电化学合成范文（精选12篇）
电化学合成 第1篇
类金刚石膜 (diamond like carbon films, 简称DLC膜) 是一种在宏观性质上十分类似于金刚石膜的非晶碳膜, DLC膜不但具有诸多类似晶体金刚石膜的性能, 而且其组成 (sp3和sp2含量之比) 可随工艺而变, 从而其性质在一定范围内可调, 能够用于较多场合, 更重要的是DLC膜可在低温或接近室温的条件下制备, 从而为它的实际应用建立了一个良好的前提[1]。制备DLC膜的传统方法有很多种, 大体可以分为两类:物理气相沉积法 (PVD) 和化学气相沉积法 (CVD) [2]。上述气相方法能够沉积出品质较好的膜, 但它们或者要求较高的基底温度, 或者沉积速率较低, 或者不能大面积成膜, 而且都需要复杂的沉积设备, 价格昂贵, 在一定程度上限制了DLC膜的进一步应用。
近年来, 研究人员开展了液相电化学法沉积DLC膜的研究, 该方法具有低温、谦价、易控、易掺杂且可在大尺度复杂形状表面沉积的特点。目前国内外众多研究者用此方法已能从甲醇、乙腈等多种有机溶液中沉积出DLC膜。早期液相电化学沉积法制备DLC膜普遍采用含碳的纯净有机溶剂作为电解质, 这些纯净的有机溶剂一般条件下不会离解成离子, 极化程度也很弱, 因此需要在两个电极之间施加很高的电压, 通常要达到数百到数千伏的高压。高电压不仅增加了试验的复杂性同时也增加了实验的危险性。自从Novikov[3]等人在不足5 V的电压下从乙炔的液氨溶液中沉积出DLC膜后, 证明在液相电化学法中高电压并不是必需的, 在低电压下同样可以制得DLC膜。之后众多研究者利用含去离子水溶液或含氢添加剂的碳源体系在较低电压下制得了DLC膜, 例如江等人[4]采用二甲亚砜的去离子水溶液把沉积电压降至150 V左右, S.Gupta等人[5]在低于30 V条件下在ITO玻璃表面成功制备了DLC膜。本文以乙醇为碳源, 通过加入含有少量KCI的去离子水溶液, 成功的在60 V电压下, 在铜基底上制备出了DLC膜, 并用扫描电镜 (SEM) , Raman光谱对膜形貌和成份结构进行了表征。
1 实验方法
实验装置如图1所示, 主要包括:玻璃槽、直流电源、恒温水浴器、电极、基底等。实验使用含有体积分数为10%分析纯乙醇去离子水溶液, 并在混合溶液中加入质量分数为0.5%的KCl作为电解质增加溶液导电性。阳极为抛光石墨, 铜材料 (15 mm×10 mm×1.8 mm) 既充当阴极又为基底。沉积前先对其沉积面进行机械抛光, 然后分别用酒精、丙酮、去离子水超声5 min。将铜基底装夹在与阳极石墨电极对面放置的另一个石墨电极上之后, 调整阳极电极与铜基底沉积面的间距为5 mm。使用0~200 V连续可调的直流电源, 保持恒温水浴槽温度为25℃, 沉积时间30 min。使用LEO1530VP扫描电镜对薄膜形貌进行表征;使用Labram HR800Raman光谱仪测试薄膜结构, 激光波长为514 nm, 分辨率小于1 cm-1, 扫描范围1 000~1 800 cm-1。
2 实验结果与讨论
2.1 电流密度
Namba[6]认为在薄膜沉积过程中电流密度的大小能够反映出电极反应进行的快慢并对薄膜生长速度有重要影响。本实验在选用分析纯乙醇、去离子水的同时, 通过加入少量KCI作为电解质, 发现在沉积电压降低的同时, 电流密度显著提高了。电流密度变化曲线如图2所示。由图2可以看出, 实验中电流密度达到了3.5 A/cm2, 与以纯有机溶液以及加入去离子水或其它含氢添加剂做为电解液的实验相比有了大幅提高[7,8,9]。在沉积30 min后即可观察到在基底表得到了一层均匀致密薄膜, 表明实验中薄膜生长速度较高, 这与较高的电流密度相一致。电流密度的变化趋势为:在增加电压的过程中, 电流密度与电压成正比关系, 随后一小段时间内仍然有所增加, 后逐渐减小并趋于稳定。这与多数以甲醇, 乙醇为碳源的研究者[10,11]所报道的电流密度变化趋势相似。在实验中, 在电压稳定后的约2 min内电流密度继续增加, 这主要是由于通电后, 在较大的电流密度下, 电极产生热量, 在基底温度与电极系统以及恒温水浴槽之间达到热平衡之前, 基底温度处于上升阶段, 此外, 电极反应开始后, 溶液中会产生更多的导电离子并连同溶液中原有导电离子一起向阴阳两极富集, 因此, 这一阶段会出现电流密度上升的趋势。当系统温度达到平衡, 且电极反应稳定后, 由于基底表面不断生长出电导率较低的DLC膜, 电流密度开始下降并趋于稳定。
2.2 形貌研究
在所述实验方法下, 经过30 min在铜基底表面沉积得到了一层宏观上均匀致密的棕黑色薄膜, 该薄膜不溶于乙醇, 丙酮等有机溶剂, 表现出了良好的化学惰性, 其典型SEM图像如图3所示。
图3 (a) , 图3 (b) 分别为不同放大倍数下的SEM图像, 从图3 (a) 中可以看出, 薄膜生长均匀连续, 粗糙度较小。从图3 (b) 中可以看出, 薄膜微观上不够致密, 带有间隙的疏松状, 这可能与薄膜生长过程中由于电流密度较大, 反应剧烈, 在基底表面产生较多气泡所致。另外, 从图3 (b) 中还可以观察到, 薄膜微观上由许多球形纳米颗粒组成, 这与杜景永、张贵峰等[8]人的实验结果相似。
2.2 类金刚石膜 (DLC) 的结构成份
Raman光谱作为一种快速而无损的表面结构分析测试手段, 常被用来对石墨、金刚石、类金刚石等碳质材料进行研究。通常认为, 典型的DLC膜的拉曼光谱在1 360 cm-1和1 580 cm-1处表现为两个宽化的峰, 分别称为D峰和G峰。其中D峰被认为是含有金刚石成份 (SP3碳键) 的无定形碳, 而G峰则对应于石墨型碳 (SP2碳键) 。另外, 不同DLC膜由于SP3碳键和SP2碳键含量比例, 含氢量多少等结构上的差异, 其拉曼光谱在峰值强度, 半高宽等参数上也会有所不同[12,13]。
本实验样品所测得的拉曼如图4所示。由图4可以看出在1 598 cm-1附近的有一明显的特征峰, 表明薄膜中含有一定量石墨形态结构。而在1 349 cm-1附近的特征峰表明, 膜中含有SP3碳键结构, 即所沉积膜为典型类金刚 (DLC) 石膜。由于DLC膜拉曼光谱中D峰和G峰的相对强度以及G峰的峰位主要受SP2和SP3碳键相对含量的影响, 因此通过对拉曼光谱的进一步研究可以得到所沉积膜中SP2和SP3碳键相对含量的高低[14,15]。经过对Raman光谱进行高斯分解后如图5所示, 相关参数见表1。
由表1中可以看出, D峰和G峰强度之比为ID/IG为1.0, 面积之比为1.23, 另外, 根据G峰峰位可以得到薄膜中SP3碳键含量约为30%。
3 结语
1) 以乙醇为碳源, 通过加入含有少量KCl的去离子水作为添加剂, 在60 V电压下, 在铜基底上成功制备了DLC膜。
2) 通过少量KCI添加剂的加入, 大幅降低了沉积电压, 并提高了电流密度, SEM研究表明薄膜均匀连续, 有低的表面粗糙度。
3) Raman光谱研究表明所沉积薄膜中SP3碳键含量约为30%。
摘要：采用液相电化学沉积方法, 以乙醇为碳源, 并加入含有KCI的去离子水溶液, 在较低电压下 (60 V以下) , 在铜基底上沉积出类金刚石 (DLC) 薄膜。用SEM表征薄膜表面形貌, 用Raman光谱表征薄膜成份结构。结盟表明, 少量KCI的加入, 能够大幅降低沉积电压并提高DLC的沉积速率;沉积出的类金刚石膜均为连续, 有较低的表面粗糙度;SP3碳键含量较高 (约为30%) 。
化学教学设计 合成化学与人类健康 第2篇
合成化学是新药发现的主要动力和药物制造工业技术进步的源头。20世纪是人类社会发生深刻变化的世纪，在过去的100多年中，特别是20世纪50年代以后，人类的平均寿命和健康水平得到了空前的提高。这一巨大进步很大程度上归功于合成药物的发展，其中最为重要的当属抗菌剂和抗生素的开发。上世纪初，由病原微生物引起的炎症和传染病是人类健康的巨大威胁，当时医生对于流行脑膜炎、肺炎、败血症等这些现在已经十分普通的症状束手无策，甚至人们可能仅仅因一次感染而死亡。19世纪后半叶，在珀金（W．H．Perkin）合成的苯胺类染料的基础上，德国细菌学家郭霍（H．H．R．Koch）尝试用这些染料对细菌进行染色，成功创建了细菌染色法，大大促进了微生物学的发展。同时，科学家在用染料对细菌进行染色的试验过程中，观察到某些合成染料有一定的杀菌作用，1932年，德国I．G．染料工业研究所病理学主任杜马克（G．J．P．Domagk）在试验过程中发现，一种被称为“百浪多息”（Prontosil）的红色的偶氮类染料对于感染溶血性链球菌的小白鼠以及兔、狗等都具有很好的疗效，并以此染料挽救了身患链球菌败血病的女儿，一个人工合成抗感染疾病化学治疗药物的新纪元由此开启。科学家通过对这一药物作用机理的进一步研究发现，百浪多息的杀菌作用实际上是由于其在体内发生降解所生成的产物4—氨基苯磺酰胺（也就是我们熟知的“磺胺”）产生的，从而诞生了磺胺类药物，并挽救了无数人的生命，杜马克也因此获得了1939年的诺贝尔生理学或医学奖。在磺胺的启发下，化学家们又合成了无数的磺胺类似物，并通过研究磺胺类药物的化学结构和抑菌作用的关系，从中寻找更为强效、更为广谱的抗菌剂，现在已经有20多种磺胺类的药物在市场上销售。
磺胺药物只是现在全世界正在使用中的成千上万种化学合成药物中的一员。但是仅从磺胺的发展历程中便可以窥见化学合成所起的巨大作用：不论是最早合成的、与抗菌似乎关系不大的染料，还是基于磺胺改造获得的更为强效的磺胺类药物，都依赖于合成化学所赐。可以想象，没有合成化学，像磺胺这样现在看来再平常不过的抗菌剂根本不可能被发现，更不用说那些结构复杂、利用不断发展完善的化学合成技术获得的、过去很难或者不可能合成的化学药物。类似青霉素这样的抗生素药物，曾经挽救了无数的生命，但目前的问题是，随着微生物耐药性的增加，抗生素的使用寿命已愈来愈短。而且，由于细菌抗药性的发展，现在青霉素的给药剂量已经比60年前增加了数十万倍。然而，从天然来源发现新结构类型、效果更好的抗生素越来越困难。但合成化学家运用化学合成方法，在青霉素的基础上，通过结构修饰创造出了更多的、效果更好的抗生素系列，比如我们熟知的阿莫西林这样一类“西林”类的抗生素，有效地解决了这一问题。
2009年，全球前200个销售额最大的药物[5]中，至少有140种是化学合成药物，这还不包括那些半合成的化学药物。在今天以及可预见的未来，化学合成药物仍然会是最重要的治疗药物。然而药物中合成化学的作用似乎越来越被忽视，药物的品牌化开发，温情脉脉的药品广告，让人联想到的更多是“生物科技”、“蛋白组”、“基因”这样一些“时尚”的名词，兼以在当今提倡“节能减排”、“绿色环保”的语境下，化学，尤其是合成化学似乎越来越成为其对立面，好像所有牵涉到化学的东西就是“高污染、高耗能、高耗水”的非环保和不健康的东西──这显然有失公允！因为无论公众在感冒时服用的是“泰诺”、“日夜百服宁”还是“白加黑”，也无论这些药物的品牌是多么地出名，它们都是化学合成的产物，并且它们的化学组成其实别无二致。要消除这样的负面的印象，一方面需要化学家们不断地科普宣传，更需要引导媒体进行平衡地报道。
聚焦广东高考化学有机合成题 第3篇
