综合化学实验33精细化学品名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

精细

化学品第1页化学工业与国民经济各个领域，以及人们日常生活亲密相关。近按照用途不一样，人们将化工产品划分为两在类，即基本化工产品（或通用化工产品）和精细化学品（Finechemicals）。基本化工产品是指一些应用范围广泛，生产中化工技术要求很高，产量大产品，比如石油化工中塑料、化纤及橡胶三大合成材料，化肥等。精细化学品（Finechemicals）是指含有专门功效和特定应用性能，配方技术左右着产品性能，制造和应用技术密集度高，产品附加值高，批量小、品种多一类化工产品，比如洗涤用化学品、染料、医药、功效高分子等。

第一节精细化学品概念

第2页精细化学是研究各种精细化工产品分子设计、合成、结构、功效及其构效关系化学。“精细化学工业”（FineChemicalsIndustry）通常称为精细化工，包含精细化学品和专用化学品（SpecialtyChemicals）两部分，属高新技术行业。因为精细化工产品范围十分广泛，当前还极难明确专业学科领域，但从研制、生产、应用三个方面考虑，精细化工基础是应用化学。即把无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等化学基础知识用于精细化工产品工业过程。近20多年来，因为社会生产水平和生活水平提升，化学工业产品结构改变以及高新技术要求，精细化工产品越来越受到重视，它们产值比重逐年上升，精细化程度已经成为衡量一个国家化学工业水平尺度。并已经有将生产精细化工产品工业单独作为一个部门从化学工业中划分出来倾向。第3页第二节精细化学品特点

精细化学品特点与定义亲密相关，普通归纳为五方面:

含有特定功效大量采取复配技术小批量、多品种技术密集度高附加值高第4页(1)含有特定功效

精细化学品是依据产品性能销售化学品。精细化学品应用专用性强，通用性弱。多数精细化学品特定功效经常是与消费者直接相关，比如，化装品、合成洗涤剂、装饰涂料、染料等。还有针对专门消费者，如医药，含有专门功效药用于治疗特定疾病。人们对产品功效是否合乎他们要求会很快反应到生产厂商管理机构。从这点上来说，精细化工产品特定功效显得格外主要。

第5页精细化学品特定功效还表现为它用量少而效益显著。如在人造卫星结构中采取结构胶粘剂代替金属焊接，节重1kg就有近十万元经济效益。使用立体专一性高效催化剂能取得光学纯度很高单一对映异构体，这对医药生产越来越主要。上述两个简单例子充分说明精细化学品特定功效完全依赖于应用对象要求，而这些要求伴随社会生产水平、生活水平、科技水平提升，将处于不停提升、永无止境改变中。

第6页(2)大量采取复配技术

第一个特点决定了要采取复配技术。因为精细化学品要满足各种专门用途，应用对象特殊，通常极难用单一化合物来满足要求，于是配方研究成为决定性原因。复配技术主要表现在两方面：1.剂型：粉末、溶液、分散液、乳液等剂型选择得当，能够使产品性能大为改观。农药经常采取缓释技术制造剂型。乳状液或分散体系要求愈稳定愈好，需要添加大分子表面活性剂作为分散剂使用。第7页2.复配：该技术被称为1＋1＞2技术。两种或两种以上主产品或主产品与助剂复配，应用时效果远优于单一产品性能。如表面活性剂与颗粒或乳粒相互作用，改变了粒子表面电荷性能或空间隔离性，使分散体系或乳液体系稳定。一些农药本身不溶于水，可溶于甲苯，在加有乳化剂时，可制成稳定乳状液；乳化剂调配适当初，可使该乳液在植物叶上接触角等于零，乳液在树叶上轻易完全润湿，杀虫效果好。化装品、涂料基本都采取复配技术。在精细化工生产中配方通常是技术关键之一，也是专利需要保护对象。掌握复配技术是使产品含有市场竞争能力极为主要方面。但这也是当前我国精细化工发展上一个微弱步骤，必须给予足够重视。第8页(3)小批量、多品种

