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1、9.7精细有机合成设计实例双烯类液晶材料的合成9.7.1维生素C的合成维生素C简介维生素C的用途非常广泛,常被用作食品添加剂或抗氧剂,在医药和临床上亦有广泛应用,在治疗坏血病、感冒、心血管缺陷、高胆固醇、糖尿病、精神抑郁症等疾病均有重要的用途。目前国内外生产维生素C的厂家主要有瑞士罗士公司、日本武田公司、德国BASF公司、东北制药总厂、河北维生、江苏江山等药厂,现在年产量已达到几十万吨。维生素C又名抗坏血酸,广泛存在于人体以及动植物体内,人体自身不能合成,需从外界摄取。维生素C全球六大巨头全球维C的生产命脉掌握在所谓的“维C六巨头”手中：中国的石家庄制药、华北制药集团、东北制药、江山制药，以及
2、瑞士罗氏公司和德国巴斯夫公司。目前维C的全球产能约12万吨左右，全球市场维C的需求量一般保持在9万吨左右，国内4大企业产能合计8.2万吨，约占全球产量的68%。实例分析：维生素实例分析：维生素C的合成的合成 在几十年的工艺发展中,维生素C的工艺发生了较大的变化,目前维生素C主要的生产方法是莱氏法和两步发酵法。VC生产的工艺过程（莱氏法）葡萄糖山梨醇发酵山梨糖酮化双酮糖氧化转化粗VC精制VCH2Ni古罗酸一、流程图 莱氏法是最早生产维生素C的方法,其以葡萄糖为原料,先经黑醋菌发酵生成L-山梨糖,再经丙酮化及NaClO 氧化、水解得到2-酮-L-古龙酸钠,然后进行化学合成得到维生素C。二、各步原理
3、1、发酵此步为生物氧化，将第二碳原子的羟基变为羰基2、酮化酮化脱水（少）住住注：1、酮式山梨糖在酮化前，先由酮式变为环式 2、酮化的目的即用丙酮基将山梨糖分子中除第一个碳原子上的其他羟基、羰基保护起来。收率=89%3、氧化2,3,4,6-双酮糖+NaClONiSO4OH-古罗酸钠+HCl+H2O04、酯化5、脱丙酮双酮古罗酸水加热(VC粗品)6、精制Vc粗品Vc精品精制提纯活性炭脱色精制转化氧化醇化发酵山梨醇山梨糖双酮糖古罗酸粗VcVc莱氏法生产维生素C工艺过程示意图一、全过程二、分步1、发酵离心浓缩三级发酵二级发酵一级发酵培养基糖膏山梨醇菌种种液种液2、酮化中和酮化山梨糖（丙酮，酸）酮化液中
4、和液糖液双酮糖除钠蒸丙酮提取水洗蒸苯3、氧化过滤氧化双酮糖NaClO氧化液氧化液中和液古罗酸中和离心4、转化转化水解古罗酸脱酮古罗酸粗Vc（液）粗Vc（固）干品粗Vc离心粉碎干燥5、精制结晶精制粗Vc（活性炭）Vc离心干燥包装莱氏法的不足莱氏法存在着很多缺陷,如生产工艺复杂、劳动强度大、生产环境恶劣、易对人体造成伤害,因此人们不断对此工艺进行改进。70年代初,我国首先研究出两步发酵法,其先进性得到世界公认,它是以生物氧化过程代替莱氏路线的部分化学合成过程,进而合成维生素C。两步发酵法生产Vc工艺过程示意图一、全过程提炼发酵山梨醇古罗酸钠古罗酸粗VcVc转化精制二、分步1、发酵一步发酵二步发酵山
5、梨醇培养基古罗酸钠（液）2、提炼一次交换加热二次交换离心古罗酸钠干燥离心结晶浓缩古罗酸3、纯化古罗酸转化酸化浓缩离心离心粗VC4、精制粗VC精制包装干燥离心结晶VC9.7.2农药分子模型设计简介农药的分子模型设计主要分为三个阶段第一阶段：由于农药作用机理的研究还远远不能适应农药分子设计的需要，因此对各种类型的化合物普遍随即筛选，依靠经验发现有生物活性的化合物。成功率低，造成浪费和徒劳第二阶段：随着科学的发展，靠经验探索有效农药的方法已达极限，因此人们从动植物、微生物中分离有活性的化合物，称为先导化合物，鉴定出活性结构，以此为母体经化学合成，得到衍生物，从中筛选新的农药品种举例分析1)毒扁豆碱是