生活中，塑料、橡胶、合成纤维等有机合成材料比比皆是，有机合成在生活中扮演着重要角色。与此同时，本着绿色合成与原子经济性理念的合成研究，有机合成也出现在广东高考化学学科的考试大纲中。本文聚焦广东高考化学中的“有机合成”，通过统计分析2011年至2014年的广东高考化学卷第30题的有机物合成题，从一个焦点、六个方向对考题进行解读研究，同时进行教学思考和学习总结。
一、教学和学习的焦点
近四年广东高考化学卷第30题的有机物合成题，占15～16分，此类题分值所占比例大且稳定。主要考点经归纳如下：
不难看出，这几年主要考查的知识点有：有机物分子式、结构简式的确定和书写，反应类型（如消去反应）的判断，同分异构体的书写，有关有机反应化学方程式的书写，主要官能团（如醛基）的特征反应（如银镜反应）、转移及其知识迁移，由核磁共振氢谱峰面积比来判断分子，以及相关反应的量、反应摩尔数的计算。
应对有机合成题，教学和学习的焦点是：有机物的组成及结构（分子式、结构式、结构简式）、物理性质（状态、熔沸点、密度、气味、溶解性）、化学性质（氧化还原性、酸碱性）、官能团性质（特征反应）、化学反应（反应类型、反应条件、反应方程式、反应物质的量）以及制备方法、鉴别方法和分离提纯、体现有机物间的联系转化等。
二、教学和学习的六个方向
方向一：立足命题出发点
以新课标《化学5（选修）》（人民教育出版社，2007年，第3版）——《有机化学基础》为基础，以重要有机物的转换为主线，考查在有机物的性质及联系的基础上进行的官能团反应、有机转化，或者在已知合成的基础上进行效仿，利用已学化学反应、官能团性质进行类比，找到有机物的合成方法，从而合成TM的能力；提供信息，融合基础知识和最新研究成果，考查学生掌握基础知识的能力和知识延伸、迁移的能力。
方向二：精确解读考纲
通行证——“掌握解答的基本思路和方法”，考查分
析原料和目标物的区别和联系，从正向、反向或由中间体向两边分析的能力，注意分析提供的合成例子或合成信息；
桥梁1——“构建目标物分子骨架，引入或转化官能团”，分子结构决定性质，考查拆分结构、抓住官能团的变化的能力；
桥梁2——“运用各种化学反应及其联系”，考查对整体知识框架的掌握、各种化学反应的了解程度，找出联系并运用的能力；
最终目的——“巩固并加深理解各类化学反应以及各官能团之间的相互转化关系和转化条件”，考查对基础知识的掌握程度，运用知识、延伸知识和知识迁移的能力。
方向三：把握合成主角——官能团
有机物的性质主要由官能团决定，官能团是合成的主角。常见官能团有碳碳双键、碳碳三键、卤素原子、苯环、羟基、碳氧双键、醛基、羧基、酯基、氨基、硝基、磺酸基等。要想正确地完成考题，在教学和学习中必须掌握：
（1）各种官能团的性质：氧化性、还原性、酸性（醇、苯酚和羧酸都有酸性，均可与钠反应生成氢气，酸性大小是羧酸>碳酸>苯酚；强酸生成弱酸）、碱性（乙酸钠等）；酚羟基和醇羟基的不同；酮和醚的不同；苯不能使酸性高锰酸钾褪色，苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
（2）各种官能团的反应类型：氧化还原反应、消去反应、取代反应、加成反应、酯化反应、聚合反应和可逆反应。
（3）官能团反应条件不同，则反应类型不同，产物不同：卤代烃在氢氧化钠水溶液中发生取代反应，在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应；烯烃低温易发生加成反应，高温或光照易发生取代反应；二烯烃的1，2加成和1，4加成等。
（4）官能团的特征反应：例如碳碳双键、碳碳三键可使溴水、高锰酸钾溶液褪色，苯的同系物可使高锰酸钾溶液褪色；醛基与银氨溶液水浴加热发生银镜反应，与新制氢氧化铜溶液反应生成砖红色沉淀；苯酚使浓溴水褪色并产生白色沉淀，使氯化铁溶液变为紫色。
（5）官能团同系物和同分异构体，存在种类、数目、位置的异构。
（6）官能团间的相互转化：例如烷被卤代为卤代烃，卤代烃被水解为醇，醇被氧化为醛。
（7）催化剂对官能团的影响，官能团间活度的相互影响。
方向五：熟悉合成方法
合成路线离不开原料、中间体和目标物，重点在“变”。在教学和学习中要清楚合成的关键在于抓住原料和目标物的变化，可进行分子组成对比，看两者间分
子式有何区别，有哪些不同的元素、官能团、结构、物理性质和化学性质，结合中间体，运用所学知识，找出可产生相应改变的化学反应。
方向六：教与学的思考
（1）从教师教学的角度思考
讲授课内知识时强调基础性知识、强化重难点，让学生掌握并学会应用；
关注有机合成发展，联系课内知
识，进行知识延伸；
对学生进行专题训练，及时帮助学生复习巩固知识；
对典型例题进行具体分析，讲解常考热点，讲清思路方法；
鼓动学生的自主性、创新性，培养学生的发散性思维。
（2）学生学习的角度思考
掌握整个基础知识构架，如各类有机物的组成、结构、性质、特征反应及相互衍生关系，把握重难点，注意易错点，总结规律，进行针对性的复习；
学会从多方面思考问题，拓宽解题思路，可从正反向思维来判断合成路线；
关注生活、社会问题，关注有机化学发展的前沿，关注热点，学会迁移知识。
（3）总的来说，在教学和学习中，应做到：
抓关键点，对出现的有机物官能团做标记，找出转化关系；
看清反应条件：“氢氧化钠水溶液”、“氢氧化钠醇溶液”、有无催化剂等；
书写同分异构体时，考虑其具体特征：有无支链、结构是否对称、“与碳酸氢钠反应生成二氧化碳”、“不含甲基”等；
抓字眼：“银镜反应”“足量”“少量”等；
从特殊入手：例如甲酸，既有醛的性质，也有酸的性质；
利用规律：强酸生成弱酸；
书写反应方程式时，注意反应条件是否书写；
计算有机物消耗的物质的量，可通过官能团来计算：例如，1mol酚羟基、羧基、酯基发生取代反应都消耗1mol氢氧化钠，卤代烃发生水解反应，有几个卤原子就消耗几摩尔氢氧化钠。
有机合成题是有机学习中重点学习的对象之一，我们不仅要扎实掌握有机基础知识，还要学会利用有机物间的联系，进行知识延伸、知识迁移，灵活处理信息。学习之余，关注社会热点，了解有机合成的发展及其在生活中的运用，这对学习有机合成有很大的帮助。聚集广东高考化学有机物合成题，在教学中，集中焦点，抓住六个方向，就可以轻松应对合成题。
（责任编辑罗艳）endprint
生活中，塑料、橡胶、合成纤维等有机合成材料比比皆是，有机合成在生活中扮演着重要角色。与此同时，本着绿色合成与原子经济性理念的合成研究，有机合成也出现在广东高考化学学科的考试大纲中。本文聚焦广东高考化学中的“有机合成”，通过统计分析2011年至2014年的广东高考化学卷第30题的有机物合成题，从一个焦点、六个方向对考题进行解读研究，同时进行教学思考和学习总结。
一、教学和学习的焦点
近四年广东高考化学卷第30题的有机物合成题，占15～16分，此类题分值所占比例大且稳定。主要考点经归纳如下：
不难看出，这几年主要考查的知识点有：有机物分子式、结构简式的确定和书写，反应类型（如消去反应）的判断，同分异构体的书写，有关有机反应化学方程式的书写，主要官能团（如醛基）的特征反应（如银镜反应）、转移及其知识迁移，由核磁共振氢谱峰面积比来判断分子，以及相关反应的量、反应摩尔数的计算。
应对有机合成题，教学和学习的焦点是：有机物的组成及结构（分子式、结构式、结构简式）、物理性质（状态、熔沸点、密度、气味、溶解性）、化学性质（氧化还原性、酸碱性）、官能团性质（特征反应）、化学反应（反应类型、反应条件、反应方程式、反应物质的量）以及制备方法、鉴别方法和分离提纯、体现有机物间的联系转化等。
二、教学和学习的六个方向
方向一：立足命题出发点
以新课标《化学5（选修）》（人民教育出版社，2007年，第3版）——《有机化学基础》为基础，以重要有机物的转换为主线，考查在有机物的性质及联系的基础上进行的官能团反应、有机转化，或者在已知合成的基础上进行效仿，利用已学化学反应、官能团性质进行类比，找到有机物的合成方法，从而合成TM的能力；提供信息，融合基础知识和最新研究成果，考查学生掌握基础知识的能力和知识延伸、迁移的能力。
方向二：精确解读考纲
通行证——“掌握解答的基本思路和方法”，考查分
析原料和目标物的区别和联系，从正向、反向或由中间体向两边分析的能力，注意分析提供的合成例子或合成信息；
桥梁1——“构建目标物分子骨架，引入或转化官能团”，分子结构决定性质，考查拆分结构、抓住官能团的变化的能力；
桥梁2——“运用各种化学反应及其联系”，考查对整体知识框架的掌握、各种化学反应的了解程度，找出联系并运用的能力；
最终目的——“巩固并加深理解各类化学反应以及各官能团之间的相互转化关系和转化条件”，考查对基础知识的掌握程度，运用知识、延伸知识和知识迁移的能力。
方向三：把握合成主角——官能团
有机物的性质主要由官能团决定，官能团是合成的主角。常见官能团有碳碳双键、碳碳三键、卤素原子、苯环、羟基、碳氧双键、醛基、羧基、酯基、氨基、硝基、磺酸基等。要想正确地完成考题，在教学和学习中必须掌握：
（1）各种官能团的性质：氧化性、还原性、酸性（醇、苯酚和羧酸都有酸性，均可与钠反应生成氢气，酸性大小是羧酸>碳酸>苯酚；强酸生成弱酸）、碱性（乙酸钠等）；酚羟基和醇羟基的不同；酮和醚的不同；苯不能使酸性高锰酸钾褪色，苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
（2）各种官能团的反应类型：氧化还原反应、消去反应、取代反应、加成反应、酯化反应、聚合反应和可逆反应。
（3）官能团反应条件不同，则反应类型不同，产物不同：卤代烃在氢氧化钠水溶液中发生取代反应，在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应；烯烃低温易发生加成反应，高温或光照易发生取代反应；二烯烃的1，2加成和1，4加成等。
（4）官能团的特征反应：例如碳碳双键、碳碳三键可使溴水、高锰酸钾溶液褪色，苯的同系物可使高锰酸钾溶液褪色；醛基与银氨溶液水浴加热发生银镜反应，与新制氢氧化铜溶液反应生成砖红色沉淀；苯酚使浓溴水褪色并产生白色沉淀，使氯化铁溶液变为紫色。
（5）官能团同系物和同分异构体，存在种类、数目、位置的异构。
（6）官能团间的相互转化：例如烷被卤代为卤代烃，卤代烃被水解为醇，醇被氧化为醛。
（7）催化剂对官能团的影响，官能团间活度的相互影响。
方向五：熟悉合成方法
合成路线离不开原料、中间体和目标物，重点在“变”。在教学和学习中要清楚合成的关键在于抓住原料和目标物的变化，可进行分子组成对比，看两者间分
子式有何区别，有哪些不同的元素、官能团、结构、物理性质和化学性质，结合中间体，运用所学知识，找出可产生相应改变的化学反应。
方向六：教与学的思考
（1）从教师教学的角度思考
讲授课内知识时强调基础性知识、强化重难点，让学生掌握并学会应用；
关注有机合成发展，联系课内知
识，进行知识延伸；
对学生进行专题训练，及时帮助学生复习巩固知识；
对典型例题进行具体分析，讲解常考热点，讲清思路方法；
鼓动学生的自主性、创新性，培养学生的发散性思维。
（2）学生学习的角度思考
掌握整个基础知识构架，如各类有机物的组成、结构、性质、特征反应及相互衍生关系，把握重难点，注意易错点，总结规律，进行针对性的复习；