由于精细化学品都有特定功能，所以都有一定应用范围，其用量也不很大。如医药在制成成药后，其形式有药片、丸、粉、溶液或针剂等，但每个患者服用量是以毫克计，染料在纺织品上用量不超过织物重量3~5%。对具体产品来说，年产量就不可能很大。产品生产规模大小不一，差别极大，从十万吨/年到仅几十公斤/年，多以批量方式生产。使用品种多是精细化学品另一特点。这一方面与批量小有关，其次也与产品具有特定功能这一特点有关，还与产品更新快、社会需求不停增长有关。如塑料加工需要增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂等产品。如染料，根据《染料索引》(ColourIndex)统计，不一样化学结构染料品种有5200多个。这一特点决定了精细化学品生产通常以间歇反应为主，采用批次生产，最合理设计方案是按单元反应来组织设备。近年来许多生产厂采用多品种综合生产流程，设计和制造用途广、功能多生产装置，如膜式SO3磺化装置、喷雾式乙氧基化装置。第9页(4)技术密集度高

技术密集度高是精细化工另一主要特点。技术密集性主要表现在四个方面：技术综合性强，研发费用高且成功率低，生产过程复杂，应用高新技术多。首先是研发费用高。如开发一个新药普通要5~，约耗资2000万美元。据统计，医药研究开发投资高达年销售额14%，普通精细化工产品研究开发投资也要占到年销售额6%~7%。技术密集还表现在生产过程中工艺流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程控制要求严等各个方面。比如感光材料中成色基，合成反应单元多达十几步，总收率有时会低于20%。在制药工业中，除采取合成原料外，有时还要采取天然原料，或用生化方法得到半人工合成中间体。在分离操作中，会用到异构体甚至是旋光异构体分离。在过程控制和原料、产品纯化中经常使用当代分析仪器，如气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、红外（IR）、核磁共振（NMR）等。第10页再就是工艺技术含量高。从事精细化学品和专用化学品研究和生产科技工作者十分关心工艺与设备问题，比如薄膜反应和分离、喷雾反应和分离、膜反应、螺旋反应、固相反应和混合、气-固-液反应设备以及高效分离技术等。新技术包含生物工程技术，各种新型高活性、高选择性催化剂，超微粒化技术，激光技术，微波技术，超声技术和膜分离技术等在新领域精细化工中越来越应用广泛。第11页技术密集还表现在信息密集、信息快。产品要根据应用对象而设计，根据需要不停推陈出新。其次，大量基础研究工作所产生新化学品也不停地需要寻找新用途。为此有大化学公司已经开始采用新型计算机信息处理技术对国际化学界研制各种新化合物进行储存、分类以及功能检索，以达到快速设计和筛选要求。上述技术密集这一特点反映在精细化工产品生产中是技术保密性强、专利垄断性强。这几乎是各精细化工公司共同特点。他们经过自己拥有技术开发部得到技术进行生产，并以此为伎俩在国内及国际市场上进行激烈竞争。这正是我国精细化工最薄弱环节。第12页(5)附加值高

附加价值是指产品产值中，扣除原材料、税金、设备和厂房折旧费后剩下部分价值，这部分价值是指当产品从原材料经加工到产品过程中实际增加了价值。它包含利润、工人劳动、动力消耗以及技术开发等费用。1978年美国商业部曾经有一个统计：以50亿美元石油为基准，作燃料只值50亿，假如将之产出烯烃、二甲苯等，深入加工成乙二醇、对苯二甲酸等基本化学品(Basicchemicals)就值200亿美元，合成医药和农药原药以及原染料等精细化学品(Finechemicals)，增值至400亿，再加工成商品，即专用化学品(Specialtychemicals)，最终增值至5300亿。据统计，精细化工附加价值率在50%左右，而整个化学工业平均附加价值率在30%~40%，化肥、石油化工等仅有20%~30%。精细化工在化学工业各大部门中，它附加值是最高。在精细化工产品中又以医药为最高，医药附加值通常在60%以上。

第13页第三节精细化学品分类

精细化学品范围十分广泛，而且伴随一些新兴精细化工行业不停涌现，其范围越来越大，种类也日益增加，所以终究怎样对精细化学品进行分类，当前也存在着不一样观点。按当前分类方法，主要有结构分类和应用分类两种方法。因为同一类结构产品，功效能够完全不一样，应用对象也能够不一样，所以结构分类在精细化学品分类中不能适用。若按大类属性区分，能够分为无机和有机精细化学品两大类。本书讨论范围则限于有机精细化学品。第14页当前国内外较为统一分类标准是以产品功效来进行分类。按行业成型时间先后次序，精细化工分为传统和新领域两部分。传统精细化工主要包含：染料、涂料和农药；新领域精细化工包含：食品添加剂、饲料添加剂、电子化学品、造纸化学品、水处理剂、塑料助剂、皮革化学品等，国外将新领域精细化工称为专用化学品。日本在1985年《精细化工年鉴》中将精细化工产品划分为51个类别，见表1-1。第15页表1-11985年日本精细化工门类

