精细有机合成化学及工艺学
Email,lichunhai207@163.com
课程处理
? 学时数,30学时, 十五次课
? 教学内容：
第一部分，基本知识；（自学）
第二部分，单元反应；（课本）
第三部分，产品介绍。（课件）
? 考试安排：平时成绩（考勤、作业） 40%，期
末考试（前两部分） 60%
参考书
? 唐培堃，《精细有机合成化学及工艺
学》，天津大学出版社,2002年天津
? 李和平，葛虹,,精细化工工艺学,,
科学出版社,1998年，北京
? 刘程,,表面活性剂应用大全,,北京
工业出版社,1994年，北京
? 曾繁涤,,精细化工产品及工艺学,,
化工出版社,1997年，北京。
第一次课 绪论
精细化工产品（ Fine Chemicals)定义：
,对基本化学工业生产的初级或次级化学品
进行深入加工而取得的具有特定功能、
特定用途、小批量的系列产品
化学型：精细化学品（如化学试剂）
精细化学品 {
功能型：专用化学品（如洗发香波）
精细化学品的特点
? 小批量，多品种 （国外表面活性剂就达 5000多种） ；
? 生产工艺精细、技术密集性高 （成功率较低、时
间长、耗资较大，如开发一种新药需 5-10年，耗资 2000万 )；
? 综合生产流程和多功能生产装置
? 大量采用复配技术 （ 纺丝油剂组分包括分散剂、防沉淀剂、
防冻剂、防腐剂等）
? 附加值高、投资少、利润大
? 产品更新换代快
附加值比较
投资
我国对精细化工产品的分类（ 1986年）
? (1)农药；
? (2)染料；
? (3)涂料 (包括油漆和油墨 )；
? (4)颜料；
? (5)试剂和高纯物；
? (6)信息用化学品 (包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化
学品 )；
? (7)食品和饲料添加剂；
? (8)粘合剂；
? (9)催化剂和各种助剂；
? (10)化学药品 (原料药 )和日用化学品；
? (11)功能高分子材料 (包括功能膜、偏光材料等 )。
精细有机合成的原料来源
有机合成八大基础原料（三苯、三稀、一炔、
一萘）来源：
?石油
?天然气
?煤（乙炔、水煤气）
?脂肪类与油类（脂肪酸类、脂肪氮类）
?碳水化合物（纤维素、发酵）
精细有机合成基础
1.1 反应试剂的分类
极性试剂：亲电试剂、亲核试剂
自由基试剂：引发剂产生自由基
1.2 取代反应
1.2.1 亲电取代反应
反应通式：
式中 R(烃基 )可表示 A r(芳基 )和 A1k(烷基 )。反应既包括芳
香族亲电取代也可包括脂肪族亲电取代，但应用较多是
芳香族亲电取代反应（此处以芳香族为例）。
反映历程：
两类定位基：第一类定位基，亦称邻对、位定位基，可
使苯环活化；
第二类定位基，亦称间位定位基，可使苯
环钝化。
1.2.2 亲核取代反应
反应通式：
既包括芳香族亲核取代也包括脂肪族的亲核取代，但
应用较多的为脂肪族的亲核取代（以脂肪族为例）。
反应历程：在饱和碳原子上的亲核取代反应，最典
型的反应是卤代烷与多种亲核试剂发生的亲核取代反应，
其反应历程表示为 SN2和 SNl两种形式。
? 双分子亲核取代历程（ SN2 ）：这个历程中旧的化学
键断裂和新的化学键形成是同时的，没有中间产物生
成，反应同步进行。
? 单分子亲核取代历程（ SN1 ）：这个反应历程中分两
步进行取代反应。第一步是离去基与中心碳原子之间
的键发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子，第二步
是这个高能量的碳正离子中间体，迅速与亲核试剂结
合构成新键，整个反应速度决定于第一步的慢过程。
由于该步骤中只有一个作用物分子参加，所以叫作单
分子亲核取代。
1.3 自由基反应
自由基是具有不成对电子的化学物种，它可以是原子、
基团或分子。大多数自由基很活泼，在反应过程中只能
瞬时存在。产生自由基的方法有三种：热离解法和光离
解法是使分子中共价键的一对电子发生均裂而产生自由
基；电子转移法是可变价金属离子得电子或失电子使中
性分子离解为自由基和正离子或负离子；电解法是中性
分子在电极表面得电子或失电子而生成正离子基或负离
子基。
自由基反应大都是链反应，其反应历程包括三个阶段，
即链引发、连增长和链终止。
1.4 加成反应
加成反应分为三种类型：亲电加成、亲核加成、自由
基加成。
1.4.1 亲电加成
亲电加成一般发生在碳 — 碳重键上, 因为烯烃、快烃
分子中的 π — 电子具有较大的活动性，表现出亲核性，
所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加成反应。常用
的亲电试剂有：强酸 (例如硫酸、氢卤酸 ),Lewis酸 (例如
FeCl3,A1C13),卤素, 次卤酸、卤代烷等。双键连有供
电基时使反应加快，有吸电基时使反应减慢。