学会从多方面思考问题，拓宽解题思路，可从正反向思维来判断合成路线；
关注生活、社会问题，关注有机化学发展的前沿，关注热点，学会迁移知识。
（3）总的来说，在教学和学习中，应做到：
抓关键点，对出现的有机物官能团做标记，找出转化关系；
看清反应条件：“氢氧化钠水溶液”、“氢氧化钠醇溶液”、有无催化剂等；
书写同分异构体时，考虑其具体特征：有无支链、结构是否对称、“与碳酸氢钠反应生成二氧化碳”、“不含甲基”等；
抓字眼：“银镜反应”“足量”“少量”等；
从特殊入手：例如甲酸，既有醛的性质，也有酸的性质；
利用规律：强酸生成弱酸；
书写反应方程式时，注意反应条件是否书写；
计算有机物消耗的物质的量，可通过官能团来计算：例如，1mol酚羟基、羧基、酯基发生取代反应都消耗1mol氢氧化钠，卤代烃发生水解反应，有几个卤原子就消耗几摩尔氢氧化钠。
有机合成题是有机学习中重点学习的对象之一，我们不仅要扎实掌握有机基础知识，还要学会利用有机物间的联系，进行知识延伸、知识迁移，灵活处理信息。学习之余，关注社会热点，了解有机合成的发展及其在生活中的运用，这对学习有机合成有很大的帮助。聚集广东高考化学有机物合成题，在教学中，集中焦点，抓住六个方向，就可以轻松应对合成题。
（责任编辑罗艳）endprint
生活中，塑料、橡胶、合成纤维等有机合成材料比比皆是，有机合成在生活中扮演着重要角色。与此同时，本着绿色合成与原子经济性理念的合成研究，有机合成也出现在广东高考化学学科的考试大纲中。本文聚焦广东高考化学中的“有机合成”，通过统计分析2011年至2014年的广东高考化学卷第30题的有机物合成题，从一个焦点、六个方向对考题进行解读研究，同时进行教学思考和学习总结。
一、教学和学习的焦点
近四年广东高考化学卷第30题的有机物合成题，占15～16分，此类题分值所占比例大且稳定。主要考点经归纳如下：
不难看出，这几年主要考查的知识点有：有机物分子式、结构简式的确定和书写，反应类型（如消去反应）的判断，同分异构体的书写，有关有机反应化学方程式的书写，主要官能团（如醛基）的特征反应（如银镜反应）、转移及其知识迁移，由核磁共振氢谱峰面积比来判断分子，以及相关反应的量、反应摩尔数的计算。
应对有机合成题，教学和学习的焦点是：有机物的组成及结构（分子式、结构式、结构简式）、物理性质（状态、熔沸点、密度、气味、溶解性）、化学性质（氧化还原性、酸碱性）、官能团性质（特征反应）、化学反应（反应类型、反应条件、反应方程式、反应物质的量）以及制备方法、鉴别方法和分离提纯、体现有机物间的联系转化等。
二、教学和学习的六个方向
方向一：立足命题出发点
以新课标《化学5（选修）》（人民教育出版社，2007年，第3版）——《有机化学基础》为基础，以重要有机物的转换为主线，考查在有机物的性质及联系的基础上进行的官能团反应、有机转化，或者在已知合成的基础上进行效仿，利用已学化学反应、官能团性质进行类比，找到有机物的合成方法，从而合成TM的能力；提供信息，融合基础知识和最新研究成果，考查学生掌握基础知识的能力和知识延伸、迁移的能力。
方向二：精确解读考纲
通行证——“掌握解答的基本思路和方法”，考查分
析原料和目标物的区别和联系，从正向、反向或由中间体向两边分析的能力，注意分析提供的合成例子或合成信息；
桥梁1——“构建目标物分子骨架，引入或转化官能团”，分子结构决定性质，考查拆分结构、抓住官能团的变化的能力；
桥梁2——“运用各种化学反应及其联系”，考查对整体知识框架的掌握、各种化学反应的了解程度，找出联系并运用的能力；
最终目的——“巩固并加深理解各类化学反应以及各官能团之间的相互转化关系和转化条件”，考查对基础知识的掌握程度，运用知识、延伸知识和知识迁移的能力。
方向三：把握合成主角——官能团
有机物的性质主要由官能团决定，官能团是合成的主角。常见官能团有碳碳双键、碳碳三键、卤素原子、苯环、羟基、碳氧双键、醛基、羧基、酯基、氨基、硝基、磺酸基等。要想正确地完成考题，在教学和学习中必须掌握：
（1）各种官能团的性质：氧化性、还原性、酸性（醇、苯酚和羧酸都有酸性，均可与钠反应生成氢气，酸性大小是羧酸>碳酸>苯酚；强酸生成弱酸）、碱性（乙酸钠等）；酚羟基和醇羟基的不同；酮和醚的不同；苯不能使酸性高锰酸钾褪色，苯的同系物能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
（2）各种官能团的反应类型：氧化还原反应、消去反应、取代反应、加成反应、酯化反应、聚合反应和可逆反应。
（3）官能团反应条件不同，则反应类型不同，产物不同：卤代烃在氢氧化钠水溶液中发生取代反应，在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应；烯烃低温易发生加成反应，高温或光照易发生取代反应；二烯烃的1，2加成和1，4加成等。
（4）官能团的特征反应：例如碳碳双键、碳碳三键可使溴水、高锰酸钾溶液褪色，苯的同系物可使高锰酸钾溶液褪色；醛基与银氨溶液水浴加热发生银镜反应，与新制氢氧化铜溶液反应生成砖红色沉淀；苯酚使浓溴水褪色并产生白色沉淀，使氯化铁溶液变为紫色。
（5）官能团同系物和同分异构体，存在种类、数目、位置的异构。
（6）官能团间的相互转化：例如烷被卤代为卤代烃，卤代烃被水解为醇，醇被氧化为醛。
（7）催化剂对官能团的影响，官能团间活度的相互影响。
方向五：熟悉合成方法
合成路线离不开原料、中间体和目标物，重点在“变”。在教学和学习中要清楚合成的关键在于抓住原料和目标物的变化，可进行分子组成对比，看两者间分
子式有何区别，有哪些不同的元素、官能团、结构、物理性质和化学性质，结合中间体，运用所学知识，找出可产生相应改变的化学反应。
方向六：教与学的思考
（1）从教师教学的角度思考
讲授课内知识时强调基础性知识、强化重难点，让学生掌握并学会应用；
关注有机合成发展，联系课内知
识，进行知识延伸；
对学生进行专题训练，及时帮助学生复习巩固知识；
对典型例题进行具体分析，讲解常考热点，讲清思路方法；
鼓动学生的自主性、创新性，培养学生的发散性思维。
（2）学生学习的角度思考
掌握整个基础知识构架，如各类有机物的组成、结构、性质、特征反应及相互衍生关系，把握重难点，注意易错点，总结规律，进行针对性的复习；
学会从多方面思考问题，拓宽解题思路，可从正反向思维来判断合成路线；
关注生活、社会问题，关注有机化学发展的前沿，关注热点，学会迁移知识。
（3）总的来说，在教学和学习中，应做到：
抓关键点，对出现的有机物官能团做标记，找出转化关系；
看清反应条件：“氢氧化钠水溶液”、“氢氧化钠醇溶液”、有无催化剂等；
书写同分异构体时，考虑其具体特征：有无支链、结构是否对称、“与碳酸氢钠反应生成二氧化碳”、“不含甲基”等；
抓字眼：“银镜反应”“足量”“少量”等；
从特殊入手：例如甲酸，既有醛的性质，也有酸的性质；
利用规律：强酸生成弱酸；
书写反应方程式时，注意反应条件是否书写；
计算有机物消耗的物质的量，可通过官能团来计算：例如，1mol酚羟基、羧基、酯基发生取代反应都消耗1mol氢氧化钠，卤代烃发生水解反应，有几个卤原子就消耗几摩尔氢氧化钠。
有机合成题是有机学习中重点学习的对象之一，我们不仅要扎实掌握有机基础知识，还要学会利用有机物间的联系，进行知识延伸、知识迁移，灵活处理信息。学习之余，关注社会热点，了解有机合成的发展及其在生活中的运用，这对学习有机合成有很大的帮助。聚集广东高考化学有机物合成题，在教学中，集中焦点，抓住六个方向，就可以轻松应对合成题。
电化学合成 第4篇
关键词：二茂铁,Schiff碱,电化学性质
自Kealy等[1]合成二茂铁 (Ferrocene, Fc) 以来, 二茂铁及其衍生物越来越备受人们关注。大量的研究发现, 二茂铁类化合物是一类含有铁的夹心型结构分子, 高度富电子, 具有芳香性强, 热稳定性好, 毒性低, 容易被进行结构修饰, 在常见的溶剂中能够经受可逆的单电子氧化, 具有可受环境影响的可逆氧化还原电子等性质。这使得二茂铁类化合物在化学制药、有机合成、功能材料、光电化学等领域有着广泛的用途, 是一类重要的金属化合物[2,3,4,5]。二茂铁基Schiff碱也是二茂铁的一类衍生物, 也是当前二茂铁衍生物的研究热点[6,7,8], 具有良好的光学催化性能和潜在的药理活性, 已经较多的文章对其结构和光学性质进行了报道[9,10]。但是, 对二茂铁Schiff碱的电化学性质的研究却较少, 这对深入和广泛应用二茂铁Schiff碱十分不利;此外, 目前合成的二茂铁Schiff碱基本上都是用二茂铁甲醛或乙酰二茂铁与胺缩合得到来制备, 而采用氨基二茂铁与醛缩合二茂铁Schiff碱却很少被研究。因此, 本文合成了两个同分异构体的二茂铁Schiff碱, 并研究其电化学性质, 探讨C=N的位置对Schiff碱电化学性质的影响。其中二茂铁Schiff碱3是采用氨基二茂铁和苯甲醛反应制得, 而二茂铁Schiff碱3是应用二茂铁甲醛和苯胺缩合产生 (图1) , Schiff碱3和6是一对同分异构体。
1实验部分
1.1仪器及试剂
Bruker AM-400Hz型核磁共振仪 (TMS内标) ;XR4显微熔点测定仪 (上海光学仪器厂) ;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 (河南巩义市予华仪器有限责任公司) ;FA (N) /JA (N) 系列MINQI∧O电子天平 (上海民桥精密科学仪器有限公司) ;DZF-6030A真空干燥箱 (河南兄弟仪器设备有限公司) ;CHI 660C型电化学分析仪 (上海辰华仪器有限公司) 。
氨基二茂铁 (含量>98%, 上海瀚香生物科技有限公司) ;苯甲醛、二茂铁甲醛 (含量>99%, 阿拉丁试剂有限公司) , 合成使用的其他试剂均为市售分析纯 (质量分数≥99%) ;GF254硅胶薄层板 (青岛海洋化工厂) ;200-300目柱层析硅胶 (青岛海洋化工厂) ;水为蒸馏水。
1.2二茂铁Schiff碱3和6的合成
氩气保护下, 将氨基二茂铁1或二茂铁甲醛4 (1.1mmol) 、苯甲醛2或苯胺3 (1.1 mmol) 溶解到20 m L的无水甲醇中, 加热回流反应7 h, 析出橙色的沉淀, 过滤, 滤饼真空干燥过夜即得到了二茂铁Schiff碱3和6。
N- (二茂铁基) -1-苯基甲亚胺 (3) 产率:85.9%, mp:166-169℃, IR (KBr) :3097, 3081, 1594, 1105, 1042, 1002, 834 cm-1;1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ:8.43 (s, 1H, CH=N) , 7.69 (d, J=8.4 Hz, 2H, Ar-H) , 7.38-7.44 (m, 3H, Ar-H) , 4.54 (s, 5H, C5H5) , 4.28 (s, 2H, C5H4) , 4.25 (s, 2H, C5H4) .Anal.Calcd.For C17H15Fe N:C, 70.61;H, 5.23;Found (%) :C, 70.65;H, 5.22.