6、一个结构较为复杂的天然产物，它具有抑制动物体内胆碱酯酶活性的作用，结构为经分析，活性结构是氨基甲酸酯，从而发现了一些列结构简单，杀虫性能优越的氨基甲酸酯类杀虫剂。举例分析2)希拉台尔（Schrader）提出有毒的有机磷化合物的通式：根据此通式对其结构进行各种改造，从而发现有机磷酸酯，硫代磷酸酯，磷酰胺等各类有机磷农药。举例分析3)从天然除虫菊花粉中分离出的具有杀虫活性的主要组分除虫菊素经过人工不断改进，克服拟天然除虫菊素不耐光和热，残效期极端的缺点，合成了一系列拟除虫菊酯类农药。举例分析4)从海底一种叫沙蚕的软体动物中，分离出一种可使昆虫麻痹而致死的毒素，叫蚕毒素把这个分子结构经适当改造，合成
7、了沙蚕类系列农药。农药分子模型设计简介第三阶段：根据农药在生物体内的生化机理设计新品种。具有选择性的农药常常是通过研究它的分子在昆虫体内或在哺乳动物体内的代谢途径而发现的一些新的有效基本结构。举例分析1)神经毒剂磷酸三邻甲苯脂在微粒体氧化酶存在下，可生成羟甲基化合物，后者在血浆蛋白存在下，经分子内邻酰化作用，生成环状磷酸酯。据此合成了它的硫代衍生物，并开发为商品杀虫剂水杨硫磷农药分子模型设计简介总之，随着环境对农药安全性要求的不断提高，有害生物抗药性的不断发展，研制低毒，低残留的精细品种日趋困难。目前大约从一万或更多的化合物中才能选出一个能工业化的优秀品种。因此农药分子设计问题，已经引起了世界
8、各国专家的高度重视。9.7.2除虫菊酸的合成除虫菊酸(+)-trans-chrysanthemicacid是一种单萜酸，作为一种新型杀虫剂，它具有对害虫击倒力强、杀虫作用快、广普性、易降解、对高等动物及鸟类低毒、使用安全等优点，因而受到广泛关注。1950年左右，在非洲大量种植除虫菊，并研究其作为杀虫剂的机理。但是由于受种植条件的限制，并且有效成分的含量也较低，除虫菊酯的产量有限，因而除虫菊酯的化学合成极具经济和社会效益。除虫菊酯的主要有效成分除虫菊素(pyrethrin)为下列化合物的酯类除虫菊酸的合成合成除虫菊酯的关键在于合成除虫菊酸。合成除虫菊酸有很多方法，例如：1.以卡宾或硫的叶立德与双
9、键加成：除虫菊酸的合成2.利用有机金属作为分子内亲核性取代反应：除虫菊酸的合成3.由-卤代环丁酮在碱处理下作Farvoskii重排反应：除虫菊酸的合成4.利用已知具有环丙烷结构的起始物：除虫菊酸的合成以下为一条除虫菊酸的合成路线：除虫菊酸的合成9.7.3二硝卡普：花园杀虫剂通常有两个反应给出大量的邻位产物：（1）FriesRearrangement二硝卡普：花园杀虫剂(2)Reimer-TiemannReaction二硝卡普：花园杀虫剂二硝卡普：花园杀虫剂二硝卡普：花园杀虫剂二硝卡普：花园杀虫剂二硝卡普：花园杀虫剂9.7.4聚氯乙烯热稳定剂聚氯乙烯热稳定剂 聚氯乙烯热稳定剂能防止聚氯乙烯热稳定
10、剂能防止PVC在加工过程中由于热和机械剪切所在加工过程中由于热和机械剪切所引起的降解，还可以防止制品在长引起的降解，还可以防止制品在长期使用过程中收到的热、氧和光的期使用过程中收到的热、氧和光的破坏。破坏。9.7.4.1聚氯乙烯的热降解和热稳定剂的作用机理1.聚氯乙烯的热降解PVC加热温度高于100时，会伴有脱氯化氢反应，在PVC的加工温度下（170左右）降解速度加快，除了脱氯化氢之外，还会发生变色和大分子交联。PVC热降解脱氯化氢反应主要有自由基机理，离子机理和单分子机理三种解释。9.7.4.1聚氯乙烯的热降解和热稳定剂的作用机理2.热稳定剂的作用机理热稳定剂之所以能起到热稳定化的作用，主要
11、是由于它们有一个共同的特点，就是它们均属氯化氢的受体，能够捕捉PVC热降解时所脱出的氯化氢。但是各类热稳定剂仍有其独特之处，以下重点介绍以下金属皂类热稳定剂的作用机理。9.7.4.2金属皂类热稳定剂的作用机理富克斯曼认为羧酸金属盐类对PVC的热稳定作用，主要是通过以下四个方面实现的：1.与氯化氢反应，生成有机酸和氯代金属羧酸盐。2.酯基的形成，通过在PVC链上用一个酯基取代一个氯原子，从而使之稳定。3.交联作用，接近的两个降解链能够导致交联。4.研究认为，钙和钡的羧酸盐类可以中和氯化氢并起到抑制锌-聚合物络合物转化为氯化锌的作用，从而使聚合物稳定。9.7.4.3金属皂类热稳定剂的制备金属皂类的