其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中间产
物，然后快速生成产物。
1.4.2 亲核加成
亲核加成是由亲核试剂进攻而引起的加成反应，主
要发生在碳氧双键上，在碱催化下总是带正电荷的碳原
子与亲核试剂反应。
1.4.3 自由基加成
自由基加成是反应试剂在光、高温或引发剂的作用
下先生成游离基，然后与碳碳重键发生加成反应，它们
都是链反应。例如卤素和卤化氢对碳碳重键的加成反应。
1.5 化学反应的计量学
反应物的摩尔比、过量百分数、转化率、单程转化率、
总转化率、选择性、理论收率、总收率、质量收率和
原料消耗定额等。
理论收率（ Y） = 转化率（ X） × 选择性（ S）
1.6 化学反应器
化学反应器在结构上核材料上的基本要求是：传质、
传热、操作方式、机械强度和耐腐蚀性等。
1.6 精细有机合成中的溶剂效应
1.6.1 溶剂的分类
（ 1）质子传递溶剂：能提供质子形成氢键
（ 2）非质子传递溶剂：不能提供质子形成氢键
（ 3）极性溶剂：介电常数 ε > 15~ 20； 或偶极距 μ >
2.5D。
（ 4） 非极性溶剂,ε < 15~ 20； 或 μ < 2.5D。
? 属于质子传递极性溶剂的主要有：水、甲酸、甲醇、
乙醇、正丁醇、乙二醇及其单甲醚和单乙醚等；
? 属于质子传递非极性溶剂的主要有：乙酸、戊醇、乙
二醇单乙醚等
? 属于非质子传递极性溶剂的主要有二甲基亚枫、环丁
枫、乙氰、硝基苯,N-甲基吡硌烷酮、乙酐、丙酮等。
? 属于非质子传递非极性溶剂的主要有：烃类、卤代烃、
醚类、酯类、吡啶、二硫化碳等。
精细化工的技术开发
? 文献和市场调研 —— 选择研究课题
? 实验方案制定
? 实验室小试
? 扩大试验
? 工业化设计、成本核算
? 工业化生产
第二次课 卤化
2.1 概述
? 从广义上讲，向有机化合物分子中碳原子上引入卤原
子 的反应叫做“卤化”。根据引入卤原子得不同可分
为氟化、氯化、溴化、碘化。
? 向有机化合物分子中引入卤原子的方法有三种类型，
即取代卤化、加成卤化和置换卤化。
? 取代卤化剂主要用卤素（ Cl2,Br2,I2,ICl） 和卤氢酸加
氧化剂（如氧,H2O2） 等；加成卤化剂主要用卤素
（ Cl2,Br2,I2 )和卤氢酸（ HCl,HBr,HI）,此外还有
次卤酸等；置换卤化剂主要用 HF,HCl,HBr,NaF、
PCl3,NaBr等。
2.2 芳环上的取代卤化
2.2.1 反应历程
芳环上取代卤化的反应通式为：
2.2.1.1 以金属卤化物为催化剂的反应历程
2.2.1.2
2.2.1.3
2.2.1.4
2.2.1.5
2.2.2 反应动力学
通过推导反应动力学公式可以计算不同氯化深度下的
氯化液组成和氯化液中氯苯的最高含量。
根据反应可以导出下列反应速率方程式：
如果在一个恒定的温度下反应，取瞬时反应液进行分
析，根据所得苯和氯苯的浓度即得出该温度下的 K值。
若已知 K值，利用动力学理论方程式，可以计算出苯在
不同的转化率条件下，氯苯的生成量。（ P99）
2.2.3 影响因素及反应条件的选择
? 氯化深度的影响
在氯苯的氯化制一氯苯时，要控制氯化深度,Cl2/C2H6物质的量
之比约为 1,4；以减少二氯苯的生成量。
? 混合作用的影响
连续氯化时，为了减少多卤化副反应，要采用多锅串联操作或
塔式反应器，以减少反混作用的影响。（ P101）
? 反应 温度的影响
提高卤化温度有利于加快反应速度和热效应的移出，例如苯的
连续一氯化制氯苯以改用塔式沸腾氯化法（ 78~80℃ ）。但是
温度过高会增加多卤化等副反应，例如硝基苯（沸点 210.9℃ ）
的连续氯化就不宜采用（减压）沸腾氯化法。
? 原料纯度的影响
例如苯的一氯化制氯苯时，应该用 低硫石油苯，回收苯中水的
质量含量应低于 2× 10-3。所用氯气中 H2的体积含量应低于 4%。
? 催化剂的选择
一般用金属卤化物，芳环上有强供电基时可不用催化剂，但有
时要用定位催化剂。
? 反应介质的选择
固体反应物难卤化时要用浓硫酸、发烟硫酸或氯磺酸做介质，
较易卤化时可用惰性有机溶剂或悬浮在水中进行 。
2.2.4 氯苯的生产（ P103）
? 苯的直接催化氯化生产工艺流程如图 4- 3
2.3 脂烃及芳环侧链的取代卤化
2.3.1 反应历程
脂烃及芳环侧链的取代卤化反应，属于游离基反应，
又称自由基反应，这类反应一般分成三个阶段。
2.3.1.1 自由基的生成
1、热裂解法
2、光离解法
3,电子转移法
重金属离子具有得失电子的性能，它们常常被用于催
化某些过氧化物的分解。
2.3.1.2 反应链的传递
2.3.1.3 反应链的终止
2.3.2 影响因素
1、引发条件及温度的影响
光引发工业上常采用富有紫外光的日光灯为光源。热
引发必须在 100℃ 以上，甲烷的气相热氯化在
350~500℃ 下进行。
2、催化剂及杂质的影响