1-二茂铁基-N-苯基甲亚胺 (6) 产率:82.3%, mp:161-163℃;IR (KBr) :3094, 3075, 1591, 1107, 1046, 1008, 842 cm-1;1HNMR (400 MHz, CDCl3) δ:8.41 (s, 1H, CH=N) , 7.32 (d, J=8.8Hz, 2H, Ar-H) , 7.29 (d, J=8.4 Hz, 2H, Ar-H) , 7.07-7.13 (m, 1H, Ar-H) , 4.55 (s, 5H, C5H5) , 4.26 (s, 2H, C5H4) , 4.21 (s, 2H, C5H4) .Anal.Calcd.For C17H15Fe N:C, 70.61;H, 5.23;Found (%) :C, 70.65;H, 5.22.
1.3二茂铁Schiff碱电化学测试
使用CHI 660C型电化学工作站, 采用三电极体现测试。玻碳电极为工作电极, 铂丝电极为对照电极, Ag+/Ag为参比电极, 高氯酸四丁基铵 (TBAP, 0.1mol/L) 为支持电解质, 二氯甲烷为溶剂, 扫描速度为0.1 V/s, 扫描范围为-0.20-0.80 V, 二茂铁Schiff碱的浓度为1×10-3mol/L, 测试之前通氮气20 min左右以除去氧气, 在氮气的气氛中测试。
2结果与讨论
2.1合成
二茂铁Schiff碱是一种亚胺结果, 在溶液中不稳定, 能够被水解及氧化。因此, 在合成目标Schiff碱时需要在惰性气体的保护下进行, 溶剂甲醇需要进行严格的无水处理;同时, 在Schiff碱干燥需要在真空干燥箱中进行。
2.2波谱数据
在红外光谱中, 3100-3000 cm-1吸收峰归属于二茂铁Schiff碱的苯环的特征吸收峰, 1590cm-1附近吸收峰归属于C=N基的特征吸收峰, 1100-1000 cm-1吸收峰归属于二茂铁基的特征吸收峰。
在1H NMR中, 8.43和8.41 ppm处的单峰归属与Schiff碱中CH=N基氢的信号, 即不同连接方式对亚胺的氢化学位移影响不大;同时, 7.07-7.70 ppm处有五个质子信号归属于Schiff碱苯环上的五个氢信号;此外, 在4.55, 4.26和4.21 ppm附近出来三组单峰, 积分, 面积比为5:2:2归属于未取代茂环上的五个氢和取代茂环上的四个氢的信号。这些波谱数据说明合成的化合物是目标二茂铁Schiff碱。
2.3电化学性质
由循环伏安实验发现, 二茂铁Schiff碱3和6在-0.2-0.8V均只有一对氧化还原峰。由图2可以发现, 二茂铁Schiff碱3发生了单电子氧化还原反应, 对应于Fc+/Fc电对的电子转移。阴极峰的电位Epc=0.351 V, 阳极峰的电位电势为Epa=0.478 V, E1/2=0.399V, ipc/ipa=0.965 V。同时, 随着扫描增加, 氧化峰和还原峰的峰电流也相应的增大, 并和扫描平方根成正比。这些结果说明Schiff碱3的氧化还原反应是可逆的。
二茂铁Schiff碱6的循环伏安实验结果与Schiff碱3类似, 其电化学数据见表1。从表1的数据可以发现, Schiff碱6也是发生单电子氧化还原反应, 扫描增加, 氧化峰与还原峰的峰电流也相应增大, 且和扫描平方根成正比。由此判断Schiff碱6的氧化还原反应也是可逆的。但是, 比较Schiff碱3和6发现, Schiff碱3的E1/2小于Schiff碱6。这说明Schiff碱3电子离域的程度大于Schiff碱6, 更容易失去电子, 具有更高的氧化还原活性。
3结论
采用胺醛缩合反应, 合成了2个同分异构的二茂铁Schiff碱3和6。电化学研究结果表明, Schiff碱3 (6) 的Epa, Epc, E1/2, ipc/ipa分别为0.351 (0.376) , 0.478 (0.488) , 0.399 (0.421) , 0.965 (1.024) V;希夫碱的C=N键位置对电化学性质有显著地影响, 采用氨基二茂铁合成的Schiff碱3比常见的用二茂铁甲醛合成的Schiff碱6具有更强的氧化还原能力。本研究探讨了二茂铁Schiff碱化学结构和性质之间的关系, 对今后开发二茂铁Schiff碱类光电功能材料具有一定的指导意义。
参考文献
[1]Kealy TJ, Pauson PL.A new type of organo-iron compound[J].Nature, 1951, 168 (4285) :1039-1040.
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[3]Paitandi RP, Gupta RK, Singh RS, et al.Interaction of ferrocene appended Ru (II) , Rh (III) and Ir (III) dipyrrinato complexes with DNA/protein, molecular docking and antitumor activity[J].Eur J Med Chem, 2014, 84 (84) :17-29.
[4]Salas PF, Herrmann C, Cawthray JF, et al.Structural characteristics of chloroquine-bridged ferrocenophane analogues of ferroquine may obviate malaria drug-resistance mechanisms[J].J Med Chem, 2013, 56 (4) :1596-1613.
[5]叶宏民, 王薇, 朱晓晓等.1-二茂铁基甲基-2-二茂铁基-3-烷基苯并咪唑盐的合成、晶体结构及性质研究[J].有机化学, 2013, 33 (4) :827-834.
[6]刘玉婷, 王捷, 尹大伟等.两种含二茂铁基Schiff碱的合成及其抑菌活性[J].精细化工, 2013, 30 (1) :69-71.
[7]刘玉婷, 殷艳佼, 李鑫等.含二茂铁基Schiff碱及其金属配合物的合成、表征及其抑菌活性[J].精细化工, 2014, 31 (4) :467-470.
[8]Camp C, Chatelain L, Mougel V, et al.Ferrocene-based tetradentate Schiff bases as supporting ligands in uranium chemistry[J].Inorg Chem, 2015, 54 (12) :5774-5783.
[9]李孝娟, 孙世玲, 刘艳等.新含二茂铁双Schiff碱配体及其Ni (Ⅱ) 配合物电子光谱和二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究[J].高等学校化学学报, 2011, 32 (1) :155-160.
[10]李文昭, 梁挣, 郭梦笔等.含二茂铁基Schiff碱类化合物的设计、合成及抗真菌活性研究[J].中国药物化学杂志, 2015, 25 (26) :430-435.
[11]刘玉婷, 傅雀军, 吕博等.含二茂铁基Schiff碱的研究进展[J].化工技术与开发, 2008, 37 (11) :28-31.
电化学合成 第5篇
双二茂铁-钯配合物的合成,结构和电化学
本文讨论了由二茂铁的C-H…π作用组装的具有类环己烷结构的氨基硫脲钯金属配合物的结构和电化学性能.晶体结构中钯原子以顺式平面正方形的构型分别与两个氨基硫脲配体配位,两个配体中的二茂铁基团位于钯原子同一侧,每个二茂铁与相邻分子中的二茂铁基团通过环戊二烯基环间的C-H…π作用形成由类环己烷结构连结的.二维网状结构.对钯的配合物及相关的镍和锌配合物的电化学研究表明,平面正方型的钯和镍可以有效的传递两个茂铁间的氧化-还原性能.
作 者：陈光 区升举 白志平韩刚 段春迎 作者单位：南京大学配位化学研究所,配位化学国家重点实验室,南京,210093刊 名：无机化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY年，卷(期)：19(5)分类号：O611.4 O614.81+1 O614.82+3关键词：二茂铁 顺式构造 自组装 C-H…π作用 电化学 ferrocene cis-configuration self-assembly C - H…π interaction electrochemistry
绿色化学在药物合成中的应用 第6篇
关键词：绿色学；药物合成；应用
1 概述
绿色化学也可称为环境友好化学、清洁化学或环境无害化学，是用化学技术和化学方法减少或者消除对环境、人体有害的原料、溶剂、试剂、产物和副产物等成分的使用和产生，从源头上消除有毒物质，防止环境污染。绿色化学除具有环境效益外，还具有很高的经济效益，能最大限度的提高原材料的利用率，满足当前节能降耗走可持续发展战略政策的要求。
2 绿色化学特点及其在药物合成中的应用
2.1 绿色化学特点
绿色化学是一种降低环境和人体危害，维护环境平衡的一种技术，该技术具有的特点主要为：①原料的绿色化。绿色化学在选择化工原材料时，一般选择对人体健康和环境无害的物质，如传统合成异氰酸酯常以光气为原料。光气毒性较高，对环境和人体的危害较大；若选用一氧化碳，则能降低合成工艺对环境和人体的危害。②生物技术与催化剂的融合。近年来，新型的催化剂不断与生物技术相融合，极大地减轻了催化使用造成的环境问题。生物型催化剂的使用，为绿色化工合成工艺的实现提供了技术保障，化学合成可在温和的水溶液中进行。例如传统的Friedel-Crafts酰化反应时通常以AlCl3为催化剂，而AlCl3作为一种强酸弱碱性盐会发生水解，且腐蚀性较强。据统计，每生产1吨酰化产物，就能产生3吨酸性铝盐废弃物，造成了资源的极大浪费，同时也给环境造成了巨大的破坏。利用EPZG催化剂可减少90%的用量，且该物质属于无毒催化剂，因此对环境的危害能降低至原来的1/4。③利用率高。绿色工艺不仅能减少污染物的产生，还有助于提高原材料的利用率，尤其是资源较少原材料的利用率。④产品安全。利用绿色化学工艺，可生产低毒、易降解、易残留的化学品，提高化学品的安全性。总之，绿色化学的核心内容为“原子经济性、手性合成、环境友好的反应介质”。
2.2 绿色化学在药物合成中的应用
基于绿色化学的核心内容，以下将从原子经济性、手性合成和环境友好介质三个方面的应用进行介绍。
2.2.1 原子经济性应用。原子经济性的概念最早是由美国化学家Trost提出的，该理论认为合成效率的主要影响因素是选择性和原子经济性，因此，在合成中尽量避免使用保护基团和离去基团，充分利用原材料分子中的原子，提高反应的经济效益。自1991年以来，该理论已经得到了较为广泛的推广，并且取得了一系列突出的成就。以布洛芬药物的合成为例，早期合成路线是以异丁基苯为原料，通过六步反应制得，在纷繁复杂的反应过程中，有大量材料损失，原材料的原子利用率不足50%；该工艺生产过程中会产生大量的无机盐，污染严重，且成本高。
美国Hoeehst-Celanese公司联合Boots公司利用原子经济性原则对生产工艺进行了改进，通过IBPE的碳化即可获得合成的布洛芬，整个反应过程仅为3步，原子利用率也上升至80%；若对乙醇进行回收，则回收率达到99%，相关对比数据可见表1。
2.2.2 手性合成应用。药物是具有生物活性的手性化合物，与它的受体部分通常以手性的方式相互作用，这就导致药物的两个对映体会以不同的方式参与作用并导致不同的效果。现代药物制备多采用合成工艺，而药物则是对经过合成过程最后一步的产物进行拆分而获得。从绿色化学角度来看，上述合成路径会造成大量的污染，原子经济性较差，所以手性合成，即催化的不对称合成可能成为研究的新趋势。不对称催化不仅可提供医药研究所需的中间体，还能改善合成环境，减少对环境和人体的危害。手性合成大体可分为不对称催化氢化和酮的不对称还原两种。美国科学家诺尔斯利用过渡金属对手性分子进行氢化时获得了有效的对映体；随后孟山都公司就利用不对产催化氢化合成了L-多巴，用于治疗帕金森症；日本科学家野依良治进一步完善了用于氢化反应的手性催化剂工艺，将立体选择性提高至100%，实现了不对称催化合成的高效性和实用性。以上研究成果在抗生素、抗癌药物、心血管药领域得到了广泛应用，且疗效是原来药物的几倍甚至几百倍。
2.2.3 清洁反应介质的应用。药物合成工艺中，所用溶剂多为有毒、易燃、易爆、易挥发的有机溶剂。绿色化学工艺研究内容是降低合成工艺中对环境和人体的危害，反应介质的绿色化就成为必然。就目前来说，属于清洁型反应介质的为超临界或超临界流体、水、离子液、无溶剂有机反应等。超临界二氧化碳以其无毒、无害、环保、安全、便捷的特点，已经在化学研究领域和医药等工业领域中得到了广泛应用。水相中有机反应操作简单，安全，且不存在易燃、易爆问题，能省略某些官能团的保护和去保护功能；离子液对无机物、有机物、有配合物等溶解性较好，不仅不易燃、无味，还可实现高速分离，高效回收和可再利用循环。离子液的不足是其适应范围无法满足实际需求，需要不断地研究。无溶剂反应是将原材料、反应物作为溶剂；原料或试剂在熔融状态下反应；固体表面反应三类，无溶剂反应选择性较高，收率好，能耗低。
3 结语
绿色化学是当前化学学科发展的主要方向，利用绿色合成工艺制备药物，可提高原子利用率，降低废弃物的产生，同时减轻药物合成对环境和人体的影响。药物合成的绿色化是一个持续改进的过程，需要科研人员和相关工作者不断引入新方法、新理论，对现有的传统方法进行创新和改进，以构建具有经济性和环境性的药物合成工艺。
参考文献：
[1]孙铁民，王宏亮，谢集照，袁雷，蔡志强.绿色化学在药物合成中的应用[J].精细化工中间体，2008，04：1-6.
