氣泡壽命約為氣泡壽命約為0.1us，在幾微秒之內(nèi)突然崩潰，氣泡破，在幾微秒之內(nèi)突然崩潰，氣泡破n裂類(lèi)似于一個(gè)小小的爆炸過(guò)程，產(chǎn)生極短暫的高能環(huán)裂類(lèi)似于一個(gè)小小的爆炸過(guò)程，產(chǎn)生極短暫的高能環(huán)n境，由此產(chǎn)生大約境，由此產(chǎn)生大約4000K 和和100MPa的局部的高溫、高的局部的高溫、高n壓。同時(shí)這種壓。同時(shí)這種局部高溫、高壓局部高溫、高壓存在的時(shí)間非常短，僅有存在的時(shí)間非常短，僅有n幾微秒，所以溫度的變化率非常大，這就為在一般條件幾微秒，所以溫度的變化率非常大，這就為

23、在一般條件n下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特n殊的環(huán)境。殊的環(huán)境。2022/3/19*n高溫高溫有利于反應(yīng)物的裂解和自由基的形成，提高了化學(xué)反應(yīng)有利于反應(yīng)物的裂解和自由基的形成，提高了化學(xué)反應(yīng)速率。速率。n高壓高壓有利于氣相中的反應(yīng)；另一方面，當(dāng)氣泡破裂產(chǎn)生高壓有利于氣相中的反應(yīng)；另一方面，當(dāng)氣泡破裂產(chǎn)生高壓n的同時(shí)，還伴隨強(qiáng)烈的沖擊波，其速度可以達(dá)的同時(shí)，還伴隨強(qiáng)烈的沖擊波，其速度可以達(dá)100 m/s的微的微n射流，對(duì)于有固體參加的非均相體系起到了很好的沖擊作射流，對(duì)于有固體參加的非均相體系起到了很好的沖擊作n用，導(dǎo)致分子間強(qiáng)烈

24、的相互碰撞和聚集，對(duì)固體表面形態(tài)、用，導(dǎo)致分子間強(qiáng)烈的相互碰撞和聚集，對(duì)固體表面形態(tài)、n表面組成產(chǎn)生極為重要的作用。表面組成產(chǎn)生極為重要的作用。n因此空化作用可以看作聚集聲能的一種形式，能夠在微觀尺因此空化作用可以看作聚集聲能的一種形式，能夠在微觀尺n度內(nèi)模擬反應(yīng)器內(nèi)的高溫高壓，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。度內(nèi)模擬反應(yīng)器內(nèi)的高溫高壓，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。*2、在有機(jī)合成方面的應(yīng)用、在有機(jī)合成方面的應(yīng)用n如如-氰基肉桂酸乙酯的制備。氰基肉桂酸乙酯的制備。n 氰乙酸乙酯和各種芳香醛經(jīng)氰乙酸乙酯和各種芳香醛經(jīng)Knoevenagel縮合?？s合。n 傳統(tǒng)方法：傳統(tǒng)方法：用吡啶作用吡啶作cat加熱回流。反應(yīng)速率慢、產(chǎn)率低

25、。加熱回流。反應(yīng)速率慢、產(chǎn)率低。n 超聲波方法：超聲波方法：條件緩和，反應(yīng)時(shí)間縮短，收率提高條件緩和，反應(yīng)時(shí)間縮短，收率提高 (80%96%)。用作紫外濾光劑和光敏劑的成分、纖用作紫外濾光劑和光敏劑的成分、纖維染色劑的中間體以及殺菌劑維染色劑的中間體以及殺菌劑OCH2CH3CO+HCOHCCH3CH2COCCNONCCHH*1.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在生產(chǎn)實(shí)踐中，試制新產(chǎn)品、改革工藝、尋求好的生產(chǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中，試制新產(chǎn)品、改革工藝、尋求好的生產(chǎn)條件等，這些都需要做試驗(yàn)，而試驗(yàn)總是要花費(fèi)時(shí)間，消耗條件等，這些都需要做試驗(yàn)，而試驗(yàn)總是要花費(fèi)時(shí)間，消耗人力、物力。因此，試驗(yàn)的次數(shù)應(yīng)盡可能少。

