陈荣业_沈药讲座1201（PPT30页)

陈荣业教授多家企业技术顾问有机反应优化与放大邮箱：[e-mail]手机：[phone]陈荣业著作有机反应优化与放大•1转化率、选择性与收率•2目标函数的选择•3转化率的影响因素•4选择性的影响因素•5对比选择性的概念与优势•6温度对选择性的影响•7浓度对选择性的影响•8工艺优化实例•9反应过程研究方法•10若干问题讨论•11反应过程因果关系•12两种研究方法比较•13学术论文中的动力学概念•14有机反应放大要点•15工业化放大实例收率与转化率、选择性的关系：Y=CpCA0=CPCA0-CA·CA0－CACA0=S·XSXYXf收率影响因素图示：(设Evs-Evp0)CA0－CACA0X=转化率：选择性：S=CPCA0-CA收率：Y=CPCA01转化率、选择性与收率XSYa(a)高温短时间100%50%XSYb(b)低温短时间50%100%(c)程序升温过程XSYc100%100%2目标函数的选择+ABPOOOHONH2NNH2NClClSEt3NOOOHOHNNNH2NClSHOOH实验号反应溶剂反应温度℃A%P%12-丁醇7994.14.32THF6595.92.23二氧六环10092.47.64异丙醇8283.316.65叔丁醇8258.341.46异丁醇1009.381.77乙二醇单甲醚10011.480.48DMSO100080.89DMF10064.533.310正丁醇1007.685.7A+P%98.498.199.899.999.791.091.880.897.893.3(SXY)3转化率的影响因素XXreTPRTEVpPbBaARTEPCCCekrV0(1)(2)(3)(4)XCCbBBXrCCPpPP4选择性的影响因素（主、副反应速度竞争）有如下平行竞争的主副反应：A+BPEvpkpA+CSEvskS主副反应的反应速度函数：aACrp=KpbBC'aACrs=KscCC主副反应速度函数：rpaAC=KopbBCeRTEvp'aACrs=KoscCCeRTEvs对比选择性：（相对速度）S=rprS=eRTEvpEvskOPkOS温度效应'aaACbBCcCC浓度效应··反应速度是温度的函数：K=K0RTeEv温度效应——活化能浓度效应——反应级数差差5对比选择性的概念与优势选择性：cCaARTESbBaARTEPbBaARTEPSPPCCekCCekCCekrrrSVSVPVP'000对比选择性：S和S：1。取值范围不同cCbBaaARTEESPSPCCCekkrrSVPVS'-00温度效应浓度效应连续、单调、可导、无极值),(iCTfS2.变化趋势一致6温度对选择性的影响（温度效应）升（降）温有利于活化能高（低）的反应S=rPrS=KeEVS-EVPRTcCbBaaARTEESPSPCCCekkrrSVPVS'00令cCbBaaASPCCCkk'00KBASBSASTBTATABTSTATBASBSEvs–Evp0Evs–Evp07浓度对选择性的影响（浓度效应）高（低）浓度有利于反应级数高（低）的反应cCbBaaARTEESPSPCCCekkrrSVPVS'00令RTEESPVPVSekkK00S=rPrS=KCAa-a’CBbCC-cS的三种结构：SA、SB、SAB一般情况：a-a’≤0A组分一次加入（高浓度有利）加料方式无影响A组分缓慢滴入（低浓度有利）CAa-a'a-a’0a-a’=0a-a’0FOHFOHIFOHIFOHIIEV4EV3S1PS2EV1EV2AI2(B)I2I2I2AS1S2P温度效应：8工艺优化实例1)0'('bbKCSCbbBB浓度效应：)0-(1212VVRTEEEEeKSTVV离子对pπ-dπ键8工艺优化实例2温度效应：)0-(VPVSRTEEEEeKSTVPVSOHOOOOHOMe8工艺优化实例3OOOHHPOLYMERMichaelOOOOOOOONaOMeABP+)0'('