引发剂常用有机过氧化物和偶氮二翼丁氰等。苯环侧
链氯化还可用 PCl3等。不应该有苯环上取代卤化催化
剂存在，要用不含氧的液氯。
3、氯化深度的影响
是连串反应，要控制氯和被氯化物的物质的量之比。
2.3.3 氯化苄的生产
2.3.4 氯化石蜡的生产
国内目前生产的氯化石蜡是 C10一 30(平均链长 C25)的固体石腊烃，用活
性白土脱色精制后，在加热熔融状态下通氯气反应，经吹风脱氯化氢后
干燥、压滤得到产品。
2.4 加成卤化
2.4.1 卤素对双键的加成
1、亲电加成卤化
首先是卤素分子对双键做亲电进攻，生成 л 络合物，
然后再生成二卤化物。
2,自由基加成卤化
卤素先均裂成自由基然后与双键加成反应，光引发加
成卤化特别适用于双键上有吸电基的烯烃。但是热引
发时会发生烯键 a-氢的取代卤化。
2.4.2 卤化氢对双键的加成
1,卤化氢的亲电加成（ PVC的生产）
卤化氢与碳一碳复键的加成，是分两步进行的。首先
是质子对分子进行亲电进攻，第二步生成一个卤代化
合物。
双键的碳原子上有供电基时,H+进攻含氢多的碳原子；
有吸电基时,H+进攻含氢少的碳原子。
2,卤化氢的自由基加成
在引发剂存在下，卤化氢均裂成 H*和 X*,X*加到含
氢多的碳原子上，因烯烃会同时发生自由基聚合。
（如溴化氢与丙烯的加成）
3、其他卤化物对双键的加成（很少）
2.5 置换卤代
卤原于置换有机分子中的其他基团 (非氢原子 )的反应，
称之为置换卤化反应。（制备卤化物）
2.5.1 卤素置换羟基
1、用卤化氢对醇羟基的置换（亲核置换）
2、
对于高碳醇、羧羟基、杂环羟基的卤素置换反应，要
用活泼的反应剂，例如,SOCl3,PCl3,PCl3+Cl2等。
2.5.2 卤基置换磺酸基
只用于蒽醌环 a磺基的置换制备相应的 a氯蒽醌，反应
剂是 NaClO3+HCl,可用作定量反应。
2.5.3 置换氟化
取代不容易、自由基不好控制。
第三次课 磺化和硫酸化
3.1 磺化概述
3.1.1 重要性
3.1.2 磺化剂
工业生产中常用的磺化剂是硫酸、发烟硫酸、三氧化
硫、氯磺酸和氨基磺酸。
工业硫酸规格有 92.5％ 硫酸,98％硫酸、含游离 SO3
为 20％和 65％的发烟硫酸。其他浓度一般用上述配制。
3.2 芳香族磺化
3.2.1 磺化反应历程
反应历程是两步亲电取代历程
3.2.2 磺化反应动力学
即磺化反应速率与磺化混合物中水的物质的量浓度平
方成反比。
上述动力学方程式只有当磺化液中被磺化物和生成的
芳磺酸的浓度都非常低时才适用。
3.2.3 磺化反应影响因素
3.2.3.1 被磺化物结构的影响
磺化反应是典型的亲电取代反应，因此，被磺化物
的芳环上电子云密度的高低将直接影响磺化反应的难
易，芳环上有给电子基时，反应速度加快，芳环上有
吸电子基时，反应速率变慢。（位阻）
3.2.3.2 磺化剂的影响（见表 1）
3.2.3.3 磺化物的水解及异构化作用
用硫酸或发烟硫酸高温磺化是可逆反应，温度越高，
水解速度越快。
，，
在浓硫酸中通过水解、再磺化，可以使磺酸异构化。没
有水时发生重排反应。
3.2.3.4 反应温度和时间的影响
反应温度的高低直接影响磺化反应的速度。一般反应
温度低时反应速度慢,反应时间长；反应温度高则速
度快反应时间短。但温度过高会引起多磺化、氧化、
焦化和砜的生成等副反应。
3.2.3.5 催化剂及添加剂的影响
3.2.3.6 搅拌的影响
搅拌可以加快传热、传质，有利于反应的进行。
3.2.4 磺化生产工艺
3.2.4.1 用过量硫酸磺化
又称“液相磺化”。用硫酸和发烟硫酸磺化时，为了
缓解磺化反应生成的水的稀释作用的影响，要用过量
很多的硫酸。所用硫酸浓度越高，用量越少；浓度越
低，用量越多。（以生产 β -奈磺酸钠为例）
β -奈磺酸钠生产流程框图
? 反应方程式
3.2.4.2 共沸去水磺化
又称“气相磺化”。为了克服过量硫酸法用酸量大、废酸多、
磺化剂利用效率低的缺点，对于挥发性较高的芳烃 (如苯、甲苯 )，
在较高温度向硫酸中通入过热的芳烃蒸汽进行磺化。反应生成的
水，可以与过量的芳烃共沸一起蒸出。这样可以保持磺化剂的浓
度不致下降太多，硫酸的利用率可以提高到 90％以上 。
常见的实例是本气相磺化生产苯磺酸，甲苯气相磺化生产对甲
苯磺酸。
3.2.4.3 芳伯胺的烘焙磺化
3.2.4.4 三氧化硫磺化
1,用液态 SO3磺化（硝基苯的磺化）
2,用稀释的气态 SO3磺化（生产十二烷基苯磺酸钠）
3,在溶剂中用 SO3磺化（萘的低温二磺化）
4,
3.2.4.5 用氯磺酸磺化
氯磺酸的磺化能力比硫酸强，但比三氧化硫要缓和得
多，与有机物在适宜条件下几乎可以定量反应。氯磺
酸的价格较贵，限制了应用范围。但用氯磺酸反应，
副反应少，产品纯度很高。
3.2.4.6 置换磺化
前几种都是取代磺化，芳环上活化的卤基或硝基可以与亚硫酸盐