12、制法大体上有复分解法和直接法两种，在工业上应用最光的是复分解法。复分解法（也称湿法），系先用脂肪酸与氢氧化钠进行造化反应制得脂肪酸钠，然后再与相应的水溶性金属盐溶液进行复分解反应而沉淀出脂肪酸的金属皂。9.7.4.3金属皂类热稳定剂的制备反应这里MA为金属的硝酸盐、硫酸盐或氯化物。主要金属皂类热稳定剂的性质名称外观金属含量%比重熔点硬脂酸镉白色粉末16.517.5 1.211.28103110月桂酸镉白色粉末21.022.5 1.2394102蓖麻油酸镉白色粉末15.516.596104硬脂酸钡白色粉末19.520.5 1.231.29225分解环烷酸钙浅黄色液体4.05.00.930.97硬
13、脂酸铅白色粉末27.028.0 1.481051129.7.5精细有机合成设计实例五精细有机合成设计实例五双烯类液晶材料的合成液晶及其用途液晶材料是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。根据组成液晶分子的中心桥键及环的结构特性可以将液晶分为苄叉类，偶氮氧化偶氮类，芳香酯类，二苯乙烯、二苯乙炔类，肉桂酸酯类，联苯类，苯基环已烷类，乙烷类、亚甲氧基类，嘧啶类，脂肪酸类以及胆甾醇衍生物和手性液晶。液晶显示器凭借其无辐射、无闪烁、体积小、能耗低等特点，已广泛用于桌面显示器、笔记本电脑、电视、车载显示器、手机、游戏机、数码相机及其他电子显示产品。国内外主要生
14、产企业世界主要液晶材料厂家包括德国的MERCK（默克），日本CHISSO（智索）、DIC（日本油墨）和永生华清。其中MERCK产量最大，约占全球总量50%，在德国、日本、我国台湾都设有工厂。国内主要企业还有西安瑞联、烟台万润、京东方、迈尔斯通等。目前我国内地企业还只能生产TN、STN液晶材料，高档TFT液晶材料仍需要进口。国内外生产研究状况LCD（液晶显示器）在经历了TN(TwistedNematic扭曲向列型面板，多数笔记本屏幕)、STN(SuperTwistedNematic)、彩色STN阶段后，目前已发展到TFT(ThinFilmTransistor)-LCD(薄膜晶体管液晶显示)阶段，
15、并且尺寸在不断扩大。目前TFT-LCD已经占整个液晶产业收入的87%以上。液晶材料是液晶显示器的关键性材料之一，它赋予液晶显示器各种优良的性能。目前，高档液晶材料（TFT液晶材料）的生产技术主要由德国和日本垄断。我国混合液晶材料估计落后世界先进水平10年左右。目前国内主要液晶材料生产商都在努力发展高档液晶材料来适应液晶材料市场的变化。TFT-LCD面板成本构成液晶领域的部分核心技术简介转位技术：在液晶材料中只有反式结构化合物才有应用价值，但是在合成中顺式产物的生成是难以避免的，顺式产物不仅给提纯带来了难题，也极大的增加的生长成本，这是因为大多数液晶化合物的合成路线都很长。混晶技术：由于单一组分
16、的液晶难以全部满足器件要求的特性，因而通常采用混合液晶来调制其物理性质，以满足特定条件的要求。目前液晶显示器生产中使用的所有液晶材料实际上都是液晶混合物，例如Roche公司的Ro-520液晶是由七种单体液晶混合而成，永生华清一般以10-20个单体混配制成混晶。下图为BDH公司早期生产的E7液晶，实际上是由四种单体液晶混合而成。BDH公司早期生产的E7液晶发展前景根据Merck公司年报，公司2006年全年度液晶部门销售收入增加21%至8.92亿欧元，全年盈利增长40%至4.86亿欧元，销售净利率接近55%。按照Merck公司70%左右的全球市场占有率估算，全球TFT液晶材料市场2006年已经达到130亿元，且销售量仍然跟随下游显示器行业以60%以上的高速度增长。TFT液晶材料全球目前需求量约为200吨，未来三年可增至400吨以上，平均销售价格达到8美元/克。发展前景永生华清液晶公司已占全球TN液晶材料市场的65%份额和STN液晶材料14%份额。公司2006年液晶材料销售总量为26吨，平均销售价格为1.08美元/克，折合864万元/吨。永生华清两公司2006年度合并销售收入为24753万元