[2]陈振明，刘金华，陶军华.生物催化在绿色化学和新药开发中的应用[J].化学进展，2007，12：1919-1927.
[3]肖映春，丁文州.绿色化学在药物合成中分析[J].化学工程与装备，2012，01：107-108.
电化学合成 第7篇
关键词：锂离子电池,LiFePO4,微球,溶剂热,充放电性能
LiFePO4具有价格便宜、无毒、环境相容性好、矿藏丰富、较高的比容量和工作电压、充放电压平缓、循环寿命长、高温性能和安全性能好等优点[1,2,3],有望成为下一代锂离子电池正极材料的主力军。但其较低的电子导电率和Li+传导率成为LiFePO4正极材料致命的弱点[4]。此外,磷酸铁锂材料振实密度低,导致其体积比容量低,制约了该材料的应用[5]。
近来研究证明,通过纳微分级结构设计的电极材料表现出更为优异的性能[6,7,8]。空心微纳米结构较大的空隙可以通过减小应力而提高容量的保持能力,很多材料在形成空心微纳结构以后,其充放电性能会有很大程度的增强[9]。
在众多材料合成方法中,水热溶剂热法以粒径和形貌结构可控等优点成为研究热点。Xie等用水热法得到由一维MnO2纳米棒组成的海胆状空心结构,与分散的MnO2纳米棒相比,海胆状MnO2表现出了更高的比容量和循环稳定性[10]。王洪波等采用溶剂热法合成了ZnMn2O4微米空心球,具有较高的初始放电容量和较好的倍率性能[11]。
Sunhye等采用硬模板法制备出高性能的空心球形LiFePO4锂离子电池材料[12]。但模板法存在工艺过程复杂等缺点,发展简单易行的无模板法对于制备LiFePO4材料具有重要的意义。笔者采用无模板溶剂热法一步合成了由纳米片自组装而成的LiFePO4空心微球,研究了反应体系中的组份比例和反应条件(温度、时间、溶剂)的变化与控制目标产物的结构和形貌之间的关系,并对其电化学性能进行了研究。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
FeSO4·7 H2O,国药集团化学试剂有限公司 ;H3PO4,广东光华化学厂有限公司;LiOH·H2O,上海凌峰化学试剂有限公司;柠檬酸,中国上海试剂一厂;丙三醇,中国上海试剂总厂。以上试剂均为分析纯。实验用水为去离子水。
采用德国Bruker公司D8 ADVANCE X射线衍射仪对所得粉末样品进行物相分析。采用日本电子公司JEM-100SX扫描电镜来观察样品材料的表面形貌。采用美国Thermo公司Nicolet5700型傅立叶红外光谱仪对其表征。美国热电公司NORAN-VANTAGE Ⅳ型能谱仪测定元素含量。Land CT2001C充放电测试仪(武汉市金诺电子有限公司)测试电性能。
1.2 实验方法
以物质的量比为1∶1∶3分别称(量)取FeSO4·7H2O,H3PO4和LiOH·H2O,再称取一定量柠檬酸,将H3PO4,FeSO4.7H2O与柠檬酸混合加入去离子丙三醇和水混合溶剂(V/V=1∶2)中搅拌使之溶解,再将LiOH·H2O固体缓慢加入上述溶液,继续搅拌2h后移入25mL高压反应釜,加热至一定温度恒温反应数小时,自然冷却至室温,减压抽滤,用去离子水、乙醇和丙酮分别洗涤后80℃干燥4h,得产物。
电化学性能测试:试验电池正极片按质量比LiFePO4∶乙炔黑∶PVDF=75∶20∶5的比例混合均匀后压片制成。将制好的电极片于120℃真空干燥24h以上。模拟电池以做好的正极片为正极,金属锂片为负极,celgard2400聚丙烯多孔膜为隔膜,1mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯和二甲基碳酸酯的混合溶液(V、V=1∶1)为电解液。在充满氩气的手套箱里组装不锈钢二电极体系作为二电极模拟电池,在Land充放电测试仪上进行电化学性能测试,温度为室温25℃,电压区间为2.0～4.2V,充放电电流为0.1C。
2 结果与讨论
2.1 柠檬酸量对LiFePO4结构和形貌的影响
改变柠檬酸的添加量n(C6H8O7)∶n(Fe2+)=1.5∶1,1∶1,1∶3,1∶6,同时保持其它条件不变,溶剂热反应24h,研究柠檬酸在产物形成过程中的作用。在原料混合过程中发现随着柠檬酸量的不断增加,前驱体的颜色由白色乳浊液变为柠檬黄澄清液体,因为柠檬酸是强配体,会与Fe(Ⅱ)配位。
从图1(XRD)可见,各衍射峰的位置与LiFePO4 的JCPDS标准卡片(40-1499)峰位一致,表明样品均为橄榄石型结构LiFePO4。但图中所有的衍射峰强度整体都较低,说明样品的结晶度不高,且随柠檬酸量增加产物的衍射峰强度减弱。样品的红外光谱在1200～400cm-1范围都表现出橄榄石结构中磷酸基团(POundefined)的红外吸收峰[13],随着柠檬酸量增加红外谱峰的分裂程度减弱。
从图2可看出柠檬酸用量对产物粒径和形貌有明显影响。图2(a1)显示产品是直径约10～20μm分散性较好的微球,部分微球中心可见一凹陷的空洞。从较高放大倍数的SEM照片图2(a2)来看,这些微球由厚约100nm,宽400～800nm,长约2μm的纳米片自组装而成。图2b形貌与图2a相似,但还存在较多不规则纳米片聚集体。当n(C6H8O7)∶n(Fe2+)=1∶3时,产品多以长橄榄球状存在(图2c),长轴约40μm,短轴约20μm,同时分散着纳米片。图2d中粒子主要为尺度不均的纳米片,还有些不规则形状,这是因为当n(C6H8O7)∶n(Fe2+)=1∶6时,Fe2+没有完全与配位剂配位,自由Fe2+浓度较大,产物成核速率加快,产物趋向于不规则形态。
为了进一步研究柠檬酸对产物形貌影响,将n(C6H8O7)∶n(Fe2+)增加为2∶1和3∶1。扫描照片(图2e-f)显示产品均为片状物组成的无规则团聚物,可见过量柠檬酸不利于获得形貌规则的样品。这说明分级结构微球形成主要依赖于FeC6H6O7配合物的生成,该配合物的形成影响了纳米颗粒的成核和长大过程[14]。
产物的能谱图(图2g)表明,产品中含有元素Fe,P和O(谱图中不出现轻元素Li峰),未检出其它元素,且它们的原子个数比约为1∶1∶4,与LiFePO4的化学式相吻合。
2.2 反应时间对LiFePO4结构和形貌的影响
图3丙三醇-水体系中不同反应时间合成样品的SEM照片(a:2h,b:10h,c:36h,d:48h)和XRD图(f)固定n(C6H8O7)∶n(Fe2+)=1.5∶1,反应温度180℃,对反应产物随时间的变化进行了跟踪。图3(a,b,c,d)分别对应于反应时间为2h,10h,36h,48h产物的SEM图片。当反应进行到2h时,所得产物多为有空洞的不规则团聚物,部分呈微球形。当反应加热到10h时(图3b),可见大量纳米片组装成微球状的痕迹,结构比较松散,球直径约十几μm。24h反应后产物见图2(a1,a2)。当反应时间延长到36h时,纳米片相互穿插聚集成了直径约15～20μm形貌较规整的微米球,在球体周围分散着纳米片。继续加热到48h,纳米片聚集方向有所改变,更高的放大倍数照片(图3e)显示纳米片沿着逆时针方向紧密有序地排列形成了中心带有空洞的微球,微球直径略有减少,空洞内径约几百nm。以上SEM照片表明,空心球是由LiFePO4纳米片自组装聚集而成的,延长反应时间可以得到粒度均匀,形貌规整的微米球。
图3f是不同反应时间样品的XRD图。反应2h尚未生成晶态的LiFePO4;时间延长至10h后,LiFePO4特征峰变得越来越尖锐,说明LiFePO4在溶剂热体系中不断生长,结晶更加趋于完整。
2.3 反应温度对LiFePO4形貌的影响
160℃反应产物为大量纳米片,部分聚集成微球状。温度200℃时产物为分散性好的微米球,直径10～15μm。结合180℃反应产物可见,反应温度会影响纳米片自组装速率,当温度达到180℃及以上时得到了形貌规整、分散性好的空心微球。
2.4 反应介质对LiFePO4形貌的影响
为了研究不同反应介质对产物的影响,在纯水介质条件下进行了产物合成:n(C6H8O7):n(Fe2+)分别为1.5∶1,1∶1,1∶3,1∶6,180℃反应24h。实验发现所得产物粒子无规则聚集,形状杂乱。可见,醇水混合介质是产生分级空心微球的重要条件。
2.5 电化学性能
在 n(C6H8O7)∶n(Fe2+)=1.5∶1,丙三醇-水(体积比为1∶2)介质中180℃反应48h制备样品。图4中样品以0.1C倍率第1周、第2周和第10周的充放电曲线。第1周和第2周充放电曲线有明显稳定的电压平台,充电平台约3.48V,放电平台3.40V左右。其中由于首次充电极化的原因,使得第二次窄而长的电压平台比首次的更加明显,说明材料的动力学性能较好。第2周充电比容量为107.4mAh·g-1,放电比容量为102.7mAh·g-1,充放电效率达95.7%。第10周放电平台有所下降,但放电比容量略有增加。样品在0.1C倍率下的放电比容量及库仑效率与循环次数的关系显示,样品在0.1C放电比容量衰减很少,循环30次后放电比容量为100.1mAh·g-1,保持率为97.5%,说明材料具有较好的稳定性。样品的充放电库仑效率曲线显示几次循环后效率基本接近100%。可见,纳米单元构成的空心球具有良好的结构稳定性,有利于增强材料的容量保持率,但其放电比容量有待提高。
3 结论
电化学合成 第8篇
1 理论教学改革
“万丈高楼平地起”,理论知识是有机合成化学的基石,无论是实验的创新与改革还是学识实践能力的提高都离不开理论的指导。因此,考虑到现今有机合成理论教学的不足,我们从三个方面对应用化学有机合成化学的理论教学进行了改革。
1.1 打破教材编排的教学顺序,构建有机合成的理论框架
目前,有机合成化学教材内容非常丰富,涵盖的知识面比较广[1]。其中有部分知识是有机化学中的重现。基于上述原因,我们在教学过程中,对教材进行了一些处理。如考虑到学生刚学完有机化学,对有机化学反应还记得很清楚,我们把有机合成中的“逆合成分析”进行了提前讲解,从而让学生更好地巩固有机化学反应知识,形成有机合成的理论框架。完成这部分的教学后,我们再讲解书中的基本知识,最后我们可结合一些有趣的化学小故事讲解一些有机化学的前沿、近代一些有机合成方法等内容。这种教学方法可以更好地突出重点、消化难点,开拓学生的思路,既能激发学生对有机合成化学的兴趣,又能提高学生的学习效果。
1.2 巧用多媒体教学,丰富理论课堂
传统的有机合成化学教学常是“满堂灌”的方式,学生学习无味,课堂毫无生机,总感觉老师纸上谈兵,效率低下,而教师教学吃力。因此,我们采用多媒体教学来丰富理论教学。在教学中我们可以给多媒体体课件进行动画制作,配上声音、图像等激发学生上课的兴趣,刺激学生的感官,来提高学生学习效率[2]。同时,我们还可以利用多媒体演示一些基本的有机合成实验,向学生展示标准的实验操作,结合应用化学专业的特点引入一些工厂合成生产的实例,理论和实践结合,让学生体会到有机合成化学不再是有机化学的堆积,而是一门艺术,只有不断学习才能会融会贯通,达到“只缘身在此山中,才识庐山真面目”的境界。
