精細有機合成與設計——1.精細有機合成的一般原理

1、*第一章第一章 精細有機合成的一般原理精細有機合成的一般原理*n1.1 有機反應的基本過程有機反應的基本過程n1.2 有機反應的分類有機反應的分類 n1.3 有機合成新技術有機合成新技術 n1.4 有機合成方案設計有機合成方案設計(正交設計正交設計)*一、鍵的斷裂：一、鍵的斷裂：1.1 1.1 有機反應的基本過程有機反應的基本過程均裂均裂：A-BA+B（成鍵的一對電子平均分給兩個原子或原子團）均裂生成的帶單電子的原子或原子團，稱為游離基（或自由基）經(jīng)過均裂生成游離基的反應，稱為游離基反應游離基反應（或自由基反應）異裂異裂：A-BA+B- （成鍵的一對電子為某一原子或原子團所占有）經(jīng)過異裂生成離

2、子的反應稱為離子型反應（分為親電和親核反應兩種）*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),或是在裂解時能同時釋放出一個鍵合很牢的或是在裂解時能同時釋放出一個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。最常見的方法是通過均裂。最常見的方法是通過加熱加熱()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 三級丁基自由基三級丁基自由基 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：當斷鍵后形成的帶電荷質(zhì)點相對穩(wěn)異裂：當斷鍵后形成的帶電荷質(zhì)點相對穩(wěn) 定時定時,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)反應均反應均為異裂反應。例如為異裂反應。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.陰離子離去基團穩(wěn)定性陰離子離去基團穩(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 1.兩個游離基結(jié)合成鍵兩個游離基結(jié)合成鍵 n 2.正、負離子成鍵正、負離子成鍵 n 3.一個離子與一個中性分子成鍵一個離子與一個中性分子成鍵 *三、斷鍵與成鍵同步發(fā)生三、斷鍵與成鍵同步發(fā)生(過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論) 過渡態(tài)的特點過渡態(tài)的特點:（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，新鍵未完全形成。）舊鍵未完全斷開，新鍵未完全形成。A B C.AB + CA +

5、 BC任何一個化學反應都要經(jīng)過一個過渡態(tài)才能完成。任何一個化學反應都要經(jīng)過一個過渡態(tài)才能完成。四、分子內(nèi)重排四、分子內(nèi)重排 1.基團帶著一對電子遷移（基團帶著一對電子遷移（重排）重排） 2.2.基團帶著一個電子遷移（自由基重排）基團帶著一個電子遷移（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.基團不帶原來鍵合的電子遷移基團不帶原來鍵合的電子遷移n穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： O- -*五、電子的傳遞電有機合成nFe2+ROOHFe3+RO+OH-nFe3+PhOH Fe2+PhO +H+*1.2 1.2 反應的分類反應的分類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（兩個相同酯之間的縮合）（酯）縮合（兩個相同酯之間的縮合） 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)生類似與羥醛縮合的反應生類似與羥醛縮合的反應,稱為稱為Claisen （酯）縮合反應（酯）縮合反應*n五、重排n1.分子內(nèi)重排n2.分子間重排n六、周環(huán)反應n七、氧化還原反應*1.3 精細有機合成新技術精細有機合成新技術n一、相轉(zhuǎn)移催化技術一、相轉(zhuǎn)移催化技術n二、微波促進有機合成技術二、微波促進有機合成技術n三、超聲有機合成技術三、超聲有機合成技術n四、電解有機合成技術四、電解有機合成技術n五、光照有機合成技術五、光照有機合成技術n六、超臨界有機合成技術六、超臨界有機合成技術*n不在同一相的反應如何發(fā)生？不在同一相的反應如何發(fā)生？nn-Cn-C8 8H H1717Br + NaC