1.医药14.合成洗涤剂27.食品添加剂40.炭黑2.饲料添加剂及兽药15.催化剂28.混凝土添加剂41.脂肪酸及其衍生物3.农药16.合成沸石29.水处理剂42.稀有气体4.染料17.试剂30.高分子絮凝剂43.稀有金属5.颜料18.胶粘剂31.工业杀菌防霉剂44.精细陶瓷6.涂料19.塑料增塑剂32.金属表面处理剂45.无机纤维7.油墨20.塑料稳定剂33.芳香除臭剂46.储氢合金8.成像材料21.其它塑料添加剂34.造纸用化学品47.非晶态合金9.电机与电子材料22.橡胶添加剂35.纤维用化学品48.火药与推进剂10.香料23.燃料油添加剂36.皮革用化学品49.酶11.化装品24.润滑剂37.油田用化学品50.生物技术12.肥皂25.润滑油添加剂38.汽车用化学品51.功效高分子13.表面活性剂26.保健食品39.溶剂与中间体

第16页我国近年来对精细化工产品开发很重视。1986年首先由原化工部提出了一个暂行分类方法，包含11类产品，见表1-2。这种分类主要考虑了化工部所属精细化工行业情况，所以并未包含精细化工全部内容，比如，医药制剂，酶，精细陶瓷等就未包含在内。伴随我国精细化工发展，今后可能会不停地补充和修改。第17页表1-2

1986年原化工部对精细化学品分类

1.农药4.颜料7.食品和饲料添加剂10.化学药品（原料药）和日用化学品2.染料5.试剂和高纯物8.粘合剂11.功效高分子材料（包含功效膜，偏光材料等）3.涂料（包含油漆和油墨）6.信息化学品（包含感光材料、磁性材料等）9.催化剂和各种助剂第18页第四节精细化学品发展趋势

伴随工农业、国防、尖端科学技术发展，人民生活水平不停提升，社会可连续发展要求，对精细化工产品提出了越来越多新要求，使精细化工产品含有了客观发展需求。

第19页(1)精细化学品在化学工业中所占比重快速增大。

精细化工率高低已成为衡量一个国家或地域化工发展水平主要标志之一。因为原料涨价、成本增加、市场竞争激烈，世界发达国家化学工业已经大规模地紧缩原有大宗石化产品和化肥生产，而加强了发展技术密集型精细化工产品和专用化学品。上世纪八十年代发达国家精细化工率为45%～55%，九十年代到达55%～63%，二十一世纪初将到达60～67％。精细与专用化学品与国家经济水平以及基础石油化学工业发展亲密相关，所以美国、西欧和日本是全球精细与专用化学品生产和消费比较发达国家和地域，三者总营业额约占全球专用化学品营业额77％左右。我国与国外相比还有很大差距。二十一世纪将是人类社会精神文明、物质文明建设突飞猛进发展时代，世界经济形态正处于深刻转变之中。以消耗原料、能源和资本为主体工业经济，向以知识和信息生产、分配、使用知识经济转变，它为精细化工产业发展提供良好机遇和巨大空间。

第20页（2）精细化工产品新产品、新品种不停增加

尤其是适应高新技术发展精细化工新领域不停涌现。市场需求将继续健康发展。发展较快领域有：原料药、酶制剂、特殊(功效)聚合物、纳米材料、分离膜、特种涂料、电子化学品和催化剂等，但农药、染料和纺织化学品将呈下降趋势。

第21页（3）在精细化工产品生产、制造、复配、包装、贮存、运输等各个步骤，日益广泛采取各种高新技术，大大促进了精细化工产品发展。高新技术采取是竞争焦点。如生物工程技术将更多地应用于医药、农药、营养品中，利用计算机技术和组合化学技术进行分子设计，新催化技术、膜分离技术、超临界萃取技术、超细粉体技术、分子蒸馏技术等将深入得到应用。