1.3 交换课堂角色,活跃课堂氛围
古往今来,从小学到大学,课堂上都是老师在讲,学生在听,长此以往,学生未免对老师有了一定的依赖,遇到问题不愿自己思考,在教学上达不到素质教育的目标。因此,在教学中应该鼓励通过学生自学的方式开展教学活动,要求他们自己查资料,自己去挖掘教材的重难点。在理论课教学中,可以进行教学角色的交换,由学生主导课堂,每节课轮流安排学生上讲台讲课,讲完后再由学生和老师共同进行探讨交流这堂的内容,学生没讲解清楚的知识再有教师补充。通过这样的一种教学模式,不仅能够丰富课堂教学形式,活跃课堂氛围,而且能够使学生的学习就由被动转化为主动,培养学生学习的自主意识[3]。与此同时,也能够提高学生其它方面的能力,如表达能力、自学能力等。也会让学生真正地体会到“台上一分钟,台下十年功“的辛苦,有利于学生在后续的学习中更加认真。
2 完善实验教学
有机合成化学是一门实践性很强的学科,作为一个优秀的化学工作者,除了扎实的理论知识之外,还应具备过硬的实验操作本领。因此,实验教学是培养高级化学人才的重要环节,实验与理论并驾齐驱,相辅相成,不容忽视。但是,现今大部分涉及到有机合成化学教学的高校对有机合成化学中的实验教学不够重视,在教学的过程中还是存在一定的问题。为此,我们提出了“三步走”的方式来完善实验教学。
2.1 理论联系实际,理论与实验并驾齐驱
有机合成化学是一门实践性较强的学科,需要在课时的安排上做到理论与实践同时进行。这样以来教师可以上理论中,给学生讲解如何利用“逆合成分析“来获得目标产以及需要注意的化学反应条件等等,从而在实验中就可以让学生将课堂上所学的理论知识应用到实践中,由实验来验证理论,使理论更贴近实践。通过这种学习方式不仅可以提高学生的学习效率,而且可以促使学生对有机合成知识起到触类旁通的效果,事半功倍。
2.2 合理安排实验教学内容,培养学生的能力
有机合成化学实验是有机化学实验的升华,不应是有机化学实验的重复。我们在安排有机合成实验时应遵循应用化学应用人才培养需求,明确目的,充实实验内容,以培养学生分析问题、解决问题的能力。在实验内容的开设方面应注重实验的创新性、应用性、综合性。可以可设一些产学研相关的实验、教师在自己科研中做过的具有代表性的实验,也可以增加一些连续性反应的实验内容,还可以开设一些设计性的实验内容,教师出实验题目,由学生设计合成路线,选择试剂等项目,这样不但可以提高学生做实验的兴趣,加强学生学习的主动性,提高在实验中学会发现问题,思考问题从而解决问题的能力,而且还可以培养学生严谨的科学态度。
3 提高教师教学技能,狠抓课堂教学质量
“师者,所谓传道授业解惑者也”。老师是学生心中的权威,教书育人是老师的天职,这些都是亘古不变的道理。但是,随着社会的发展,科技的进步,社会对人才的需求发生了变化,对老师的要求也在不断提高。因此,拥有一支一流的教师队伍是提高教学效果,培养高素质人才的基本保证。为此,教师应可从下面几个方面来要求自己。
(1)帮助学生树立明确的学习目标。
老师在上有机合成化学的第一次课时,就应该给学生讲解这门课开设的目的,学习方式等,让学生了解这门课程的实用性,明确学习目的。
(2)教学内容力求新颖丰富,尽量避免呆板贫乏。
在力求新颖内容的同时教师又必须将这些内容与学生已有的知识经验联系起来,让学生感觉到内容既熟悉,又有些陌生。如在讲合成某种化合物的合成方法时,可穿插讲解一些关于合成该物质的发展史,用途等,这样能增强学生的学习兴趣,让学生故事中掌握知识。
(3)教学中采用多样化的教学方法。
如老师在讲解“逆合成分析“时,可采用“启发式”教学,巧设问题情境,引导学生如何将目标产物拆分,当学生对合成方法有一定的熟悉后,又可以让学生分组讨论,设计几种可能的合成路线,然后再请小组代表发言,最后再由老师总结,找出最优合成路线。这样可以巧妙的将各种教学方法结合在一起,能极大地提高教学质量。
(4)恰当的利用学生的兴趣。
教师上课时可适当地给学生讲一些自己科研方面的新进展和自己做科研时的趣味故事,激发学生的学习兴趣,让学生尽快的接触学科前沿,体会到有机合成的魅力,同时也可以培养了他们刻苦钻研的学习态度和吃苦耐劳的工作作风。
4 革新考核制度,客观反映学生学习状况
考核是老师与学生进行交流的窗口,是检验学生学习状况和老师教学质量的有效途径。 一般的有机合成化学课程考核一般包括课堂考勤、平时作业成绩、实验成绩、期末考试成绩。但学生最终的评分很多老师只注重表面现象,不能非常客观地反映学生的水平。因此,教师在学生考核方面应进行完善和革新。①课堂考勤和平时作业成绩归为一类(占总分的10%);②每节课可以任课老师可以空出一定的时间,出若干道有机合成题,在规定的时间内对学生进行小测试(占总分的10%);③在实验成绩的评定方面,教师可以在学生的实验操作中进行评定,着重考察学生的操作能力和解决实际问题的能力 (占总分的30%);④期末考试试卷可尝试由每个学生出几道个题目,然后再由任课老师从学生所出的题目中有针对性地选择,编成试卷供学生考试(占总分的50%)。经过改革的考核制度不但可以充分调动学生学习的积极性和主动性,客观真实地反映学生学习的真实水平,而且还能反应学生的综合运用理论知识解决实验问题的能力,改变 “高分低能”的现象。
5 结 语
改革与创新是有机合成化学长期而艰巨的任务,通过理论教学、实验教学以及考核制度的改革和创新,以学生扎实的有机化学知识,一流的师资队伍为基础,我们相信有机合成化学教学效果将会逐步提高。
摘要：根据有机合成化学的学科特点及学生学习的现状,分别从理论教学,实验教学,师资队伍建设,课程考核制度等四个方面对有机合成化学课程教学进行了改革探讨,旨在激发学生的学习兴趣,提高教师的教学质量,培养适应21世纪需要的有机合成人才。
关键词：有机合成化学,教学改革,理论教学,实验教学,师资队伍,课程考核
参考文献
[1]王玉炉.有机合成化学(第二版)[M].北京:科学出版社,2009:90-132.
[2]韩晓燕.药学专业有机化学教学改革探索与实践[J].广州化工,2011,39(7):143-144.
有机化学合成实验的绿色化 第9篇
1 有机化学合成实验教学的现状
长期以来, 有机化学实验教学的内容主要包括基本操作实验、基础合成实验、性质实验[1,2]。基础合成实验基本上是一步反应, 这些合成实验大都存在以下弊端:第一, 使用的原料、溶剂及催化剂等存在毒性大、易挥发、腐蚀性强等缺点;第二, 试剂用量大, 废弃物多;第三, 制备出的产品不经过处理而直接排放。种种问题的存在, 都违背了绿色化学的基本要求, 不仅对操作者的身体健康造成一定程度的直接损伤, 而且给人类赖以生存的环境造成了严重的危害, 有时甚至是无法挽回的。课程组根据多年的教学经验总结, 借鉴其他院校有关有机化学实验教学的成功经验, 结合本校的实验条件对现行有机化学合成实验的教学进行了一系列的改进, 取得了理想的效果。
2 有机化学合成实验绿色化的实施方案及实践过程
2.1 有机化学合成实验内容的优化
有机化学合成实验的主要目的是让学生熟悉化合物的制备方法, 进一步熟练基本操作, 培养学生分析问题和解决问题的能力。从2004年起, 在教学过程中, 我们坚持以实验过程与实验结果的绿色化为原则的教学理念, 对合成实验教学的具体内容进行合理优化。
2.1.1筛选实验题目
2004年以前, 我校的有机化学实验所选择的题目多数考虑的是按照反应类型、兼顾基本操作训练进行选择, 对环境因素考虑的较少。2004年以来, 我们对实验题目进行了认真筛选。第一, 在选择实验题目时, 在兼顾基本操作训练的同时, 要尽最大可能减少使用原料、试剂及溶剂的毒性和腐蚀性, 删除毒性大的有机制备实验, 如由苯制备硝基苯, 由硝基苯还原制备苯胺等, 选择一些毒性小得多的制备实验来训练上述实验涉及的基本操作。第二, 对一些需要大量的有机溶剂参与的反应, 也尽可能改用毒性小的溶剂替代。
2.1.2 引进新的科研成果
已经有人对有机化学实验教材中的许多单元实验都进行了改进, 如环己烯的制备, 酯的合成等。在环己烯的制备实验中将腐蚀性强的催化剂磷酸改成了硫酸氢钠[3], 酯的合成实验中将毒性很强的苯改成了环己烷, 等等。在合成实验中我们及时地将这些科研成果应用到实验过程中, 不仅同样能够达到实验目的要求, 又符合绿色化学的基本原则。
2.1.3 设计多步骤合成实验[4]
一步合成实验是以训练学生基本操作技能为主的实验项目, 实验结束后, 最终产物多数为废弃物, 没有进行合理利用, 使得产物的后处理只是简单地抛弃, 对环境造成极大地危害。我们把一步合成实验的产品作为后一步合成的原料来实现学生的实验产品的循环综合利用, 提高原子经济性。这种实验教学方法不仅能渗透绿色化学教育的思想, 而且也能较好地检查学生的操作技能和实验教学效果, 由于实验原料由学生自己合成, 更增加了他们的学习兴趣, 可谓一举而多得。一个合成实验的产品用于下一个合成实验的原料, 当第一步的产品用于第二步合成的原料严重不足时, 老师可以进行补加。这样做不仅减少药品经费的开支, 又可以避免对环境所带来的负面影响, 同时增强了学生的实验综合能力。例如, 选择乙酸乙酯和乙酰乙酸乙酯的制备两个实验, 其中制备的乙酸乙酯用作制备乙酰乙酸乙酯的原料。
2.1.4 设计型实验的安排
在2004年重新编写的《实践指导教程》中增设了设计型实验。本部分的教学是教师给出实验题目, 要求学生查阅相关资料, 按照绿色化学的原则设计并提交实验方案, 然后教师把学生提交的方案进行归类, 再安排一次讨论课, 讨论实验方案的可行性, 制订出行之有效的实验方案, 选择最佳的合成路线, 得出符合绿色化学要求的、可行性强的实验方案, 从而培养学生的“绿色化”意识。例如, 要求学生查阅资料, 设计合成对氨基苯甲酸的实验方案, 原料自选。
2.2 有机化学合成实验方法与手段的绿色化
2.2.1 试剂减量法进行实验
微型实验[5]所需试剂用量最少, 污染小, 可以大大节省实验药品用量, 降低实验教学中试剂的损耗, 从而有效地减少对环境的污染。目前, 条件好的部分高校对有机化学的部分实验开发了微型实验, 但鉴于我校的实际情况, 要给400多名学生配备微型实验仪器还存在一定困难, 为此, 我们在一步合成实验中主要采取试剂用量减半的操作方法。在有机化学实验过程中适当地减少药品用量, 这样对实验结果及实验现象的观察也不会造成大的影响, 同时又能够减少实验造成的污染程度。事实上, 由于微型化实验所用仪器装置和操作方法都与常量实验有较大差别, 某些实验中甚至是完全不同的, 学生学到一些处理微量样品的特殊方法和技巧, 并不能完全覆盖常量实验的基本操作技能, 所以, 微型化实验只能作为一类提高性项目局限在一个适当的比例之内。
2.2.2 应用新技术手段进行实验