水溶液反应置换成磺基，如 2.4-二硝基苯磺酸钠的制备。
3.3 脂肪族的磺化
烷烃比较稳定，不能直接与硫酸、发烟硫酸、三氧
化硫等磺化剂进行磺化反应，但可以采用特殊方法进
行。常用方法有 (1)氧化磺化； (2)氯化磺化,(3)加成磺
化； (4)置换磺化等。制成的高碳烷基磺酸盐是重要的
负离子表面活性剂。
3.3.1 烷烃的氯磺化
3.3.1.1 反应历程
属自由及反应历程：
采用二氧化硫过量和控制反应深度的方法减少以下
副反应发生。
3.3.1.2 烷基磺酸盐的生产工艺
3.3.2 烷烃的磺氧化
是以二氧化硫和空气中的氧为反应剂的自由基链反应。
常用光照加水的“水光硫氧化法”。
3.3.3 置换磺化
最典型的例子是 2— 氯乙基破酸钠的生产 。
3.3.4 加成磺化
3.4 醇和烯烃的硫酸化
3.4.1 重要性
3.4.2 醇的硫酸化
3.4.2.1 用硫酸酯化
用低碳醇的典型实例是有甲醇制硫酸二甲酯、由乙醇
制乙基硫酸钠。
3.4.2.2 用三氧化硫酯化（烷基硫酸酯的生产）
3.4.2.3 用氨硫酸酯化
3.4.2.4 用氯磺酸酯化
曾用于由甲醇制硫酸单甲酯。氯磺酸价格贵，其应用受到限制。
3.4.3 烯烃的硫酸化
烯烃的硫酸化是亲电加成反应。烯烃首先加 H+生成碳
正离子中间体，再与硫酸反应生成一仲烷基酸性硫酸
酯和二仲烷基硫酸酯。另外还发生生成仲醇、二仲醇
基醚和聚合物等副反应。（如磺化油 AH的生产）
第四次课 硝化及亚硝化
4.1 硝化概述
? 向有机物分子的碳原于上引入硝基，生成 C-NO2键的
反应称硝化反应。
ArH + HNO3 → ArNO2 + H2O
? 引入硝基的目的主要有三个：
? 硝化重点是在芳环上引入硝基。
? 主要硝化剂是 98%的发烟硝酸。
? 工业硝化方法有以下几种：
1、稀硝酸硝化
2、浓硝酸硝化
3、浓硫酸介质中的均相硝化
4、非均相混酸硝化
5、有机溶剂中硝化
其中最重要的方法是非非均相混酸硝化
4.2 理论解释
4.2.1
? 硝化是亲电取代反应，首先 NO2+进攻芳环生成 л 络
合物，然后转变为 б 络合物，最后脱质子生成硝基化
合物。
? 在稀硝酸中，硝化活性质点不是 NO2+,而是硝酸中所
含微量 HNO2离解生成的 NO+。
? 在乙酐或乙酸中硝化是 NO2+— CH3COOH或 NO2+。
4.2.2 均相硝化动力学
4.2.2.1 在浓硝酸中的硝化
硝基苯的硝化速度服从一级动力学方程式：
4.2.2.2 在浓硫酸中的硝酸酸化
硝基苯的硝化速度服从二级动力学方程式：
硫酸浓度在 90%左右时，硝化反应速率常数有最大
值，因为浓度再大时,NO2+逐渐被硫酸分子包围，形
成了溶剂壳的缘故。
4.2.3 非均相硝化动力学
被硝化物与硝化剂介质互不相溶的液相硝化反应，
称为非均相硝化反应。例如，苯或甲苯等的混酸硝化
就是典型的非均相硝化反应。
其动力学可分为三种类型：
1、缓慢型：硝化反应速度是控制步骤
2、快速型：传质（扩散）速度是控制步骤
3、瞬间型：反映在甲苯相和酸相的界面上进行。
4.3 硝化影响因素
1、被硝化物的性质
苯环上有强吸电基时，硝化反应速度明显减慢。
苯环上有供电基时，硝化反应速度明显变快。
苯环上有羟基、烷氧基、酰氨基时，可用稀硝酸硝化。
吡珞、呋喃和噻吩在混酸中易被破坏，要在乙酐中硝
化。
2、硝化剂
只有硝酸硝化时，硝酸的用量要超过理论量许多倍，
故极少采用。
最常用的硝化剂是硝酸 -硫酸混合物。硝化剂会影响
所生成硝基异构体的比例。
硝酸加乙酐是没有氧化作用的硝化剂，但乙酐价格贵
很少用。
3,温度
硝化是强烈放热反应，应严格控制反应温度，以免温
度过高发生事故。为了提高硝化器的生产能力，应采
取各种措施，加强热效应的移出。硝化温度对硝化异
构产物的生成有一定影响。
4、搅拌
硝化常是非均相反应，应加强搅拌，有利于传质和传
热。
5、相比和硝酸比
相比（酸油比）与混酸的组成有关，加入循环废酸增
加酸油比有利于传热，提高反应速度，避免多硝化副
反应。
硝化比是硝酸和被硝化物的摩尔比，对于一硝化约为
（ 0.95~1.05） /1，对于二硝化约为（ 2.20~2.40） /1。
6,硝化副反应
主要是多硝化和氧化。
减少多硝化副反应的方法是控制混酸的硝化能力、相
比、硝酸比、循环废酸用量、适宜的反应温度和两相
混合分散的搅拌效率等；采用加入适量尿素的措施，
将二氧化氮破坏掉，抑制氧化副反应的发生。
另外，一些硝基物的制备采用以下方法：
4.4 混酸硝化
优点如下,(1)硝化能力强，反应速度快，生产能力
高； (2)硝酸用量可接近理论量，硝化后废酸可设法回
收利用； (3)硫酸的热容量大，可使硝化反应比较平稳
地进行； (4)通常可以采用普通碳钢、不锈钢或铸铁设
备作硝化器。 （流程图见 6-2）
4.4.1、混酸的硝化能力
1、硫酸脱水值（ D.V.S.简称脱水值）
2,废酸计算含量（质量分数），简称 F.N.A.