第22页（4）绿色化

近代工业发展带来环境污染已严重威胁着人类生存环境和经济、社会可持续发展，人们已逐渐认识到发展绿色化技术、保护环境重要性和紧迫性，精细化学品对人体健康、环境、生态负面影响也越来越引发人们重视。要高效、理性地推进精细化工发展，就要努力实现精细化工原料、生产工艺过程和产品绿色化，最终使精细化工发展成为绿色生态工业。采取高新技术、绿色化工原料、绿色催化剂和助剂，使精细化学品生产和应用实现“生态绿色化”是二十一世纪精细化工发展趋势。第23页第一类表面活性剂第24页第一节表面活性剂概述第25页表面活性剂定义：表面活性剂是指在加入少许时就能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态物质。表面活性剂到达一定浓度后可缔合形成胶团，从而含有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及对应实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛精细化工产品。第26页(1)结构特征表面活性剂分子含有两亲结构，亲油部分普通由碳氢链（烃基），尤其是由长链烃基所组成，亲水部分则由离子或非离子型亲水基所组成，而且这两部分分处两端，形成不对称结构。（a）

C12H25SO4-Na+

两亲分子示意图：(b)C12H25(OC2H4)4OH表面活性剂特征第27页(2)界面吸附表面活性剂溶解在溶液中，当到达平衡时，表面活性剂溶质在界面上浓度大于在溶液整体中浓度。

表面活性剂二元组分稀溶液界面吸附可用吉布斯吸附式描述。吉布斯等温吸附式可表示以下：

对于脂肪醇表面活性剂，n=1;对于1:1型离子型表面活性剂，n=2。

表面活性剂特征第28页(3)界面定向表面活性剂分子在界面上会定向排列成份子层。如图所表示：表面活性剂界面定向

表面活性剂特征第29页(4)生成胶束当表面活性剂溶质浓度到达一定时，它分子会产生聚集而生成胶束，这种浓度极限值称为临界胶束浓度(CriticalMicelleConcentration,简称CMC)。

表面活性剂特征第30页表面活性剂相关概念表面活性剂在分子结构上特点，是兼含有很强亲水性和疏水性（或称憎水性、亲油性）基团。界面吸附临界胶束浓度亲水亲油平衡值HLB第31页临界胶束浓度表面活性剂开始形成胶束浓度为临界胶束浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时，因为表面活性剂分子界面吸附和在界面上定向排列，溶液表面张力随浓度增高而快速降低，其使用性能亦对应地提升。直至到达CMC时，表面活性剂已在溶液界面上排列成单分子膜，此时表面张力降至最低点。今后活性物浓度增高对于表面张力和使用性能影响不大。所以CMC是反应表面活性剂一个主要指标。第32页表面张力渗透力CMC表面活性剂浓度去污力起泡力溶液性质表面活性剂浓度与溶液性质关系第33页亲水亲油平衡值HLB

表面活性剂应用性能取决于分子中亲水和亲油两部分组成和结构，这两部分亲水和亲油能力不一样，就使它应用范围和应用性能有差异。表面活性剂分子中亲水基强度与亲油基强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。第34页表面活性剂分类和应用性能一、表面活性剂分类——通常按离子类型分类在水中能电离而生成离子叫离子表面活性剂；不能电离叫非离子表面活性剂；在离子表面活性剂中，亲水基团带有负电荷叫阴离子表面活性剂；亲水基团带有正电荷叫阳离子表面活性剂。视溶液酸碱度不一样而离解成阴离子或阳离子则称为两性表面活性剂。第35页二、表面活性剂应用性能表面活性剂因能对两相界面性质产生影响，在实际应用中能显示出各种优异性能，如乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电等。第36页第二类

染料和颜料第37页染料是能将纤维或其它基质染成一定颜色有色有机化合物。染料可溶于水或有机溶剂，有可在染色时转变成可溶状态。有机染料主要应用于各种纤维染色和印花，如棉、麻、毛、丝、毛皮和皮革以及合成纤维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、粘胶等。另外，也广泛应用于塑料、橡胶制品、油墨、墨水、印刷、纸张、食品、医药等方面。第38页颜料是不溶于水和普通有机溶剂有色物质，有有机，也有没有机。颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液着色。第39页有机染料和颜料都应该满足以下要求：

能使基质着色；色泽鲜艳；牢度优良；使用方便；含有没有毒性。第40页二、光和色关系

当物质受到光线照射时,一部分光线在物质表面直接反射出来,同时有一部分光透射进物质内部,光能量部分被吸收。将太阳光照射染料溶液，不一样颜色染料对不一样波长光波发生不一样强度吸收。黄色染料溶液所吸收主要是蓝色光波，透过光呈黄色。紫红色染料溶液所吸收主要是绿色光波，青（蓝－绿）色染料溶液主要吸收是红色光波。假如把上述各染料吸收光波和透过光分别叠加在一起，便又得到白光。这种将两束光线相加可成白光颜色关系称为补色关系。黄色和蓝色、紫红色和绿色、青（蓝－绿）色和红色等各互为补色。第41页光谱色和补色之间关系可用颜色环形式来描述，如图所表示。每块扇形与其对顶扇形光波为互补色。比如435~480nm波段光波呈蓝色，它补色是580~595nm波段黄色。由此可见，染料颜色是它们所吸收光波颜色（光谱色）补色，是它们对光吸收特征在人眼视觉上产生反应。染料分子颜色和结构关系，实质上就是染料分子对光吸收特征和它们结构之间关系。第42页三、染料结构和颜色关系