8、N n-CBr + NaCN n-C8 8H H1717CN +NaBrCN +NaBr一、相轉(zhuǎn)移催化技術一、相轉(zhuǎn)移催化技術(PTC , Phase Transfer Catalysis)有機相有機相水相水相PTCPTC1968年由年由Starks首先提出首先提出,并逐漸發(fā)展起來的有機合成新方法并逐漸發(fā)展起來的有機合成新方法 。技術特點：條件溫和技術特點：條件溫和,操作簡單操作簡單,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送離子使反應發(fā)生利用相轉(zhuǎn)移催化劑在兩相之間運送離子使反應發(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-從水相運送到有從水相運送到有機相，然后又將機相，然后又將X-從有機相運送到水相。從有機相運送到水相。 RX + Q+CN-反應物反應物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)移催化劑反應物反應物水相水相有機相有機相n2）特點：既能溶于水相，又能溶于有機相；能與其中）特點：既能溶于水相，又能溶于有機相；能與其中一個反應物的部分基團作用。提高產(chǎn)率、降低反應溫度、一個反應物的部分基團作用。提高產(chǎn)率、降低反應溫度、縮短反應時間?？s短反應時間。n3）相轉(zhuǎn)移催化劑）相轉(zhuǎn)移催化劑n 翁鹽類翁鹽類 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：能把反應物從一相轉(zhuǎn)移到另一相的催化劑。）定義：能把反應物從一相轉(zhuǎn)移到另一相的催化劑。*季磷鹽季磷鹽:結(jié)構和季銨鹽相似、催化原理的也相同，但對堿和結(jié)構和季銨鹽相似、催化原理的也相同，但對堿和熱的穩(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、價格昂貴，目

11、前只用于實驗室研究。困難、價格昂貴，目前只用于實驗室研究。有時也可以用有時也可以用叔胺叔胺(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，這是因為它們在反應條件下可生成季銨鹽。這是因為它們在反應條件下可生成季銨鹽。n季銨正離子的結(jié)構季銨正離子的結(jié)構 n 四個烷基的總碳原子數(shù)一般是四個烷基的總碳原子數(shù)一般是1525，使，使Q+兩親性佳。兩親性佳。n季銨鹽中負離子的種類季銨鹽中負離子的種類 n 最常用最常用Q+Cl-，價廉、易得。當親核試劑負離子，價廉、易得。當親核試劑負離子Nu-(例例 n 如如F-、OH-)比比Cl-更難提取到有機相時，就需要使用季更難提取到有機相時，就

12、需要使用季n 銨的酸性硫酸鹽銨的酸性硫酸鹽Q+HSO4- ，但后者制備復雜、價格，但后者制備復雜、價格 n 貴，很少使用。貴，很少使用。n用量用量 1mol有機反應物用有機反應物用0.0050.100mol季銨鹽。季銨鹽。n溶劑溶劑 有水存在時，可用不溶于水的非質(zhì)子傳遞溶劑。有水存在時，可用不溶于水的非質(zhì)子傳遞溶劑。n 無水狀態(tài)下進行固液相轉(zhuǎn)移催化時，可用非質(zhì)無水狀態(tài)下進行固液相轉(zhuǎn)移催化時，可用非質(zhì)n 子傳遞強極性溶劑。子傳遞強極性溶劑。季銨鹽作相轉(zhuǎn)移催化劑時的主要影響因素季銨鹽作相轉(zhuǎn)移催化劑時的主要影響因素 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。不加溴辛烷與氰化鈉水溶液反應。不加P.T.C.，加熱兩周也不反應。，加熱兩周也不反應。CH3(CH2)6CH2Cl + NaCNCH3(CH2)6CH2CN回流1.5h,99%C16H33N(C4H9)3Br-+鎓鹽類鎓鹽類轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移陰離子陰離子*l 開鏈聚醚（又稱多足體）開鏈聚醚（又稱多足體）：1970年開始做年開始做P.T.C.使用。使用。 價廉易得，耐熱性好，使用方便，有發(fā)展前途。價廉易得，耐熱性好，使用方便，有發(fā)展前途。 聚醚類聚醚類 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。用于氧化、還原等反應。環(huán)腔結(jié)構。分子呈環(huán)形，中間有一個空隙，氧原子向內(nèi)，環(huán)腔結(jié)構。分子呈環(huán)形，中間有一個空隙，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、價格貴，只有在高冠醚的催化效果非常好，但制備困難、價格貴，只有在高溫相轉(zhuǎn)移反應中季銨鹽不穩(wěn)定時，才考慮使用冠醚。溫相轉(zhuǎn)移反應中季銨鹽不穩(wěn)定時，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:選擇性地絡合不同金屬離子，用于分離金屬離選擇性地絡合不同金屬離子，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，使其對客體分子具有結(jié)構選擇性手性中心的引入，使其對客體分子具有結(jié)構選擇性 和手性選擇性。和手性選擇性。 冠醚環(huán)上連接環(huán)糊精，增加對客體分

