有机化学论文

有机化学综述(有机化学与生活)姓名：张雪学号:1202011034班级:12级生物工程1班系别:生物与环境工程系指导老师:李少波生活中的有机化学比如用汽油可以洗掉油漆（相似相溶）用碱水可以去油污（油脂的碱性水解）用燃烧法鉴别真假蚕丝被（蛋白质的检验）夏天不能暴晒，否则身上暴皮（蛋白质的变性）有机化学在食品中应用——蔗糖酯的合成蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯，是一种性能优良的非离子表面活性剂。其外观为白色至黄褐色的粉末状、块状或无色至微黄色的黏稠树脂状。蔗糖酯的蔗糖部分为亲水基，长链脂肪酸部分为亲油基，无味，在体内可被消化，以蔗糖和脂肪酸形式被吸收。它对眼睛和皮肤的刺激性很小，无毒性，很容易被微生物降解。它还具有表面活性，可使表面张力减小，具有润湿性，可使油乳化。由于上述性能，它的合成方法和应用研究一直受到重视。自从1880年Herzfield在实验室成功地合成蔗糖八乙酸酯以来，人们对蔗糖酯的合成路线研究经历从溶剂法到无溶剂的过程。合成路线随着人们对蔗糖酯要求的提高而不断改进，合成技术趋于简便合理化。1956年，Osipow等121受美国蔗糖研究基金会的委托，研究开发了以二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜为共溶剂来合成蔗糖酯的所谓snell法。其后，大日本制糖KK公司和法国的Mellebezons公司实现了蔗糖酯的小规模工业化生产。这一方法是在K2C03催化剂的存在下，蔗糖同脂肪酸甲酯在共溶剂二甲基甲酰胺中发生酯交换反应。由于溶剂损失和将蔗糖酯精制到能食用水平的费用很高，因而这一方法未得到推广。Neebraska-Shell法，即以不含氮的溶剂丙二醇来合成蔗糖酯。该法以脂肪酸皂为乳化分散剂是蔗糖和脂肪酸甲（已）酯形成微乳化液，反应物充分混合，反应顺利进行。Neebraska-Shell法因微乳化液极不稳定且反应要求有很高的真空度以至于工业上很难控制，同时作为副产物的丙二醇脂肪酸酯很难去除，故产品纯度不高。刘强以低碳烷基苯为助溶剂对snell法进行了改进。通过加入适量的助溶剂，可使反应物料变成均一相，大大加快了反应速度，同时减少了催化剂用量及皂的生成量。反应过程中溶剂保持回流状态，损失少，易回收。由于反应温度低，反应时间短，焦糖化和其它副反应减少，有利于产品提纯。姜国平等以甲醇为溶剂在适当条件下使反应物形成一含有高分散度脂肪酸皂的反应体系，在该体系中蔗糖不发生聚结、沉降，而与脂肪酸甲(乙)酯反应合成蔗糖酯。在反应初期反应体系为不透明分散液，随后体系变得透明，反应加速进行。粗产物中单酯蔗糖酯的质量分数为48％。林伦民等以蔗糖和脂肪酸酯为原料，以水为溶剂合成蔗糖酯，其合成技术关键在于将蔗糖、脂肪酸钠和水混合形成均匀的溶液，然后温度从110℃上升到175℃，压力为7.742kPa，同时加入催化剂和脂肪酸钠，以确保脂肪酸酯在不发生水解的条件下进行脱水和酯交换。合成所得到的蔗糖酯，ω(单酯)=62％，ω(二酯)=29.5％，ω(三酯)=1.0％，皂化率为6.0％。该法在脱水形成微乳化液的过程中涉及到体系中水的含量与温度、真空度的相互制约关系，如果控制不当，则在微乳化液形成之前，由于物料结块、粘度骤增，而使搅拌困难，或乳化液被破坏，蔗糖沉淀分层而使反应不能顺利进行，这就使工业操作变得困难。季允丰等用相转移催化法合成了乙酸蔗糖酯，在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的3口瓶中，加入ω(NaOH)=30％的溶液、催化剂、蔗糖、10mL1，2一二氯乙烷。搅拌混合后，冷却至一定温度，再慢慢滴加乙酐和1，2一二氯乙烷的混合物，加完后，再搅拌一定时间，静置分层，分出有机层，用水洗至中性，进行常压蒸馏，将有机相蒸出后，趁热将产物倒人冰水中，迅速搅拌，得粘稠状淡黄色液体。此液体溶于乙醇中，用活性炭脱色后，用乙醇水溶液重结晶，即得乙酸蔗糖酯，产率为80.8％。