1、染料发色理论概述染料颜色和染料分子结构相关。早期染料发色理论主要有：发色团和助色团学说，醌构理论，染料发色价键理论和分子轨道理论。从早期学说反应有机化合物颜色和分子结构外在关系一些经验规律，发展到物质结构内部能级跃迁所需能量微观内在规律。

第43页第二节染料分类和命名

一、染料分类染料分类有两种方法：一是按照染料应用性质分类；二是依据染料化学结构分类。

第44页（1）按照染料应用性质分类

1.酸性染料、酸性媒介染料和酸性络合染料是一类结构上带有酸性基团（绝大多数为磺酸钠盐，少数为羧酸钠盐）水溶性染料。在酸性介质中染羊毛、真丝等蛋白质纤维和聚酰胺纤维、皮革染色。2.中性染料结构上属于金属络合染料，但不一样于酸性金属络合染料，它是由两个染料分子与一个金属原子络合，称1:2金属络合染料。在中性或弱酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及维纶等。3.阳离子染料分子结构中含有季铵盐阳离子基团，是聚丙烯腈纤维专用染料4.活性染料染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应基团，在染色时和纤维形成共价键结合，用于棉、麻、毛等纤维素纤维染色和印花。5.直接染料是一类可溶于水阴离子染料。染料分子对纤维素纤维含有较强亲和力，它们无须经过其它第45页媒介物质（媒染剂）而直接对纤维素纤维（棉、麻、粘胶纤维等）染色，它们也用于蚕丝、羊毛、纸张和皮革染色。6.分散染料是一类水溶性很小非离子型染料。染色时，在染浴中用分散剂使染料成为小颗粒分散状态对纤维进行染色，用于憎水性纤维如醋酸纤维、涤纶、锦纶等染色和印花。7.还原染料在碱液中将染料用保险粉（Na2S2O4）还原成所谓隐色体后溶解而染入纤维，然后经过氧化在纤维上重新成为原来不溶性染料而固着在纤维上。它们主要用于纤维素纤维染色和印花，有时也用于维纶染色。8.冰染染料在棉纤维上由偶合组分（色酚）和重氮组分（色基）发生化学反应而生成水不溶性偶氮染料。因为染色时在冷却条件下进行，故称为冰染染料。主要用于棉织物染色和印花。9.硫化染料在硫化碱液中染棉、维纶用染料。

（1）按照染料应用性质分类

第46页(2)依据染料化学结构分类

按照染料分子结构中共轭体系结构特点，主要类别有：1.偶氮染料含有偶氮基（－Ｎ＝Ｎ－），偶氮基与芳环联接成为一个共轭体系。2.蒽醌染料包含蒽醌和含有稠芳环结构醌类染料。3.醌亚胺染料醌亚胺是指苯醌一个或两个氧换成亚胺基结构。4.稠环酮类染料含有稠环酮类结构或其衍生物染料。5.靛族染料分子结构中含有结构，两端连接不饱和芳香环状有机化合物，它们包含靛蓝和硫靛两种类型染料。6.酞菁染料含有酞菁金属络合结构染料。7.芳甲烷染料包含二芳甲烷和三芳甲烷染料，它们结构特点是含有一个由一个碳原子联接二个、三个芳环形成共轭体系骨干。第47页8.硝基和亚硝基染料在硝基染料结构中，硝基（－NO2）为共轭体系关键组成部分；含有亚硝基（－NO）为亚硝基染料。9.硫化染料这是一类由一些芳胺、酚等有机化合物和硫、硫化钠加热制得，而在硫化钠溶液中染色染料，它们有比较复杂含硫结构。10.芪（1,2-二苯乙烯）染料这类染料含有芪（1,2-二苯乙烯）结构，它和偶氮或氧化偶氮结构联接在一起组成一个共轭体系。11.活性染料染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应基团，在染色时和纤维形成共价键结合染料。12.(多)甲川和氮杂甲川染料含有一个或多个