aaKCSCaaAA浓度效应：POLYMERSFClClOClClFOHHHFClClOClClFFClClOHNO3FClClOHOAPHFClClOFClClOClClFASHFClClOHClClFOFClClOClClFOHH8工艺优化实例4浓度效应：)0'('AaaKCSCaaAFIOHFIOOFOFIHOFFOHIIHHFOHCNOHIFCuCNDMFOHCNFEVPABP温度效应：浓度效应：8工艺优化实例5)0'('aaKCSCaaAA)0(VPVSRTEEEEeKSTVPVSOHFNCSEvsEvpEv化学反应能量HNHNOOOONNOOOH(S)HNHNOONNOHOOH(P)OO浙江省医学科学院学报，2003,14(4),32-4Biginelli嘧啶酮合成8工艺优化实例630%T8工艺优化实例7E1NU1E2NU2EV1E1NU1E2NU2EV4E1NU1E2NU2ABMPE2NU1E1NU2EV2E2NU1E1NU2EV3E2NU1E1NU2ABMS1(ISO)E1NU1E2NU2E1NU1E2NU2E1NU1E2NU2E1NU1E2NU2MMS2制备M，温度效应：制备P，浓度效应：)0(1212VVRTEEEEeKSTVV)0'('mmCKSCmmMM9反应过程的研究方法1、分阶段的研究反应过程与分离过程（减小误差）2、首先定性反应产物（副产结构与浓度效应）3、跟踪定量反应产物（半定量，相对标准）4、程序升温法（温度效应）5、调节加料法（浓度效应）反应淬灭分层浓缩P结晶过滤ABCDEFGHIJKL10若干问题讨论S1,S2,..................SnS1S2S3S4PAPSBAS=KeCACBCPa-a'b-pCpXτEVPEVSEVS-EVPRTEV1﹤EV2﹤EV3AP1P2EV3BEV2EV1B目标与T、M与ST与CiTABП值曲线CiTτAB等X曲线T与τHNHNOOOOTτAB等X曲线T与τHNHNOOOO10.1反应温度与时间10.2反应温度与浓度RNO210.3多个副产物的工艺优化抓大放小：S2关键组分：S110.4连串副反应时间控制SpCX转化率控制连续化操作连串副反应消除：连串副反应优化：OOOPhCO2EtH2Pd/COHOCO2EtOHOCO2HRRMeClAlCl3δMeZnClRClδNHNHRROClClRROClδHHCatδHNHRROClMδNHRROClClδM10.5产物与中间状态非平衡的化学反应NOT(℃)APS1S211300802002115090100310009550490090010反应温度与产物组成目标产物的温度控制(M)ABEV1P1P2EV3B11反应过程的因果关系dτS=rprS=dCpdCSdτ=eRTEvpEvskOPkOS'aaACbBCcCC）（）（VSEVPEVSEVPEYSXτTCCBPTCi??TTCBCcCA?CACA(aa'aa')()12两种研究方法比较定量的结果与变化的趋势定量的结果研究结论变量常量研究结果选择性收率研究目标副反应主反应研究对象物理化学数学统计研究思路动力学方法正交试验设计研究方法13学术论文中的动力学概念（1）程序升温反应（Evs＞Evp）（2）高温滴加A组分（Evs＜Evp，a≤a′）（4）缩合、环合反应（EvsEvp,a≤a′）（3）低温滴加A组分（Evs＞Evp,a≤a′）（5）溶剂的加入方式（稀释滴加物更重要）（6）反应时间控制（存在连串副反应）……OMBALTTAT0T0TA′TLB′A′反应过程的放大效应温度梯度与浓度梯度14有机反应放大要点放热反应——滴液点温度吸热反应——釜壁温度15工业化放大实例4,CF3FFLiCF3FFLiCF3FFOOO5,BrBrOHOHSOCl2/TOlZn/DMFOOSONaCN/DMFKOH/H2OOO1,HNOHHONH3H2/RaneyNiNHHN3,OHOOOSOCl2OClOODMF