化學(xué)合成課題2剖析

1、化學(xué)合成技術(shù)化工與制藥類1506班成員介紹：成員介紹：組長：李茂華組長：李茂華副組長：副組長：黃飛、黃飛、任坤任坤組員：蔣京組員：蔣京、馬亞兵馬亞兵、王鵬博王鵬博、范家河范家河、符琮苡、符琮苡如果我們比周圍的人獲得更多的成就的話，如果我們比周圍的人獲得更多的成就的話，那主要那主要不，我可以說幾乎完全是由于不懈的不，我可以說幾乎完全是由于不懈的努力。努力。道爾頓道爾頓多看、多學(xué)、多試。如果有成果，絕不炫耀。多看、多學(xué)、多試。如果有成果，絕不炫耀。一個人如果怕費時、費事，則一事無成。一個人如果怕費時、費事，則一事無成。拉姆塞拉姆塞A.A.化學(xué)化學(xué)合成合成簡介簡介B.B.化學(xué)化學(xué)合成基本原理合成基本

2、原理C.C.常見的化學(xué)常見的化學(xué)合成方法與合成方法與技術(shù)技術(shù)D.D.特殊的化學(xué)合成特殊的化學(xué)合成方法與方法與技術(shù)技術(shù)A化學(xué)合成簡介2003200420052006200720082009化學(xué)合成簡介化學(xué)合成簡介合成化學(xué)，又稱化學(xué)合成，合成化學(xué)是有機化學(xué)、無機化學(xué)、藥物化學(xué)、高分子化學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)和核心。B化學(xué)合成基本原理化學(xué)合成基本原理2003200420052006200720082009一一、化學(xué)反應(yīng)的基本機理化學(xué)反應(yīng)的基本機理1.化學(xué)反映的機理:化學(xué)反應(yīng)實際進行過程中，反應(yīng)物分子并不是直接變成產(chǎn)物分子，通常要經(jīng)過若干個簡單的反應(yīng)步驟才能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物分子，這個過程就是一個基元反應(yīng)。

3、若反應(yīng)經(jīng)過兩個或兩個以上的基元反應(yīng)，則稱為復(fù)合反應(yīng)。2.要全面考察化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律，必須了解兩個問題：平衡和速率。即合成反應(yīng)熱力學(xué)和合成反應(yīng)動力學(xué)。2003200420052006200720082009二二、化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)1.定義：把熱力學(xué)的定律、原理、方法用來研究化學(xué)過程以及伴隨這些化學(xué)反映過程而發(fā)生的物理變化。2.研究對象：研究化學(xué)變化的方向、能達到的最大限度以及外界條件對平衡的影響。3.局限性：只能預(yù)測反應(yīng)的可能性，但無法預(yù)料反應(yīng)能否發(fā)生，反應(yīng)速率如何，反應(yīng)的原理如何。2010201120122013201420152003三三、化學(xué)動力學(xué)化學(xué)動力學(xué)1.定義：研究化學(xué)反映過程的

4、速率和反應(yīng)機理的物理化學(xué)分支學(xué)科，它的研究對象是物質(zhì)性質(zhì)隨時間變化的非平衡的動態(tài)體系。2.原理：通過控制反應(yīng)速率和反應(yīng)機理得到預(yù)期產(chǎn)品。研究對象：研究化學(xué)反應(yīng)得速率和反應(yīng)的機理以及溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照條件等對外界因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，揭示了反應(yīng)的機理，從而控制化學(xué)反映的過程，為生產(chǎn)、科研服務(wù)。3.研究方法：a.宏觀方法：從宏觀變量如濃度、溫度，壓力等出發(fā)，研究基元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的速率。b.微觀方法：從微觀的物質(zhì)特性如分子尺寸、幾何構(gòu)型，以及分子的平動、轉(zhuǎn)動、振動和電子的運動出發(fā)，研究基元反應(yīng)的速率。2010201120122013201420152003四四、化學(xué)動力學(xué)與化學(xué)熱力