注意引进最新的科研成果, 把对教材上的原有实验进行了改进且更符合绿色化学要求的实验列入到学生实验中。近年来, 微波、超声波、光、电以及绿色溶剂 (离子液体、超临界流体、水) 、生物催化剂 (酶、微生物、抗体酶) 在有机合成中的应用得到了空前的发展, 这些手段对于加快反应速度、提高产率、减少能耗、减小对环境的污染起到了重要的作用, 因此, 可以合理选择这些方面有代表性的科研成果作为有机实验的内容, 不仅可以培养学生掌握现代有机合成新方法、新技术, 而且实现了有机实验的绿色化。例如, 我们应用超声波催化法合成了阿司匹林[6]。
2.2.3 注意对有机废弃物的回收利用
有机实验中常用的一些溶剂乙醚、乙醇、丙酮、四氯化碳等, 用完后如果随意倒掉, 一方面会造成药品的浪费, 另一方面还会造成对环境的污染。实验过程中要求学生将这些有机废弃物经过蒸馏方法回收后加以利用[7]。对实验中产生的废酸、废碱, 要指导学生采用先将其倒入容器中, 能回收的回收, 不能回收的则进行中和处理到规定的pH值 (国家规定的工业废水排放酸度为pH=6～9) , 再倾倒, 回收后亦可利用。
3 结束语
有机化学合成实验教学不仅要训练学生的实验操作技能, 培养学生的科学实验方法, 更要使学生建立环保理念, 清醒地认识到减少有机化学实验污染和提倡绿色化学的重要性。我们要始终秉承科学发展、可持续的原则, 大力推动实验绿色化的实施, 达到可持续发展的目的。
摘要：阐述有机化学合成实验的现状及绿色化的意义, 提出了有机化学合成实验绿色化的实施方案及实践过程, 通过优化实验内容、改进实验方法与手段等途径实现有机化学合成实验的绿色化。
关键词：有机化学,合成实验,绿色化
参考文献
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[2]李英俊, 孙淑琴, 于世钧.构建有机化学实验教学的新模式[J].实验室研究与探索, 2004, 23 (7) :61-63
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[4]杨志强, 王莉贤, 王红, 等.绿色化学与有机化学实验[J].实验室研究与探索, 2005, 24 (11) :84-86
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[6]叶晓镭, 韩彬.阿司匹林制备实验的改进和充实[J].实验科学与技术, 2004, (4) :92-93
精细化工品合成的化学应用分析 第10篇
1精细化工概述
1.1 精细化工的特点
目前, 对于精细化工的概念国际上还没有形成统一的认识, 笼统的讲精细化工就是生产精细化学品的工业, 精细化工品就是通过化学应用具有以下特点的化工产品。
精细化工品一般它具有以下特点: (1) 品种多、产量小, 产品更新换代快, 常采用间歇式生产。 (2) 产品具有功能性或最终使用性。 (3) 产品的性能与化学反应有直接关系, 生产过程中的原料、工艺等决定产品性能。 (4) 产品对技术要求、质量要求都很高。同时, 产品具有很强的商品性, 也就是已销售为目的进行生产的。 (5) 附加值高, 有较高的技术含量。精细化工品就是精细化工的产物, 与化学应用有着密不可分的关系。
1.2 精细化工的分类
精细化工品出现100多年前, 当时德国人用煤焦油加工制成染料、农药等, 只是精细化工这一概念尚未被提出。直到二十世纪六十年代, 日本首次提出了精细化工, 并将其作为一个独立的问题进行研究。后按精细化工生产的具体条件将其分为医药、农药、合成染料、有机染料等51个行业。我国精细化工起步的晚, 目前, 一些产品已达到世界领先水平, 可精细化工发展的总体水平还不高, 产品的附加值还有待提高。1986年, 我国将精细化工分为农药、染料、涂料等11大类。按其属性可将其分为精细无机化学品、精细有机化学品和精细生物化学品。其中精细无机化学品主要包括单质 (如金属、稀有气体等) 和化合物 (如硫化物、碳化物等) 两类, 在生活中的应用最为广泛。
1.3 精细化工研究的意义
首先, 精细化工给人类的生活带来了翻天覆地的变化, 并为国民经济的发展做出了重大贡献。其次, 精细化工促进了农药、医疗等方面的发展, 为人类社会的稳定和发展提供了有力的支持。被广泛用于人类生活的改善、国防、农业等方面, 具有极大的社会效益。再次, 精细化工研究的水平在一定程度上代表了一个国家的科技水平, 精细化工的发展近一步增加了化工品的附加值, 为企业和社会带来了更多的利润, 实现了物质存在的更高价值。
2精细化工品合成中的化学应用
精细化工品合成的化学应用非常广泛。如在石油、天然气化工产品的合成 (如由乙烯、丙烯得到的化工产品) ;煤化工产品的合成;其他化工产品的合成等方面都有广泛的、方式多样的应用。
2.1 催化技术的应用
催化技术可有效的促进化学反应的发生, 提高化学反应速率, 使化学反应在同一时间内获得更多的产品。在工业生产中, 80%以上的化学反应都会用到催化剂。如工业生产氨的反应中, 使用催化剂可使反应速率提高上万亿陪。又如在煤、石油等化工品的合成中, 使用催化剂可提高化学反应的效果, 同时还能减少生产过程中废气、废水等对环境的污染。目前, 催化剂的应用存在稳定性差、时效性短等缺点, 人们正在通过不断的专研, 寻找新型的催化剂以提高精细化工生产的效率和安全性。
2.2 分离技术的应用
分离技术在精细化工品合成中的应用非常广泛, 被普遍应用于食品、医药、香料等领域。如在乙酸制造工艺中, 使用二氧化碳作为萃取剂提高了乙酸制取的科技含量和技术水平。又如利用分离技术合成香料。用萃取剂萃取天然香料中的香精进行加工、生产。可萃取的天然香料达6000多种, 而且成本低, 应用方便有效。此外, 这一技术还被应用在食品工业中、药剂制取中……应用相当广泛。如从天然食品中提取各种脂溶;应用甲醇或乙醇改性提取酚类物质;从葡萄籽能够分离抗氧化物等等。
2.3 复配技术的应用
随着社会的发展, 单一的化合物已不能满足人们生产、生活的需求, 因此需要进行复配技术的研究来发掘更多新的物质, 提高精细化工品的技术含量。这一技术广泛用于清洗剂、农药等方面的合成。例如合成清洗剂, 在含硫原油加工中, 钢管易被堵塞, 一般常见的堵塞元素有碳、氧、硫、铁等, 主要物质为三氧化二铁、四氧化三铁和硫化物。在清洗时盐水复配柠檬酸、羟基乙酸等。一方面清洗剂能很好的防止硫化亚铁 (FeS) 的自然。另一方面复配清洗剂具有很强的效能, 同时污染小、腐蚀性小、成本低、使用安全, 堵塞物与冲洗剂相互作用后会被完全溶解, 如硫化亚铁中二价的硫被氧化成高价的硫或硫酸盐, 其稳定性增强, 清洗过程安全、环保。
2.4 离子液体的应用
离子液体克服了有机溶解作为反映介质的一些缺点, 它不易挥发、性能稳定, 而且节能环保。一方面, 离子液的催化作用较强, 对化学反应的速率有一定的影响, 通过催化作用提高了生产的效率, 降低生产成本。另一方面离子液体在反应过程中有很强的选择性, 能有效的提高所需生成物的收率, 对高纯度的精细化工品的生产具有重大意义。此外, 它还有操作简单, 成本低廉, 易从催化剂中分离等优势。因此, 被广泛的应用于制药、香料提取、农药合成等方面。
3结语
精细化工是整个化学工业发展的核心, 标志着未来化工业发展的趋向。精细化工品合成中广泛应用了化学原理, 同时, 还将化学与生物技术等结合起来, 为化工生产提供了更高效、更安全的途径。一方精细化工提高了产品质量, 满足了人类生产、生活的需要。另一方面精细化工提高了原油、煤等资源的使用效益。化学应用是化工研究的重点, 精细化工是化工的深加工产业, 对人才、技术、工艺等方面的要求都很高。随着科技的进步, 人们不仅将化学应用研究的更加深入、透彻, 而且不断的向绿色环保方向靠近, 精细化工业的发展为人类走向更美好的明天创造了条件。
摘要：化工业的发展为人类社会的进步带来了巨大资源。特别是随着精细化工的发展, 人类利用化学反应得到了更多的新物质和新能源。化工加工的工艺也越来进步, 从化工产品加工效益到环境保护等方面都取得了巨大成就。精细化工产品合成的化学应用更广泛、更先进。
关键词：精细化工,化学应用,合成
参考文献
[1]赵德丰, 精细化学品合成化学与应用[M], 化学工业出版社, 2001
[2]韩秋燕, 新领域精细化工引领产业未来[J], 化工管理, 2012 (5)
电化学合成 第11篇
摘 要：超级电容器是上世纪兴起的新型储能装置，具有功率大，快速充放电，环境无污染等优点。对超级电容器的电极材料的研究是目前的热点之一。四氧化三锰具储量丰富，成本低廉，绿色环保等优点受到重视。文章用水热法和微波辅助合成法制备得到不同形貌的四氧化三锰纳米材料，采用XRD，IR，SEM等分析手段对其晶型，结构，形貌进行了表征。采用循环伏安法和恒电流充放电法对其电容特性进行了比较，证明水热法制备得到的纳米材料结晶性弱，具有无定型结构，电化学性能优于微波辅助法合成的纳米材料。
关键词：材料化学；超级电容器；四氧化三锰；水热法；微波辅助法；纳米材料
中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0169-03
1 概 述
锰氧基金属氧化物如Mn3O4，MnO2等已经被广泛的应用于超级电容器电极材料。四氧化三锰早自然界中以黑锰矿的形式存在，是最稳定的锰氧化物。四氧化三锰是一种黑色四方结晶，属于尖晶石类，离子结构为Mn2+（Mn3+）2O4，其中二价和三价锰离子分布在两种不同的晶格位置上。氧离子为立方紧密堆积，二价锰离子占四面体空隙，三价锰离子占八面体空隙[1]。和二氧化锰相似，四氧化三锰作为电极材料可在中性电解液中稳定工作，相比于氧化钴和氧化镍电化学窗口较宽，制备工艺简单，环境友好，但自身导电性较差，使其使用受到限制[2-4]。
四氧化三锰的合成方法多样，溶胶凝胶法，化学沉积法，电沉积法，水热法以及溶剂热法等[5-8]。水热法是常用的纳米材料合成技术，操作简单，将反应物溶解于水或者水蒸气等介质中，再通过高温密闭加热，得到产物。在这个方法中，水不仅仅作为溶剂参与反应，更是作为良好的压力传导媒介，迫使许多难以在常压下发生的反应进行反应[9-11]。水热法制备得到的纳米材料，通常具有非常高的纯度和比较大的比表面积，而且通过改变水热反应的发生条件可以很好地控制形貌，是现在无机制备中的常用方法[12]。
微波辅助法是无机合成上的一个重要手段。不同于传统的外部加热方式，微波加热是是被加热物体本身发热，成为发热物体，被称为整体加热，没有热传导过程。反应器内部受热均匀，瞬时温度可以达到110 ℃以上，反应过程中没有温度梯度和浓度梯度[13]。在无机合成中可以很好地控制成核，抑制核生长，形成粒径小的材料，分布均匀，纯度高。另外，微波辅助反应速率快，反应时间短，有效提高产率，条件温和，操作简便，节约能源无污染符合现代绿色化学的要求[14]。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