16、子的多點識別。冠醚環(huán)上連接環(huán)糊精，增加對客體分子的多點識別。 RX + CN- RCN + X-K+有機相有機相K+冠醚通過結(jié)合冠醚通過結(jié)合特定的特定的陽離子轉(zhuǎn)移陽離子轉(zhuǎn)移陰離子。陰離子。OOONO(OCH3)2(OCH3)14環(huán)糊精冠醚 含冠醚結(jié)構的化合物含冠醚結(jié)構的化合物NRONO2CH2OOOON*陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑eg .*二、微波有機合成技術二、微波有機合成技術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應用于有機合成的研究則始于應用于有機合成的研究則始于19861986年，年，GedyeGedye和和SmithSmithn通過比較常規(guī)條件與微波輻射條件下進行酯化、水解、通過比較常規(guī)條件與微波輻射條件下進行酯化、水解、n氧化等反應氧化等反應 ，反應得到了不同程度的加快，而且有的反，反應得到了不同程度的加快，而且有的反n應速度被加快了幾百倍。應速度被加快了幾百倍。 n又稱又稱MOREMORE化學化學(Microwave-Induced Organic Reaction (Microwave-Induced Organic Reaction nEnhancement Chemist

18、ry) Enhancement Chemistry) ，倍受關注，倍受關注 。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、對流、熱輻射等將熱量傳遞到物體表面，再經(jīng)熱傳導將內(nèi)部加熱，需要一定的時間。n微波加熱（內(nèi)加熱）n 對物體內(nèi)外進行“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)的偶極子作雜亂無章的運動和排列。在微波電磁場的作用下，介質(zhì)中的極性分子從原來的熱運動狀態(tài)轉(zhuǎn)為跟隨微波電磁場的交變而排列取向。由于微波波段電磁場頻率高達109數(shù)量級，在微波場中，介質(zhì)中相鄰分子間的相互作用和極性分子的變“極”效應產(chǎn)生極其強烈

19、的類似摩擦的作用，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，介質(zhì)溫度便隨之升高 。（如采用的微波頻率為2450MHz，就會出現(xiàn)每秒24億5千萬次交變，分子間就會產(chǎn)生激烈的摩擦。 ）*1、微波促進有機反應機理、微波促進有機反應機理 觀點一：微波的致熱效應。觀點一：微波的致熱效應。 觀點二：微波的致熱和非致熱兩重效應。觀點二：微波的致熱和非致熱兩重效應。 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等不會被等不會被加熱，可做容器。加熱，可做容器。*2、微波促進有機合成技術方法、微波促進有機合成技術方法n1）微波密閉合成技術）微波密閉合成技術 2）微波常壓合成技術）微波常壓合成技術 n3）微波干法合成技術）微波干法合成技術 4）微波連續(xù)合成技術）微波連續(xù)合成技術3、應用、應用n1) C-烷化烷化微波法合成微波法合成2-叔丁基對苯二酚（叔丁基對苯二酚（TBHQ）項目微波常規(guī)加熱收率/%52.346.8反應時間/h0.54.5n2) O-?；磻；磻猲3) N-烴化、烴化、N-