26、人力、物力。因此，試驗(yàn)的次數(shù)應(yīng)盡可能少。*表表1 實(shí)驗(yàn)方案表實(shí)驗(yàn)方案表因素因素水平水平A）BC110675220785340895* 全面試驗(yàn)：全面試驗(yàn)：可以分析各因素的效應(yīng)可以分析各因素的效應(yīng) ，交互作用，也可選，交互作用，也可選出最優(yōu)水平組合。但全面試驗(yàn)包含的水平組合數(shù)較多，工作出最優(yōu)水平組合。但全面試驗(yàn)包含的水平組合數(shù)較多，工作量大，在有些情況下無(wú)法完成量大，在有些情況下無(wú)法完成 。 如如 4個(gè)因素個(gè)因素3個(gè)水平，要做個(gè)水平，要做 3481 次試驗(yàn)；次試驗(yàn)； 6個(gè)因素個(gè)因素5個(gè)水平，要做個(gè)水平，要做 5615625次試驗(yàn)。非常困難。次試驗(yàn)。非常困難。 能否減少試驗(yàn)次數(shù)，而又不影響試驗(yàn)效果

27、呢？能否減少試驗(yàn)次數(shù)，而又不影響試驗(yàn)效果呢？有有*n概念：概念：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法, ,簡(jiǎn)稱(chēng)正交設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱(chēng)正交設(shè)計(jì), ,它它是用是用“正交表正交表”來(lái)安排和分析多因素實(shí)驗(yàn)的一來(lái)安排和分析多因素實(shí)驗(yàn)的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要組成部分種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要組成部分, ,該方法由日本的田口玄一于該方法由日本的田口玄一于19491949年創(chuàng)立。正交年創(chuàng)立。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是從全面試驗(yàn)中挑出部分有試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是從全面試驗(yàn)中挑出部分有代表代表性性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn), , 這些代表點(diǎn)具有這些代表點(diǎn)具有“均勻均勻”和和“整齊整齊”的特點(diǎn)，具有很高的效率的特點(diǎn)，具有很高的效

28、率. .1.4.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)* 1.4.2 1.4.2正交表及其性質(zhì)正交表及其性質(zhì) 正交表記為正交表記為 Ln（mk），）， m 是各因素的水平，是各因素的水平，k （列數(shù)）是因（列數(shù)）是因素的個(gè)數(shù)，素的個(gè)數(shù)， L 代表正交表，代表正交表， n 是安排試驗(yàn)的次數(shù)（行數(shù)）是安排試驗(yàn)的次數(shù)（行數(shù)） 。 常見(jiàn)常見(jiàn)得正交表有得正交表有L4（23）、）、 L8（27 ）、）、 L9（34 ）、）、 L18（37）、）、 L27（313 ）、）、L16（45 ）、）、 L25（56 ）等。）等。 L9（34）4因素因素3水平正交試驗(yàn)，共做水平正交試驗(yàn)，共做9次試驗(yàn)，而全面試驗(yàn)要次試驗(yàn)，而全面

29、試驗(yàn)要做做 34=81 次，減少了次，減少了72次。次。 L25（56） 6因素因素5水平正交試驗(yàn)，共做水平正交試驗(yàn)，共做25次試驗(yàn)，而全面試驗(yàn)次試驗(yàn)，而全面試驗(yàn)要做要做 56=15625 次，減少了次，減少了15600次。次。*試驗(yàn)號(hào)試驗(yàn)號(hào)因因 素素ABCD111112122231333421235223162312731328321393321表表2 L9（34）* 正交表的兩條重要性質(zhì)：正交表的兩條重要性質(zhì)： （1）每列中不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如）每列中不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如 L9（34），每），每列列中不同的數(shù)字是中不同的數(shù)字是1，2，3。它們各出現(xiàn)三次。它們各出現(xiàn)三次。

30、 （2）在任意兩列在任意兩列中，將中，將同一行同一行的兩個(gè)數(shù)字看成有序數(shù)對(duì)時(shí)，的兩個(gè)數(shù)字看成有序數(shù)對(duì)時(shí)，每種數(shù)對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如每種數(shù)對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如 L9（34），有序數(shù)對(duì)共有），有序數(shù)對(duì)共有9個(gè)：個(gè)：（1，1），（），（1，2），（），（1，3），（），（2，1），（），（2，2），（），（2，3），），（3，1），（），（3，2），（），（3，3），），它們各出現(xiàn)一次它們各出現(xiàn)一次。這些代表點(diǎn)具有這些代表點(diǎn)具有“均勻均勻”和和“整齊整齊”的特點(diǎn)，的特點(diǎn)，具有很高的效率具有很高的效率. .*1.4.3正交表的選擇正交表的選擇n選擇正交表的原則選擇正交表的原則，應(yīng)當(dāng)是被選用的正