4.4.2 混酸配制
1、配算计算
2,配酸工艺
通常应在有效地混合与冷却下，将浓硫酸先缓慢后渐
快地加入水或废稀酸中，在 40℃ 以下，最后先慢后快
地加入硝酸。在连续式配酸时也应遵循这一原则。
4.3 硝化操作
加料方式：正加法、反加法和并加法。
操作方式：间歇操作、连续操作（常采用多锅串联）
4.4 硝化设备
4.5 硝化产物的分离
混酸硝化后可分层分离，或加适量水稀释分离，废酸
层用被硝化物或有机溶剂萃取回收硝化产物。
在连续分离器中加入叔辛胺，可以加速硝化产物与废
酸的分离。叔辛胺的用量仅为硝化产物重量的 0.0015—
0.0025％。
4.6 废酸处理
萃取过的废酸如有可能应浓缩、回收循环利用。
4.5 硝化异构产物的分离
4.5.1 化学法
利用不同异构体在某一反应中的不同化学性质而达
到分离的目的。（如硝基苯的硝化）
4.5.2 物理法
常用蒸馏法和结晶法。
4.6 硝基苯的生产
4.8 亚硝化
向有机物分子的碳原子上引入亚硝基，生成
C— NO键的反应称亚硝化反应。
亚硝化也是双分子亲电取代反应。亚硝酸在
亚硝化反应中的活性质点是亚硝基阳离子 NO+。
一般用理论量的亚硝酸钠，在水介质中、在
过量的盐酸或硫酸存在下，在 0℃ 左右进行。
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? 学时数,30学时, 十五次课
? 教学内容：
第一部分，基本知识；（自学）
第二部分，单元反应；（课本）
第三部分，产品介绍。（课件）
? 考试安排：平时成绩（考勤、作业） 40%，期
末考试（前两部分） 60%
参考书
? 唐培堃，《精细有机合成化学及工艺
学》，天津大学出版社,2002年天津
? 李和平，葛虹,,精细化工工艺学,,
科学出版社,1998年，北京
? 刘程,,表面活性剂应用大全,,北京
工业出版社,1994年，北京
? 曾繁涤,,精细化工产品及工艺学,,
化工出版社,1997年，北京。
第一次课 绪论
精细化工产品（ Fine Chemicals)定义：
,对基本化学工业生产的初级或次级化学品
进行深入加工而取得的具有特定功能、
特定用途、小批量的系列产品
化学型：精细化学品（如化学试剂）
精细化学品 {
功能型：专用化学品（如洗发香波）
精细化学品的特点
? 小批量，多品种 （国外表面活性剂就达 5000多种） ；
? 生产工艺精细、技术密集性高 （成功率较低、时
间长、耗资较大，如开发一种新药需 5-10年，耗资 2000万 )；
? 综合生产流程和多功能生产装置
? 大量采用复配技术 （ 纺丝油剂组分包括分散剂、防沉淀剂、
防冻剂、防腐剂等）
? 附加值高、投资少、利润大
? 产品更新换代快
附加值比较
投资
我国对精细化工产品的分类（ 1986年）
? (1)农药；
? (2)染料；
? (3)涂料 (包括油漆和油墨 )；
? (4)颜料；
? (5)试剂和高纯物；
? (6)信息用化学品 (包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化
学品 )；
? (7)食品和饲料添加剂；
? (8)粘合剂；
? (9)催化剂和各种助剂；
? (10)化学药品 (原料药 )和日用化学品；
? (11)功能高分子材料 (包括功能膜、偏光材料等 )。
精细有机合成的原料来源
有机合成八大基础原料（三苯、三稀、一炔、
一萘）来源：
?石油
?天然气
?煤（乙炔、水煤气）
?脂肪类与油类（脂肪酸类、脂肪氮类）
?碳水化合物（纤维素、发酵）
精细有机合成基础
1.1 反应试剂的分类
极性试剂：亲电试剂、亲核试剂
自由基试剂：引发剂产生自由基
1.2 取代反应
1.2.1 亲电取代反应
反应通式：
式中 R(烃基 )可表示 A r(芳基 )和 A1k(烷基 )。反应既包括芳
香族亲电取代也可包括脂肪族亲电取代，但应用较多是
芳香族亲电取代反应（此处以芳香族为例）。
反映历程：
两类定位基：第一类定位基，亦称邻对、位定位基，可
使苯环活化；
第二类定位基，亦称间位定位基，可使苯
环钝化。
1.2.2 亲核取代反应
反应通式：
既包括芳香族亲核取代也包括脂肪族的亲核取代，但
应用较多的为脂肪族的亲核取代（以脂肪族为例）。
反应历程：在饱和碳原子上的亲核取代反应，最典
型的反应是卤代烷与多种亲核试剂发生的亲核取代反应，
其反应历程表示为 SN2和 SNl两种形式。
? 双分子亲核取代历程（ SN2 ）：这个历程中旧的化学
键断裂和新的化学键形成是同时的，没有中间产物生
成，反应同步进行。
? 单分子亲核取代历程（ SN1 ）：这个反应历程中分两
步进行取代反应。第一步是离去基与中心碳原子之间
的键发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子，第二步
是这个高能量的碳正离子中间体，迅速与亲核试剂结
合构成新键，整个反应速度决定于第一步的慢过程。
由于该步骤中只有一个作用物分子参加，所以叫作单
分子亲核取代。
1.3 自由基反应
自由基是具有不成对电子的化学物种，它可以是原子、
基团或分子。大多数自由基很活泼，在反应过程中只能
瞬时存在。产生自由基的方法有三种：热离解法和光离
解法是使分子中共价键的一对电子发生均裂而产生自由
基；电子转移法是可变价金属离子得电子或失电子使中
性分子离解为自由基和正离子或负离子；电解法是中性
分子在电极表面得电子或失电子而生成正离子基或负离
子基。
自由基反应大都是链反应，其反应历程包括三个阶段，