5、學(xué)的關(guān)系化學(xué)動力學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)的關(guān)系（1）化學(xué)熱力學(xué)研究物質(zhì)變化過程的能量效應(yīng)及過程的方向與限度，即有關(guān)平衡的規(guī)律。解決了物質(zhì)變化的過程的可能性。（2)化學(xué)動力學(xué)研究完成該過程所需要的時間以及實現(xiàn)這一過程的具體步驟，即有關(guān)速率的規(guī)律。解決了如何把這種可能性變?yōu)楝F(xiàn)實。2010201120122013201420152003五五、好的合成反應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)好的合成反應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)（1）高的反應(yīng)速率。（2）溫和的反應(yīng)條件。（3）優(yōu)異的反應(yīng)選擇性。（4）易于獲得的反應(yīng)其實原料。（5）盡可能的化學(xué)計量反應(yīng)向催化循環(huán)反應(yīng)發(fā)展。（6）對環(huán)境的污染盡量少。C常見的化學(xué)合成方法與技術(shù)常見的化學(xué)合成方法與技術(shù)1999200

6、020012002200320042005一、高溫合成一、高溫合成1.高溫固相合成比如碳、硅、硼的二元金屬化合物的合成。2.高溫還原反應(yīng)氫氣還原法金屬還原法3.自蔓延高溫合成又稱為燃燒合成技術(shù)，是在真空或介質(zhì)中點燃原料，當(dāng)反應(yīng)物被引燃，便會自動向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全是制備無機化合物高溫材料的一種新方法。1999200020012002200320042005元素間直接元素間直接合成合成化合物之間的直接化合物之間的直接合成合成1999200020012002200320042005二、二、低溫低溫合成合成定義：低溫合成是指低于室溫的溫度，室溫以下的合成就是低溫合成。1 1. .液氨中

7、的低溫液氨中的低溫合成合成2.2.低溫下稀有氣體的合成低溫下稀有氣體的合成 1999200020012002200320042005三、三、高壓高壓合成合成1 1. .定義定義：高壓合成是指在高壓下合成常態(tài)時不能生成或難于生成的物質(zhì)的過程。2 2. .高壓合成新的物想的幾種情況高壓合成新的物想的幾種情況 （1）合成常壓下亞穩(wěn)定物質(zhì)的高壓向。 （2）合成常壓下不存在穩(wěn)定相的高壓化合物。 （3）合成含揮發(fā)性物質(zhì)的化合物。1999200020012002200320042005四、四、低壓低壓合成合成a.a.定義定義：給定空間內(nèi)氣體分子密度低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài)，稱為真空狀態(tài)。b.b.產(chǎn)生真空狀

8、態(tài)的過程稱為抽真空、排氣或抽氣。通常用于產(chǎn)生真空的攻擊稱為真空泵，常用的有水泵、機械泵和油擴散泵。此外也采用多種特殊的習(xí)氣劑和冷凌捕捉器等。1999200020012002200320042005五、五、電化學(xué)合成電化學(xué)合成1.定義：通過外加電壓，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，達到任何一種化學(xué)試劑所不具備的氧化能力和還原能力，從而形成電鍍、電解、無機電合成和有機電合成。2 2. .應(yīng)用應(yīng)用（1）銅的電解精煉（2）電化學(xué)合成無機物（3）電化學(xué)合成有機物（4）電化學(xué)合成配合物1999200020012002200320042005六、光化學(xué)合成六、光化學(xué)合成光化學(xué)無機有機合成主要集中在金屬有機配合物的光化學(xué)

9、合成，光催化水解制備氫氣和氧氣，以及光催化制備硅烷和硼烷等。D特殊的化學(xué)合成方法與技術(shù)特殊的化學(xué)合成方法與技術(shù)1999200020012002200320042005一一、水熱合成、水熱合成1.1.定義：定義：指在特質(zhì)的密閉反應(yīng)器里（高壓釜），采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)器加熱，創(chuàng)造一個相對高溫(100-1000) 和高壓(1-l00 MPa)的反應(yīng)環(huán)境，來合成特殊的物質(zhì)（化合物）以及培養(yǎng)高質(zhì)量的晶體。2.2.作用：作用：有些在常溫下不溶或難溶的物質(zhì)，在水熱反應(yīng)的高溫高壓條件下，反應(yīng)物的溶解度增大，反應(yīng)活性提高，反應(yīng)速度加快。適當(dāng)調(diào)節(jié)水熱條件下的環(huán)境氣氛，有利于低價態(tài)、中間價態(tài)與特殊價態(tài)