21、?；?、?；?、C-烴化、烴化、S-烴化和烴化和S-?；磻；磻?2022/7/5*三、超聲有機合成技術三、超聲有機合成技術n超聲波是指頻率范圍在超聲波是指頻率范圍在20106 kHz 的機械波。超聲波由一的機械波。超聲波由一n系列疏密相間的縱波構成，系列疏密相間的縱波構成， 并通過液體介質(zhì)向四周傳播。并通過液體介質(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的作用下在超聲場的作用下n被激活，表現(xiàn)為泡核的形成、振蕩、生長、收縮乃至崩被激活，表現(xiàn)為泡核

22、的形成、振蕩、生長、收縮乃至崩n潰等一系列動力學過程，及其引發(fā)的物理和化學效應。潰等一系列動力學過程，及其引發(fā)的物理和化學效應。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裂類似于一個小小的爆炸過程，產(chǎn)生極短暫的高能環(huán)裂類似于一個小小的爆炸過程，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。同時這種壓。同時這種局部高溫、高壓局部高溫、高壓存在的時間非常短，僅有存在的時間非常短，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，這就為在

23、一般條件n下難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的化學反應提供了一種非常特下難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的化學反應提供了一種非常特n殊的環(huán)境。殊的環(huán)境。2022/7/5*n高溫高溫有利于反應物的裂解和自由基的形成，提高了化學反應有利于反應物的裂解和自由基的形成，提高了化學反應速率。速率。n高壓高壓有利于氣相中的反應；另一方面，當氣泡破裂產(chǎn)生高壓有利于氣相中的反應；另一方面，當氣泡破裂產(chǎn)生高壓n的同時，還伴隨強烈的沖擊波，其速度可以達的同時，還伴隨強烈的沖擊波，其速度可以達100 m/s的微的微n射流，對于有固體參加的非均相體系起到了很好的沖擊作射流，對于有固體參加的非均相體系起到了很好的沖擊作n用，導致分子間強烈的相

24、互碰撞和聚集，對固體表面形態(tài)、用，導致分子間強烈的相互碰撞和聚集，對固體表面形態(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)模擬反應器內(nèi)的高溫高壓，促進反應的進行。度內(nèi)模擬反應器內(nèi)的高溫高壓，促進反應的進行。*2、在有機合成方面的應用、在有機合成方面的應用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。反應速率慢、產(chǎn)率低。加

25、熱回流。反應速率慢、產(chǎn)率低。n 超聲波方法：超聲波方法：條件緩和，反應時間縮短，收率提高條件緩和，反應時間縮短，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 正交試驗設計正交試驗設計 在生產(chǎn)實踐中，試制新產(chǎn)品、改革工藝、尋求好的生產(chǎn)在生產(chǎn)實踐中，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，而試驗總是要花費時間，消耗條件等，這些都需要做試驗，而試驗總是要花費時間，消耗人力、物力。因此，試驗的次數(shù)應盡可能少。人力

26、、物力。因此，試驗的次數(shù)應盡可能少。*表表1 實驗方案表實驗方案表因素因素水平水平A）BC110675220785340895* 全面試驗：全面試驗：可以分析各因素的效應可以分析各因素的效應 ，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。但全面試驗包含的水平組合數(shù)較多，工作量大，在有些情況下無法完成量大，在有些情況下無法完成 。 如如 4個因素個因素3個水平，要做個水平，要做 3481 次試驗；次試驗； 6個因素個因素5個水平，要做個水平，要做 5615625次試驗。非常困難。次試驗。非常困難。 能否減少試驗次數(shù)，而又不影響試驗效果呢？

27、能否減少試驗次數(shù)，而又不影響試驗效果呢？有有*n概念：概念：正交試驗設計方法正交試驗設計方法, ,簡稱正交設計簡稱正交設計, ,它它是用是用“正交表正交表”來安排和分析多因素實驗的一來安排和分析多因素實驗的一種數(shù)理統(tǒng)計方法。是試驗設計的重要組成部分種數(shù)理統(tǒng)計方法。是試驗設計的重要組成部分, ,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。正交試驗設計方法是從全面試驗中挑出部分有試驗設計方法是從全面試驗中挑出部分有代表代表性性的點進行試驗的點進行試驗, , 這些代表點具有這些代表點具有“均勻均勻”和和“整齊整齊”的特點，具有很高的效率的特點，具有很高的效率.