即链引发、连增长和链终止。
1.4 加成反应
加成反应分为三种类型：亲电加成、亲核加成、自由
基加成。
1.4.1 亲电加成
亲电加成一般发生在碳 — 碳重键上, 因为烯烃、快烃
分子中的 π — 电子具有较大的活动性，表现出亲核性，
所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加成反应。常用
的亲电试剂有：强酸 (例如硫酸、氢卤酸 ),Lewis酸 (例如
FeCl3,A1C13),卤素, 次卤酸、卤代烷等。双键连有供
电基时使反应加快，有吸电基时使反应减慢。
其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中间产
物，然后快速生成产物。
1.4.2 亲核加成
亲核加成是由亲核试剂进攻而引起的加成反应，主
要发生在碳氧双键上，在碱催化下总是带正电荷的碳原
子与亲核试剂反应。
1.4.3 自由基加成
自由基加成是反应试剂在光、高温或引发剂的作用
下先生成游离基，然后与碳碳重键发生加成反应，它们
都是链反应。例如卤素和卤化氢对碳碳重键的加成反应。
1.5 化学反应的计量学
反应物的摩尔比、过量百分数、转化率、单程转化率、
总转化率、选择性、理论收率、总收率、质量收率和
原料消耗定额等。
理论收率（ Y） = 转化率（ X） × 选择性（ S）
1.6 化学反应器
化学反应器在结构上核材料上的基本要求是：传质、
传热、操作方式、机械强度和耐腐蚀性等。
1.6 精细有机合成中的溶剂效应
1.6.1 溶剂的分类
（ 1）质子传递溶剂：能提供质子形成氢键
（ 2）非质子传递溶剂：不能提供质子形成氢键
（ 3）极性溶剂：介电常数 ε > 15~ 20； 或偶极距 μ >
2.5D。
（ 4） 非极性溶剂,ε < 15~ 20； 或 μ < 2.5D。
? 属于质子传递极性溶剂的主要有：水、甲酸、甲醇、
乙醇、正丁醇、乙二醇及其单甲醚和单乙醚等；
? 属于质子传递非极性溶剂的主要有：乙酸、戊醇、乙
二醇单乙醚等
? 属于非质子传递极性溶剂的主要有二甲基亚枫、环丁
枫、乙氰、硝基苯,N-甲基吡硌烷酮、乙酐、丙酮等。
? 属于非质子传递非极性溶剂的主要有：烃类、卤代烃、
醚类、酯类、吡啶、二硫化碳等。
精细化工的技术开发
? 文献和市场调研 —— 选择研究课题
? 实验方案制定
? 实验室小试
? 扩大试验
? 工业化设计、成本核算
? 工业化生产
第二次课 卤化
2.1 概述
? 从广义上讲，向有机化合物分子中碳原子上引入卤原
子 的反应叫做“卤化”。根据引入卤原子得不同可分
为氟化、氯化、溴化、碘化。
? 向有机化合物分子中引入卤原子的方法有三种类型，
即取代卤化、加成卤化和置换卤化。
? 取代卤化剂主要用卤素（ Cl2,Br2,I2,ICl） 和卤氢酸加
氧化剂（如氧,H2O2） 等；加成卤化剂主要用卤素
（ Cl2,Br2,I2 )和卤氢酸（ HCl,HBr,HI）,此外还有
次卤酸等；置换卤化剂主要用 HF,HCl,HBr,NaF、
PCl3,NaBr等。
2.2 芳环上的取代卤化
2.2.1 反应历程
芳环上取代卤化的反应通式为：
2.2.1.1 以金属卤化物为催化剂的反应历程
2.2.1.2
2.2.1.3
2.2.1.4
2.2.1.5
2.2.2 反应动力学
通过推导反应动力学公式可以计算不同氯化深度下的
氯化液组成和氯化液中氯苯的最高含量。
根据反应可以导出下列反应速率方程式：
如果在一个恒定的温度下反应，取瞬时反应液进行分
析，根据所得苯和氯苯的浓度即得出该温度下的 K值。
若已知 K值，利用动力学理论方程式，可以计算出苯在
不同的转化率条件下，氯苯的生成量。（ P99）
2.2.3 影响因素及反应条件的选择
? 氯化深度的影响
在氯苯的氯化制一氯苯时，要控制氯化深度,Cl2/C2H6物质的量
之比约为 1,4；以减少二氯苯的生成量。
? 混合作用的影响
连续氯化时，为了减少多卤化副反应，要采用多锅串联操作或
塔式反应器，以减少反混作用的影响。（ P101）
? 反应 温度的影响
提高卤化温度有利于加快反应速度和热效应的移出，例如苯的
连续一氯化制氯苯以改用塔式沸腾氯化法（ 78~80℃ ）。但是
温度过高会增加多卤化等副反应，例如硝基苯（沸点 210.9℃ ）
的连续氯化就不宜采用（减压）沸腾氯化法。
? 原料纯度的影响
例如苯的一氯化制氯苯时，应该用 低硫石油苯，回收苯中水的
质量含量应低于 2× 10-3。所用氯气中 H2的体积含量应低于 4%。
? 催化剂的选择
一般用金属卤化物，芳环上有强供电基时可不用催化剂，但有
时要用定位催化剂。
? 反应介质的选择
固体反应物难卤化时要用浓硫酸、发烟硫酸或氯磺酸做介质，
较易卤化时可用惰性有机溶剂或悬浮在水中进行 。
2.2.4 氯苯的生产（ P103）
? 苯的直接催化氯化生产工艺流程如图 4- 3
2.3 脂烃及芳环侧链的取代卤化
2.3.1 反应历程
脂烃及芳环侧链的取代卤化反应，属于游离基反应，
又称自由基反应，这类反应一般分成三个阶段。
2.3.1.1 自由基的生成
1、热裂解法
2、光离解法
3,电子转移法
重金属离子具有得失电子的性能，它们常常被用于催
化某些过氧化物的分解。
2.3.1.2 反应链的传递
2.3.1.3 反应链的终止
2.3.2 影响因素
1、引发条件及温度的影响
光引发工业上常采用富有紫外光的日光灯为光源。热
引发必须在 100℃ 以上，甲烷的气相热氯化在
350~500℃ 下进行。