10、化合物的生成，有利于生長極少缺陷、取向好、完美的晶體，且合成產(chǎn)物結(jié)晶度高以及易于控制產(chǎn)物晶體的粒度。19992000200120022003200420053.3.優(yōu)點：優(yōu)點：不需要高溫?zé)Y(jié)就可以得到結(jié)晶粉體，可以在納米、微米和毫米級，是一種環(huán)境污染小、成本低、易于商業(yè)化的有較強競爭力的實驗方法。4.4.缺點：缺點：它不能應(yīng)用于對水敏感的化合物參與的反應(yīng)；此外在高溫高壓下有些反應(yīng)物無法在水中溶解，這樣反應(yīng)物較低的溶解性就使得反應(yīng)很難發(fā)生。1999200020012002200320042005二、溶劑熱合成二、溶劑熱合成1.1.定義：定義：在水熱方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的材料制備方法，將水

11、熱中的水換成有機溶劑（例如：醇、有機胺、苯或四氯化碳等），采用類似水熱法的原理制備在水溶液中無法生長，易氧化、易水解或?qū)λ舾械牟牧稀?.2.優(yōu)點優(yōu)點：（1）在有機溶劑中進行的反應(yīng)能夠有效地抑制產(chǎn)物的氧化過程或空氣中氧的污染。（2）由于有機溶劑的低沸點，在同樣的條件下可以達到比水熱更高的氣壓，從而有利于產(chǎn)物的結(jié)晶。（3）非水溶劑的采用使得溶劑熱法可選擇原料的范圍大大擴大。1999200020012002200320042005三、溶膠凝膠法三、溶膠凝膠法1.1.基本概念基本概念（1 1）定義：）定義：溶膠凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合

12、化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。（2 2）膠體：）膠體：一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。1999200020012002200320042005（3 3）溶膠：）溶膠：具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在11000nm之間。（4 4）凝膠：）凝膠：具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含

13、量很低，一般在13之間。19992000200120022003200420052.2.基本原理基本原理（1）溶劑化：M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+（2）水解反應(yīng)：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH-M(OH)n（3）縮聚反應(yīng)（4）失水縮聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O（5）失醇縮聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH19992000200120022003200420053.3.優(yōu)勢優(yōu)勢（1）起始原料是分子級的能制備較均勻的材料（2）較高的純度（3）組成成分較好控制，尤其適合制備多組分材料（4）可降低程序

14、中的溫度（5）具有流變特性，可用于不同用途產(chǎn)品的制備（6）可以控制孔隙度（7）容易制備各種形狀19992000200120022003200420054.4.缺陷缺陷（1）原料成本較高（2）存在殘留小孔洞（3）存在殘留的碳（4）較長的反應(yīng)時間（5）有機溶劑對人體有一定的危害性1999200020012002200320042005四、微波輻射合成四、微波輻射合成1. 1. 微波與固相合成反應(yīng)微波與固相合成反應(yīng)固相反應(yīng)常常伴隨有氣體的產(chǎn)生，這部分氣體產(chǎn)物釋放（或逸出）往往會直接影響到產(chǎn)品的性能。對傳統(tǒng)的固相反應(yīng),要么有一部分氣體被保留在樣品內(nèi)部；要么發(fā)生氣體的劇烈膨脹而造成產(chǎn)品的致密度減小，空間

15、或空隙度增加。采用微波燒結(jié)技術(shù)，由于微波的內(nèi)加熱特點，燃燒波是沿徑向從樣品中心向外傳播，它與氣體的逸出方向一致，可以有效地將氣體驅(qū)趕出來，因此，可以使我們獲得致密性能很好的燒結(jié)產(chǎn)品。19992000200120022003200420052. 2. 微波輻射無機合成微波輻射無機合成（1）直接反應(yīng)如制備碳化物、氮化物和硅化物等。（2）溶液反應(yīng)制備羥磷飛石（3）特種玻璃制造19992000200120022003200420053. 3. 微波高分子溶液聚合微波高分子溶液聚合極性溶劑吸收微波能量顯著大于非極性溶劑，也就是說在極性溶劑中用微波法進行反應(yīng)可以顯著提高反應(yīng)速率。這一規(guī)律運用于聚合反應(yīng)中也非常有