28、 .1.4.1正交試驗設計正交試驗設計* 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)）是因素的個數(shù)，素的個數(shù)， L 代表正交表，代表正交表， n 是安排試驗的次數(shù)（行數(shù)）是安排試驗的次數(shù)（行數(shù)） 。 常見常見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，共做水平正交試驗，共做9次試驗，而全面試驗要次試驗，而全面試驗

29、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，共做水平正交試驗，共做25次試驗，而全面試驗次試驗，而全面試驗要做要做 56=15625 次，減少了次，減少了15600次。次。*試驗號試驗號因因 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數(shù)字看成有序數(shù)對時，的兩個數(shù)字看成有序數(shù)對時，每種數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如每種數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如 L9（34），有序數(shù)對共有），有序數(shù)對共有9個：個：（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。這些代表點具有這些代表點具有“均勻均勻”和和“整齊整齊”的特點，的特點，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，應當是被選用的正交表

31、的，應當是被選用的正交表的因素數(shù)與水平數(shù)因素數(shù)與水平數(shù)等于或大于等于或大于要進行試驗的因素要進行試驗的因素與水平數(shù)，并且使試驗與水平數(shù)，并且使試驗次數(shù)最少次數(shù)最少。n如：如：3個因素個因素5個不同水平進行的試驗，那我們個不同水平進行的試驗，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，只需進行行9 9個試驗就能說明問題了。個試驗就能說明問題了。n L9（34 ）、）、 L18（37）、）、 L27（313 ）*1.4.4試驗計劃的制定試驗計劃的制定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上因素在正交表的表頭上分別寫上因素A A

32、、B B、C C. .，再加上一個空列（實驗結(jié)果）。再加上一個空列（實驗結(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. .處填處填寫該因素的寫該因素的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.按試驗計劃表做完實驗后，將試驗結(jié)果分別按試驗計劃表做完實驗后，將試驗結(jié)果分別填入最后一列。填入最后一列。*試驗設計舉例試驗設計舉例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，選擇了三個有關因素進行條件試驗，反應擇了三個有關因素進行條件試驗，反應溫度溫度(A)(A)，反應時間，反應時間(B)(B)，用堿

33、量，用堿量(C)(C)，并，并確定了它們的試驗范圍：確定了它們的試驗范圍：A A：8080、8585、9090B B：9090、120120、150min150minnC C：5 5 、6 6 、7 7請擬定試驗計劃表。請擬定試驗計劃表。*試驗號試驗號因因 素素A（溫度溫度）B（時間時間）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（3

34、）90 （1）7 （3）(2)890 （3）120 （2）5 （1）(3)990 （3）150 （3）6（2）(1)試驗計劃表試驗計劃表進行試驗。進行試驗。試驗號試驗號因因 素素A（溫度溫度）B（時間時間）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試驗計劃表試驗計劃表* 試驗目的是搞清楚因素試驗目的是搞清楚因素A A、B B、C C對轉(zhuǎn)化率對轉(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、時間及用堿量各為多少才能使轉(zhuǎn)化率最時間及用堿量各為多少才能使轉(zhuǎn)化率最高。高。 能否從正交試驗表中得到這些信息呢？能否從正交試驗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，它是對實驗結(jié)果進行處理分析的又名極差分析法，它是對實驗結(jié)果進行處理分析的基本方法，主要包括以下幾個步驟：基本方法，主要包括以下幾個步驟： 1.1.確定同確定同一因素的不同水平對試驗指標的影響。一