2、催化剂及杂质的影响
引发剂常用有机过氧化物和偶氮二翼丁氰等。苯环侧
链氯化还可用 PCl3等。不应该有苯环上取代卤化催化
剂存在，要用不含氧的液氯。
3、氯化深度的影响
是连串反应，要控制氯和被氯化物的物质的量之比。
2.3.3 氯化苄的生产
2.3.4 氯化石蜡的生产
国内目前生产的氯化石蜡是 C10一 30(平均链长 C25)的固体石腊烃，用活
性白土脱色精制后，在加热熔融状态下通氯气反应，经吹风脱氯化氢后
干燥、压滤得到产品。
2.4 加成卤化
2.4.1 卤素对双键的加成
1、亲电加成卤化
首先是卤素分子对双键做亲电进攻，生成 л 络合物，
然后再生成二卤化物。
2,自由基加成卤化
卤素先均裂成自由基然后与双键加成反应，光引发加
成卤化特别适用于双键上有吸电基的烯烃。但是热引
发时会发生烯键 a-氢的取代卤化。
2.4.2 卤化氢对双键的加成
1,卤化氢的亲电加成（ PVC的生产）
卤化氢与碳一碳复键的加成，是分两步进行的。首先
是质子对分子进行亲电进攻，第二步生成一个卤代化
合物。
双键的碳原子上有供电基时,H+进攻含氢多的碳原子；
有吸电基时,H+进攻含氢少的碳原子。
2,卤化氢的自由基加成
在引发剂存在下，卤化氢均裂成 H*和 X*,X*加到含
氢多的碳原子上，因烯烃会同时发生自由基聚合。
（如溴化氢与丙烯的加成）
3、其他卤化物对双键的加成（很少）
2.5 置换卤代
卤原于置换有机分子中的其他基团 (非氢原子 )的反应，
称之为置换卤化反应。（制备卤化物）
2.5.1 卤素置换羟基
1、用卤化氢对醇羟基的置换（亲核置换）
2、
对于高碳醇、羧羟基、杂环羟基的卤素置换反应，要
用活泼的反应剂，例如,SOCl3,PCl3,PCl3+Cl2等。
2.5.2 卤基置换磺酸基
只用于蒽醌环 a磺基的置换制备相应的 a氯蒽醌，反应
剂是 NaClO3+HCl,可用作定量反应。
2.5.3 置换氟化
取代不容易、自由基不好控制。
第三次课 磺化和硫酸化
3.1 磺化概述
3.1.1 重要性
3.1.2 磺化剂
工业生产中常用的磺化剂是硫酸、发烟硫酸、三氧化
硫、氯磺酸和氨基磺酸。
工业硫酸规格有 92.5％ 硫酸,98％硫酸、含游离 SO3
为 20％和 65％的发烟硫酸。其他浓度一般用上述配制。
3.2 芳香族磺化
3.2.1 磺化反应历程
反应历程是两步亲电取代历程
3.2.2 磺化反应动力学
即磺化反应速率与磺化混合物中水的物质的量浓度平
方成反比。
上述动力学方程式只有当磺化液中被磺化物和生成的
芳磺酸的浓度都非常低时才适用。
3.2.3 磺化反应影响因素
3.2.3.1 被磺化物结构的影响
磺化反应是典型的亲电取代反应，因此，被磺化物
的芳环上电子云密度的高低将直接影响磺化反应的难
易，芳环上有给电子基时，反应速度加快，芳环上有
吸电子基时，反应速率变慢。（位阻）
3.2.3.2 磺化剂的影响（见表 1）
3.2.3.3 磺化物的水解及异构化作用
用硫酸或发烟硫酸高温磺化是可逆反应，温度越高，
水解速度越快。
，，
在浓硫酸中通过水解、再磺化，可以使磺酸异构化。没
有水时发生重排反应。
3.2.3.4 反应温度和时间的影响
反应温度的高低直接影响磺化反应的速度。一般反应
温度低时反应速度慢,反应时间长；反应温度高则速
度快反应时间短。但温度过高会引起多磺化、氧化、
焦化和砜的生成等副反应。
3.2.3.5 催化剂及添加剂的影响
3.2.3.6 搅拌的影响
搅拌可以加快传热、传质，有利于反应的进行。
3.2.4 磺化生产工艺
3.2.4.1 用过量硫酸磺化
又称“液相磺化”。用硫酸和发烟硫酸磺化时，为了
缓解磺化反应生成的水的稀释作用的影响，要用过量
很多的硫酸。所用硫酸浓度越高，用量越少；浓度越
低，用量越多。（以生产 β -奈磺酸钠为例）
β -奈磺酸钠生产流程框图
? 反应方程式
3.2.4.2 共沸去水磺化
又称“气相磺化”。为了克服过量硫酸法用酸量大、废酸多、
磺化剂利用效率低的缺点，对于挥发性较高的芳烃 (如苯、甲苯 )，
在较高温度向硫酸中通入过热的芳烃蒸汽进行磺化。反应生成的
水，可以与过量的芳烃共沸一起蒸出。这样可以保持磺化剂的浓
度不致下降太多，硫酸的利用率可以提高到 90％以上 。
常见的实例是本气相磺化生产苯磺酸，甲苯气相磺化生产对甲
苯磺酸。
3.2.4.3 芳伯胺的烘焙磺化
3.2.4.4 三氧化硫磺化
1,用液态 SO3磺化（硝基苯的磺化）
2,用稀释的气态 SO3磺化（生产十二烷基苯磺酸钠）
3,在溶剂中用 SO3磺化（萘的低温二磺化）
4,
3.2.4.5 用氯磺酸磺化
氯磺酸的磺化能力比硫酸强，但比三氧化硫要缓和得
多，与有机物在适宜条件下几乎可以定量反应。氯磺
酸的价格较贵，限制了应用范围。但用氯磺酸反应，
副反应少，产品纯度很高。
3.2.4.6 置换磺化
前几种都是取代磺化，芳环上活化的卤基或硝基可以与亚硫酸盐
水溶液反应置换成磺基，如 2.4-二硝基苯磺酸钠的制备。
3.3 脂肪族的磺化
烷烃比较稳定，不能直接与硫酸、发烟硫酸、三氧
化硫等磺化剂进行磺化反应，但可以采用特殊方法进
行。常用方法有 (1)氧化磺化； (2)氯化磺化,(3)加成磺
化； (4)置换磺化等。制成的高碳烷基磺酸盐是重要的
负离子表面活性剂。
3.3.1 烷烃的氯磺化
3.3.1.1 反应历程
属自由及反应历程：
采用二氧化硫过量和控制反应深度的方法减少以下
副反应发生。
3.3.1.2 烷基磺酸盐的生产工艺
3.3.2 烷烃的磺氧化
是以二氧化硫和空气中的氧为反应剂的自由基链反应。