溶剂法合成蔗糖酯，不管使用哪种溶剂，都有其明显缺点，或是所用溶剂有毒，产品不易提纯，或是反应时间太长，产率太低，或是三废严重等。因此，人们又开始了无溶剂法研究。张英珍等以油脂和蔗糖为原料，在碱性催化下，不使用任何溶剂，直接进行酯交换。所得的粗产物经除去脂肪皂、无机盐和蔗糖等杂质后，即可得含脂肪酸蔗糖酯和单脂肪酸甘油酯的混合物。如欲分别获得高纯度的脂肪酸蔗糖酯和单脂肪酸甘油酯，则可进一步提纯。该方法体系稳定，容易控制，分离方法简单，易于工业化，同时已建成了30t／a的中试规模装置。产品完全符合国家标准。陈耀坤等以无溶剂直接法，获得制取蔗糖酯的最佳工艺条件为：n(蔗糖)：n(硬脂酸乙酯)=l：2，无水碳酸钠为硬脂酸乙酯和蔗糖总质量的40％左右。反应时间为9h，反应温度为125℃左右。胡建华等通过进一步研究，确定了无溶剂法合成蔗糖酯工艺的基本参数：n(蔗糖)：n(硬脂酸甲酯)=l：1：1：4，反应温度为135℃，反应时间为3.5h，压力为1.33kPa以下，硬脂酸钾助熔，ω(硬脂酸钾)=10％-15％，在此条件下，即可得到良好的均一熔融相，反应平稳进行，产品收率可达82％。食品工业蔗糖酯是一类可食用的表面活性剂，联合国粮农组织(FAO)及世界卫生组织(WHO)已分别在1969年和1980年批准蔗糖酯可作为一种食品添加剂。食品乳化剂冰淇淋、人造奶油、起酥油中添加质量分数为0.1％～0.5％的高HLB值蔗糖酯除能保持稳定乳化状态外，还能使油脂凝聚，提高产品的油腻感。牛奶糖、果仁糖等油脂较多的糖果中加入质量分数为0.1％～0.5％的蔗糖酯，可提高熔化糖的乳化性，防止油脂分离，还能防止粘牙和对包装纸的粘附。润滑剂低HLB值的蔗糖酯用作糖果压片的润滑剂可代替传统使用的滑粉、硬脂酸镁、微晶纤维素、单甘酯、糖粉等。粘度调节剂高HLB值的蔗糖酯有增粘作用，低HLB值的蔗糖酯有降粘作用。因此，常与卵磷脂合用，作为生产巧克力、制糖工业的粘度调节剂。结晶调节剂蔗糖酯有促进和阻碍结晶形的双重作用。如高HLB值的蔗糖酯可防止糖类及亲油性表面活性剂在水相中的结晶。抗老化剂蔗糖酯亲水性强，且能与淀粉结合，已广泛用作优质抗老化剂，应用于面包、蛋糕、面条、牛奶及冰淇淋中。发泡剂应用于蛋糕、饼干、奶油、冰淇淋等食品中可使产品形成坚固的气溶胶体，从而提高产品的多孔性，使品质得到改善。FujimuraMasaki等认为在蛋糕中加入ω(蔗糖酯)=2％-8％的蔗糖酯即可起到明显效果。其他蔗糖酯可添加到食品中作杀菌剂，也可作保存蛋类、水果、蔬菜等的包复剂。蔗糖酯能与食品中的油脂起置换反应，从而降低油脂的摄取量，故可作为肥胖症患者的食品添加剂。此外，利用蔗糖酯的渗透力可提高咖啡豆中咖啡的提取率，加入茶叶中能抑制茶的苦涩味。蔗糖酯由于其良好的性能，自上市以来需求量以每年很高的速度增长。日本有菱糖公司和礼普洛斯公司生产蔗糖酯，采用以水为溶剂的直接法工艺。日本生产蔗糖酯的品种有HLB1-16各个品种，所用脂肪酸有硬脂酸、油酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、月桂酸等。蔗糖酯的应用，日本以食品为主，约占70％-80％，其他方面有医药、化妆品、食品用洗涤剂、纤维柔软剂等。总的来说，我国蔗糖酯生产厂家生产工艺不够先进、生产规模小、生产成本较高、产品质量有待提高、应用领域尚需全面开发。有机化学在工业上的应用对氯甲苯是农药、医药、染料和其它精细有机化工产品的重要原料和中间体。通过对氯甲苯侧链上的氯化、氧化、氨氧化和环上的氯化、硝化、磺化、Friedel-Crafts反应、氯甲基化等反应,可以衍生出一系列的重要精细化工中间体,通过这些中间体可以开发出100多种农药、医药、染料产品。如农药杀草丹、多效唑、氟乐灵、拟除草菊酯类杀虫剂;医药消炎痛;染水染染色基等。对氯甲苯传统的生产方法是以对甲苯胺为原料,经重氮化生成重氮盐,然后在氯化亚铜催化剂存在下,重氮盐与浓盐酸反应生成对氯甲苯。该方法生产成本高,废量大,设备腐蚀和污染严重。目前国内外的生产厂多采用氯气与甲苯反应生产邻氯甲苯与对氯甲苯的混合物(简称混氯),然后再通过精馏的方法,将邻氯甲苯与对氯甲苯分离。