实验中所需原料为：高锰酸钾，葡萄糖，无水乙醇，均为分析纯，购买后直接使用，无需纯化，实验所用水为二次蒸馏水。实验过程中所用到的仪器为：CHI 660E电化学工作站（上海辰华），美的家用微波炉，85-2型恒温磁力搅拌器（上海），JSM-6701F 冷场发射型扫描电镜（日本），D/Max-2400粉末X射线衍射仪（日本），H-1650离心机（湖南）。
2.2 四氧化三锰纳米材料的制备
2.2.1 水热法制备四氧化三锰
将一定量的高锰酸钾室温下搅拌溶于水中，采用葡萄糖做还原剂，缓慢溶解于上述溶液中，完全溶解后转移至聚四氟乙烯反应釜，120 ℃加热2 h。冷却后，经水洗，无水乙醇洗涤数次，60 ℃真空干燥，研磨得深褐色粉末。
2.2.2 微波辅助合成四氧化三锰
前期方法与水热法处理相同，加热时置于家用微波炉内，中火15 min。冷却后，经离心分离收集，用二次水，无水乙醇洗涤数次，60 ℃真空干燥，研磨得橙红色粉末。
2.3 样品表征
2.3.1 结构与形貌表征
所得纳米材料的结构分析是通过X射线衍射（XRD）图谱的测试在D/Max-2400X射线衍射仪（日本）上表征的。样品的红外光谱（IR）用Nicolet Nexus 670型红外分光光度计测试。纳米材料的形貌用日本JSM-5600LV低真空场发射扫描电子显微镜观察。
2.3.2 电化学表征
将适量制备样品，与乙炔黑，聚四氟乙烯分散液，以质量比75%wt：15%wt：10%wt混合，加入乙醇调成糊涂抹于1×1 cm2的泡沫镍上，60 ℃真空干燥备用后。采用三电极体系测试。其中饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂电极为辅助电极，制备的泡沫镍电极为工作电极。电解液为饱和Na2SO4溶液。
3 结果与讨论
3.1 四氧化三锰的结构与形貌
3.1.1 X射线衍射（XRD）分析
Mn3O4在水热法和微波辅助合成的XRD分析图，如图1所示。明显的，在2θ=18.2 °，26.3 °，29.0 °，31.1 °，32.5 °，36.2 °，38.2 °，44.6 °，50.8 °以及60.0 °出现衍射峰，对照标准卡JCPDS24-0734，可知该材料是Mn3O4，对应晶面分别为（101），（112），（200），（103），（211），（004），（213）以及（105）面。峰形尖锐，峰强度较强，表明材料结晶性良好，晶体构型完整。微波辅助合成的Mn3O4纯度比水热法合成的衍射峰更加明显，表明微波辅助合成Mn3O4结晶更完全，纯度更高。
3.1.2 四氧化三锰的扫描电镜分析
水热法（A）和微波辅助合成的Mn3O4（B）的SEM图，如图2所示。其中，图A是低倍率下水热法合成样品呈纳米棒呈无序杂乱排列，互相交错，形成骨架结构，不规则纳米块分布其中，起支撑作用，形成疏松孔洞结构。右下小图是高倍率下的样品图。此种形貌有益于电解液离子和电极材料的接触，提升电化学性能。图B是低倍率下微波辅助合成的样品形貌图。从图中可以看到，样品呈均匀的八面体纳米块，无序堆积出现孔洞。右下小图是高倍率下的样品图，纳米块表面光滑均匀，呈现出八面体结构。水热法合成的Mn3O4结晶度没有微波辅助的好，SEM图的分析结论和XRD的结论一致。
3.2 电化学性能
3.2.1 水热法制备Mn3O4的电化学性能
水热法制备的Mn3O4材料在不同的扫速下的循环伏安图，如图3A所示，从图中可以看出，循环伏安曲线具有矩形特点，没有明显的氧化还原峰，阴极过程和阳极过程不完全对称。随着扫速的增加，图形基本保持不变，说明材料有良好的功率特性。扫描方向发生改变，电流响应迅速，说明该材料内阻较小，有利于电容特性。该材料在不同的电流密度下的恒电流充放电曲线，如图3B所示。根据公式计算可得其比电容值在对应电流密度下为：182，120，109，97，76以及62F/g。
3.2.2 微波辅助合成Mn3O4电化学性能
微波辅助法制备的Mn3O4材料在不同扫速下的循环伏安图，如图4A所示。从图中可以看出，循环伏安曲线矩形特征比水热法合成的样品更为明显，没有明显的氧化还原峰，阴极过程和阳极过程不完全对称。随着扫速的增加，图形基本保持不变，说明材料有良好的功率特性。该材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线，如图4B所示。相比于水热法样品，微波辅助合成的样品库伦效率较低，充放电效率也偏低，计算得相应电流密度下的比电容值分别为：132，101，93，90，79和60 F/g。不同制备方法样品在0.5 A/g时的恒电流充放电曲线，如图4C所示。水热法制备样品（b曲线）的充放电时间远大于微波辅助合成样品（a曲线）。微波辅助合成样品的比电容低于水热法制备的样品，这是由于微波辅助合成的产品结晶度高，不利于与电解液充分接触。可结合SEM图分析得到。不同制备方法样品的比电容和电流密度关系图，如图4D所示。从图中可以看出随着电流密度的增大，水热法制备样品（b曲线）的比电容剧烈减小，衰减严重，到电流密度为10 A/g时，比电容为62 F/g，比电容保持率为34%。微波辅助合成的样品（a曲线）的比电容虽然也随着电流密度增大而减小，衰减程度缓和，到电流密度为10 A/g时，比电容为60 F/g，保持率为45%。说明微波辅助合成的样品倍率性能优于水热法制备的样品。
4 结 语
本文通过水热法和微波辅助合成制备的四氧化三锰纳米材料，具有不同的形貌，水热法样品是形貌多样的纳米棒和纳米块，无序堆积，排列松散，有利于电解液离子和材料表面的接触，提升电化学性能，在电流密度为0.5 A/g的电流密度下，比电容为182 F/g；微波辅助合成的四氧化三锰呈规则的八面体纳米块状，表面光滑平整，有序堆积，虽然形成孔隙，有利于与电解液接触，但有效比表面积小于水热法合成的样品，电化学性能略逊于水热法合成样品，当电流密度为0.5 A/g时，比电容为 132 F/g。随着的电流密度增大，水热法和微波辅助法合成的样品的比电容保持率分别为34%和45%，微波辅助法样品倍率性能好。
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电化学合成 第12篇
唐新村[7]等将氢氧化锂和草酸按一定比例混合,于玛瑙研钵中研磨30min,然后加入相应计量比的醋酸锰,混合研磨60min得到粉红色糊状中间体,上述中间体在150℃下真空干燥24h,得到疏松泡沫状前驱体。将该前驱体在空气气氛下恒温焙烧12h后随炉冷却,即得到菱方LiMnO2。它们合成的样品主要衍射峰类似于六方层状结构LiMnO2 (h-LiMnO2),其XRD谱与菱方LiCoO2及其衍生物LiCo1-xMO2(M=Ni、Mn、Al等)的标准谱接近。研究发现[8,9,10],将Mn部分替换成Co、Ni或 Cr等过渡金属元素后,在合适的实验条件下就能得到掺杂结构的r-LiMnO2。笔者运用氧化还原软化学法合成r-LixMnO2正极材料,为进一步开展r-LiMnO2正极材料合成方法和电化学性能研究提供参考。
1实验部分
1.1材料制备
称取0.1mol MnCl2·2H2O,溶于200mL去离子水中,并加入10mL液体石蜡以阻止在反应过程中空气中的氧进行反应体系。称取KOH (0.2mol),并溶于100mL的去离子水中。将KOH溶液缓慢滴入MnCl2溶液中,得到白色Mn(OH)2沉淀。将一定量的LiOH·H2O加入上述反应体系中溶解。称取一定量的KMnO4溶解于100mL去离子水中,然后缓慢加入到反应体系中,反应温度恒定在80℃,反应12h,过滤,将产物用去离子水洗涤后,在105℃下干燥,得到黑褐色产物。
1.2材料结构与表征
样品的物相结构分析在日本理学株式会社生产的Rigaku D/max-2500型X-射线衍射仪上进行。采用CuKα (λ=1.5418Å)辐射源,石墨单色检测器,管压40kV,管流100mA,衍射角2θ范围3°～80°,扫描速度2°·min-1。
采用日本S-3500N型扫描电镜对样品形貌进行了观察。实验时,将少量样品粘附在导电铜胶布上,样品表面经离子溅射仪喷金处理,送进样品室,抽真空后,以不同的放大倍率观察样品的颗粒大小、形状和分布。
在进行材料的电化学性能测试时,将活性物质、乙炔黑、粘结剂PTFE按质量比75∶20∶5混合,用无水乙醇作为分散剂将其碾压成片,然后切成直径为8mm的圆片,在烘箱中105℃干燥8h,得到所需的正极极片。电解质液使用1mol·L-1的LiPF6/PC (10%)+EC (30%)+DEC (60%)的有机混合溶液。负极使用锂片,在专用手套操作箱里组装好模拟电池,将电池静置12h后,在Land CT2001A电池测试系统上进行比容量和循环性能测试。测试温度为室温25℃,充放电流密度为60mA·g-1,充放电压为2.0～4.3 V。
2结果分析
2.1材料结构与形貌
图2显示了合成材料的XRD图谱,根据图中峰的分布特点和通过JCPDS检索,制备得到的材料为菱方结构LiMnO2(空间群undefined,JCPDS 89-4533)。经ICP-AES对材料组成分析,其化学组成为Li0.65MnO2。图3显示了用日本S-3500N型扫描电镜观察得到的样品形貌。从图中可以看出,材料为无定形的纳米颗粒。
2.2材料电化学性能
图4和图5 显示了合成材料的循环性能曲线和第1、25和50周的充放电曲线。从图中可以看出,由于合成材料的粒径较小,因此初始容量较高,其放电容量为168.9mAh·g-1。但是随着循环次数的增加,材料仍然发生容量衰变,循环50周后放电容量为131.6mAh·g-1。可能原因归结为材料在电解液中的溶解和材料中Mn3+的Jahn-Teller效应引起的结构畸变。
3结论
通过氧化还原反应软化学合成法可以得到非计量比且具有菱方结构的LiMnO2正极材料。用氧化还原软化学合成法的材料,由于具有纳米尺寸,因此其电化学活性较高,初始容量高,用该方法可以合成具有菱方结构的非计量比的LixMnO2正极材料,为弥补r-LiMnO2材料的合成提供了一条可能的途径。
摘要：以Mn(OH)2作为反应前驱体,LiOH·H2O为锂化剂,K2MnO4为氧化剂,采用氧化原位反应方法,在缓和的实验条件下合成出层状菱方结构Li0.65MnO2材料。采用X射线粉末衍射(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)、透射电子显微镜(TEM)等手段对样品进行了表征。结果表明,使用该方法可以获得单一相、晶型较好、纯度较高的样品。合成的材料表现出了很好的电化学性能,其初始放电比容量168.9mAh/g,在室温下经过50次循环之后电池放电比容量仍稳定在132.1mAh/g。
关键词：锂离子,正极材料,菱方结构LiMnO2,电化学性能
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