常用光照加水的“水光硫氧化法”。
3.3.3 置换磺化
最典型的例子是 2— 氯乙基破酸钠的生产 。
3.3.4 加成磺化
3.4 醇和烯烃的硫酸化
3.4.1 重要性
3.4.2 醇的硫酸化
3.4.2.1 用硫酸酯化
用低碳醇的典型实例是有甲醇制硫酸二甲酯、由乙醇
制乙基硫酸钠。
3.4.2.2 用三氧化硫酯化（烷基硫酸酯的生产）
3.4.2.3 用氨硫酸酯化
3.4.2.4 用氯磺酸酯化
曾用于由甲醇制硫酸单甲酯。氯磺酸价格贵，其应用受到限制。
3.4.3 烯烃的硫酸化
烯烃的硫酸化是亲电加成反应。烯烃首先加 H+生成碳
正离子中间体，再与硫酸反应生成一仲烷基酸性硫酸
酯和二仲烷基硫酸酯。另外还发生生成仲醇、二仲醇
基醚和聚合物等副反应。（如磺化油 AH的生产）
第四次课 硝化及亚硝化
4.1 硝化概述
? 向有机物分子的碳原于上引入硝基，生成 C-NO2键的
反应称硝化反应。
ArH + HNO3 → ArNO2 + H2O
? 引入硝基的目的主要有三个：
? 硝化重点是在芳环上引入硝基。
? 主要硝化剂是 98%的发烟硝酸。
? 工业硝化方法有以下几种：
1、稀硝酸硝化
2、浓硝酸硝化
3、浓硫酸介质中的均相硝化
4、非均相混酸硝化
5、有机溶剂中硝化
其中最重要的方法是非非均相混酸硝化
4.2 理论解释
4.2.1
? 硝化是亲电取代反应，首先 NO2+进攻芳环生成 л 络
合物，然后转变为 б 络合物，最后脱质子生成硝基化
合物。
? 在稀硝酸中，硝化活性质点不是 NO2+,而是硝酸中所
含微量 HNO2离解生成的 NO+。
? 在乙酐或乙酸中硝化是 NO2+— CH3COOH或 NO2+。
4.2.2 均相硝化动力学
4.2.2.1 在浓硝酸中的硝化
硝基苯的硝化速度服从一级动力学方程式：
4.2.2.2 在浓硫酸中的硝酸酸化
硝基苯的硝化速度服从二级动力学方程式：
硫酸浓度在 90%左右时，硝化反应速率常数有最大
值，因为浓度再大时,NO2+逐渐被硫酸分子包围，形
成了溶剂壳的缘故。
4.2.3 非均相硝化动力学
被硝化物与硝化剂介质互不相溶的液相硝化反应，
称为非均相硝化反应。例如，苯或甲苯等的混酸硝化
就是典型的非均相硝化反应。
其动力学可分为三种类型：
1、缓慢型：硝化反应速度是控制步骤
2、快速型：传质（扩散）速度是控制步骤
3、瞬间型：反映在甲苯相和酸相的界面上进行。
4.3 硝化影响因素
1、被硝化物的性质
苯环上有强吸电基时，硝化反应速度明显减慢。
苯环上有供电基时，硝化反应速度明显变快。
苯环上有羟基、烷氧基、酰氨基时，可用稀硝酸硝化。
吡珞、呋喃和噻吩在混酸中易被破坏，要在乙酐中硝
化。
2、硝化剂
只有硝酸硝化时，硝酸的用量要超过理论量许多倍，
故极少采用。
最常用的硝化剂是硝酸 -硫酸混合物。硝化剂会影响
所生成硝基异构体的比例。
硝酸加乙酐是没有氧化作用的硝化剂，但乙酐价格贵
很少用。
3,温度
硝化是强烈放热反应，应严格控制反应温度，以免温
度过高发生事故。为了提高硝化器的生产能力，应采
取各种措施，加强热效应的移出。硝化温度对硝化异
构产物的生成有一定影响。
4、搅拌
硝化常是非均相反应，应加强搅拌，有利于传质和传
热。
5、相比和硝酸比
相比（酸油比）与混酸的组成有关，加入循环废酸增
加酸油比有利于传热，提高反应速度，避免多硝化副
反应。
硝化比是硝酸和被硝化物的摩尔比，对于一硝化约为
（ 0.95~1.05） /1，对于二硝化约为（ 2.20~2.40） /1。
6,硝化副反应
主要是多硝化和氧化。
减少多硝化副反应的方法是控制混酸的硝化能力、相
比、硝酸比、循环废酸用量、适宜的反应温度和两相
混合分散的搅拌效率等；采用加入适量尿素的措施，
将二氧化氮破坏掉，抑制氧化副反应的发生。
另外，一些硝基物的制备采用以下方法：
4.4 混酸硝化
优点如下,(1)硝化能力强，反应速度快，生产能力
高； (2)硝酸用量可接近理论量，硝化后废酸可设法回
收利用； (3)硫酸的热容量大，可使硝化反应比较平稳
地进行； (4)通常可以采用普通碳钢、不锈钢或铸铁设
备作硝化器。 （流程图见 6-2）
4.4.1、混酸的硝化能力
1、硫酸脱水值（ D.V.S.简称脱水值）
2,废酸计算含量（质量分数），简称 F.N.A.
4.4.2 混酸配制
1、配算计算
2,配酸工艺
通常应在有效地混合与冷却下，将浓硫酸先缓慢后渐
快地加入水或废稀酸中，在 40℃ 以下，最后先慢后快
地加入硝酸。在连续式配酸时也应遵循这一原则。
4.3 硝化操作
加料方式：正加法、反加法和并加法。
操作方式：间歇操作、连续操作（常采用多锅串联）
4.4 硝化设备
4.5 硝化产物的分离
混酸硝化后可分层分离，或加适量水稀释分离，废酸
层用被硝化物或有机溶剂萃取回收硝化产物。
在连续分离器中加入叔辛胺，可以加速硝化产物与废
酸的分离。叔辛胺的用量仅为硝化产物重量的 0.0015—
0.0025％。
4.6 废酸处理
萃取过的废酸如有可能应浓缩、回收循环利用。
4.5 硝化异构产物的分离
4.5.1 化学法
利用不同异构体在某一反应中的不同化学性质而达
到分离的目的。（如硝基苯的硝化）
4.5.2 物理法
常用蒸馏法和结晶法。
4.6 硝基苯的生产
4.8 亚硝化
向有机物分子的碳原子上引入亚硝基，生成
C— NO键的反应称亚硝化反应。
亚硝化也是双分子亲电取代反应。亚硝酸在
亚硝化反应中的活性质点是亚硝基阳离子 NO+。
一般用理论量的亚硝酸钠，在水介质中、在
过量的盐酸或硫酸存在下，在 0℃ 左右进行。