31、交表的，應(yīng)當(dāng)是被選用的正交表的因素?cái)?shù)與水平數(shù)因素?cái)?shù)與水平數(shù)等于或大于等于或大于要進(jìn)行試驗(yàn)的因素要進(jìn)行試驗(yàn)的因素與水平數(shù)，并且使試驗(yàn)與水平數(shù)，并且使試驗(yàn)次數(shù)最少次數(shù)最少。n如：如：3個(gè)因素個(gè)因素5個(gè)不同水平進(jìn)行的試驗(yàn)，那我們個(gè)不同水平進(jìn)行的試驗(yàn)，那我們選擇選擇L18（37 ）正交表而不用正交表而不用L27（313），只需進(jìn)，只需進(jìn)行行9 9個(gè)試驗(yàn)就能說(shuō)明問(wèn)題了。個(gè)試驗(yàn)就能說(shuō)明問(wèn)題了。n L9（34 ）、）、 L18（37）、）、 L27（313 ）*1.4.4試驗(yàn)計(jì)劃的制定試驗(yàn)計(jì)劃的制定n1.1.選擇合適的正交表選擇合適的正交表n2.2.在正交表的表頭上分別寫(xiě)上因素在正交表的表頭上分別寫(xiě)上因素A

32、 A、B B、C C. .，再加上一個(gè)空列（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。再加上一個(gè)空列（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。n3.3.在正交表中分別將水平數(shù)字在正交表中分別將水平數(shù)字1 1、2 2、3 3. .處填處填寫(xiě)該因素的寫(xiě)該因素的1 1水平值、水平值、2 2水平值、水平值、3 3水平值等。水平值等。n4.4.按試驗(yàn)計(jì)劃表做完實(shí)驗(yàn)后，將試驗(yàn)結(jié)果分別按試驗(yàn)計(jì)劃表做完實(shí)驗(yàn)后，將試驗(yàn)結(jié)果分別填入最后一列。填入最后一列。*試驗(yàn)設(shè)計(jì)舉例試驗(yàn)設(shè)計(jì)舉例n 例：例： 為提高某化工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，選為提高某化工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，選擇了三個(gè)有關(guān)因素進(jìn)行條件試驗(yàn)，反應(yīng)擇了三個(gè)有關(guān)因素進(jìn)行條件試驗(yàn)，反應(yīng)溫度溫度(A)(A)，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間(B)(B)，

33、用堿量，用堿量(C)(C)，并，并確定了它們的試驗(yàn)范圍：確定了它們的試驗(yàn)范圍：A A：8080、8585、9090B B：9090、120120、150min150minnC C：5 5 、6 6 、7 7請(qǐng)擬定試驗(yàn)計(jì)劃表。請(qǐng)擬定試驗(yàn)計(jì)劃表。*試驗(yàn)號(hào)試驗(yàn)號(hào)因因 素素A（溫度溫度）B（時(shí)間時(shí)間）C（%堿量堿量） D 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 （%）180（1）90 （1）5 （1）(1)280 （1）120 （2）6 （2）(2)380 （1）150 （3）7 （3）(3)485 （2）90 （1）6 （2）(3)585 （2）120 （2）7 （3）(2)685 （2）150 （3）5 （1）(1)790

34、（3）90 （1）7 （3）(2)890 （3）120 （2）5 （1）(3)990 （3）150 （3）6（2）(1)試驗(yàn)計(jì)劃表試驗(yàn)計(jì)劃表進(jìn)行試驗(yàn)。進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)號(hào)試驗(yàn)號(hào)因因 素素A（溫度溫度）B（時(shí)間時(shí)間）C（%堿量堿量） D 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 （%）180905(1) 312801206(2) 543801507(3) 38485906(3) 535851207(2) 496851505(1) 42790907(2) 57 8901205(3) 629901506(1) 64試驗(yàn)計(jì)劃表試驗(yàn)計(jì)劃表* 試驗(yàn)?zāi)康氖歉闱宄蛩卦囼?yàn)?zāi)康氖歉闱宄蛩谹 A、B B、C C對(duì)轉(zhuǎn)化率對(duì)轉(zhuǎn)化率有什么影響，哪些是主要的，哪些是次有什么影響，哪些是主要的，哪些是次要的，從而確定最適生產(chǎn)條件，即溫度、要的，從而確定最適生產(chǎn)條件，即溫度、時(shí)間及用堿量各為多少才能使轉(zhuǎn)化率最時(shí)間及用堿量各為多少才能使轉(zhuǎn)化率最高。高。 能否從正交試驗(yàn)表中得到這些信息呢？能否從正交試驗(yàn)表中得到這些信息呢？ 能能*1.4.5直觀分析法直觀分析法n又名極差分析法，它是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析的又名極差分析法，它是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析的基本方法，主要包括以下幾個(gè)步驟：基本方法，主要包括以下幾個(gè)步驟： 1.1.確定同確定同一因素的不同水平對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響。一