现采用天然活性沸石作为甲苯氯化催化剂,加入助催化剂提高其催化活性、耐水性和使用寿命,并使邻对比大幅降低,间位异构体减少到允许水平。笔者探索了化过程各因素对反应的影响。实验采用的主催化剂为天然活性沸石,为一种浅灰或浅棕色粉状粘土,主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3MgO、K2O,处理后供使用;助催化剂A,铁盐,试剂级;助催化剂B,卤代乙醇,试剂级;助催化剂C,硫化物,工业级;助催化剂D,硫的氯化物,工业级;甲苯,石油一级;氯气,工业级,纯度9915%。反应后滤液进行谱分析,102G气相色谱仪,热导池检测,N2为载气,流速18mL/min,柱温90℃,气化室温度210℃。黑色250mL三口烧瓶;磁力搅拌器;冷凝管;恒温水浴锅。1.12实验方法实验流程如图1所示。氯化反应器为250mL三口烧瓶,三口分别插温度计、尾气冷凝管和通氯管。实验时将100mL甲苯和催化剂加入釜内,氯气经毛细管流量计计量后从釜底均匀通入,磁力搅拌器搅拌,恒温水浴控温,尾气经冷凝回收甲苯并经碱液吸收后从水冲泵抽走。用淀粉碘化钾试纸检验、控制尾气中不含游离氯。每隔30min读取反应温度,抽取约015g釜液进行气相色谱分析,反应215h,实验完毕,对釜中氯化液进行称量及对反应前后的物料进行计算。以天然沸石为主催化剂,B为助催化剂,反应温度30℃,催化剂与助催化剂比率为20∶1,改变催化剂的用量,按1.12的方法进行实验。甲苯转化率达99.5%以上,随催化剂用量的增加,生成物中对氯甲苯在一氯甲苯中含量提高,一氯甲苯中邻位和对位的比例下降,当催化剂用量达到0.8%时,生成物中对氯甲苯在一氯甲苯中含量不再增加,邻对比不再下降,这时再增加催剂的用量,产物中二氯化物生成量增多,氯化收率降低。因此，适宜催化剂量选用0.8%。2.反应温度对反应的影响以天然沸石为主催化剂,B为助催化剂,催化剂用量选用0.8%,催化剂与助催化率为20∶1,改变反应温度,按1.12的方法进行实验。反应温度在10～40℃时,邻对比值变化较小,但反应温度太低,反应速度太慢;温度太高时,反应生成的二氯化物增多,一氯甲苯的收率下降。因此,适宜温度选择30～40℃。用天然沸石做催化剂的情况下，通过大量实验，确定影响实验的最佳因素。减少负产物的生成，降低生产成本。天然沸石催化剂用于甲苯氯化反应,甲苯转化率达到99.7%。选择助催化剂与甲苯一起使用，使甲苯定向氯化的对位选择性明显提高。吡啶催化合成乙酰水杨酸乙酰水杨酸经典的合成方法是以硫酸、磷酸为催化剂，但存在产率低、副反应多、设备腐蚀严重等缺点，因此开发多种高效的催化剂势在必行。有机碱催化剂具有反应条件温和、产品质量好等特点，以下是以吡啶催化合成乙酰水杨酸的方法。浓硫酸为传统方法所使用的催化剂，操作简便易行，产率稳定。但是浓硫酸具有强氧化性、脱水性，工业制备上对设备的腐蚀性较大，对环境污染较重，不能回收利用，且易发生副反应而使产品色泽深，不利于提纯。如果实验操作过程正确无误，产率一般在60%左右。但由于实验操作不熟练，本次实验只有42.8%。用醋酸钠弱碱作催化剂，本次试验产率为30.7%，比传统的浓硫酸作为催化剂合成阿司匹林的收率低，但醋酸钠无腐蚀性，不污染环境。根据查阅的大量资料表明，醋酸钠的产率，在正常情况下比硫酸高，可达百分之八十。但由于此次实验中结晶不完全，导致产率低于硫酸。磷酸与浓硫酸相比，缺点在于酸性较弱，反应速率和产率不如浓硫酸催化。但条件温和，不会导致有机物碳化。本次实验用吡啶催化合成乙酰水杨酸的产率最低，吡啶较易吸水形成共沸物，使反应温度较难控制，同时，温度过高时会有副产物生成。另外，冷却析出晶体时间比其他催化剂长。并伴有难闻气味有机化学与环境目前在全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题，具有全球影响的方面有大气环境污染、海洋污染、城市环境问题等。就大气的环境问题而言，主要有酸雨、温室效应、臭氧层空洞，光化学烟雾等。造成雨水酸化之污染物很多，其污染来源大致可分为两类：其一为自然物质，其二为人为物质。前者如：火山爆发喷出大量之硫化物及悬浮固体物