有机环合反应原理与应用

第一篇碳环化合物的合成

第一章 分子内多官能团化合物的成环反应

第一节酮醇缩合反应2

第二节分子内羟醛缩合反应7

第三节Bergman环化反应16

第四节二元羧酸的热分解18

第五节Bradsher反应21

第六节Demyanov重排反应23

第七节Dieckmann酯缩合反应28

第八节Elbs环化反应37

第九节Favorskii重排反应39

第十节分子内的亲核取代反应48

第十一节分子内的F-C反应51

第十二节Nazarov环化反应54

第十三节Parham环化63

第十四节Robinson环化反应67

第十五节Stetter反应76

第十六节Thorpe-Ziegler缩合反应83

第十七节Wittig反应86

第二章 多分子的分子间成环缩合反应

第一节Danheiser成环反应97

第二节Kulinkovich反应和Kulinkovich-De Meijere反应101

第三节Pauson-Khand反应106

第四节Robinson-Schpf反应113

第五节Simmons-Smith反应116

第六节Weiss环化反应123

第二篇杂环化合物的合成

第三章 含一个杂原子的环状化合物的合成

第一节含一个氧原子的五元杂环化合物的合成129

一、呋喃、四氢呋喃及其衍生物129

1.Paal-Knorr呋喃合成法130

2.Feist-Benary反应132

3.呋喃的其他合成方法135

二、苯并呋喃及其衍生物137

第二节含一个氧原子的六元杂环化合物140

一、2-吡喃酮和香豆素类化合物141

1.Pechmann合成法143

2. Perkin反应合成香豆素类化合物146

3. Knoevenagel反应合成香豆素类化合物148

4. Wittig反应合成香豆素类化合物152

5. Reformatsky反应合成香豆素类化合物153

6.以对甲苯酚和丁烯二酸为原料合成6-甲基香豆素153

7.钯催化下香豆素类化合物的合成153

8.香豆素类衍生物的其他合成方法154

二、4-吡喃酮和色酮类化合物155

第三节含一个氧原子的七元环化合物()159

1.以环己二烯衍生物为起始原料160

2.以呋喃为起始原料160

3.以环丙烷衍生物为起始原料160

第四节含一个氮原子的芳香杂环化合物的合成161

一、吡咯及其衍生物的合成161

1. Paal-Knorr吡咯合成法162

2.Barton-Zard吡咯合成法163

3. Van Leusen吡咯合成法166

4. Knorr吡咯合成法169

5. Hantzsch吡咯合成法171

6.吡咯的其他方法172

二、吲哚及其衍生物的合成174

1. Nenitzescu吲哚合成法174

2. Bartoli吲哚合成法179

3. Bischer-Mhlau吲哚合成反应181

4. Gassman吲哚合成反应183

5. Larock吲哚合成法186

6. Madelung吲哚合成法189

7. Fischer吲哚合成法191

8.吲哚类化合物的其他合成方法195

三、吡啶及其衍生物的合成198

1. 由1,5-二羰基化合物与氨反应合成吡啶衍生物199

2. Chichibabin吡啶合成法201

3.Hantzsch合成法203

4. Guareschi-Thorpe缩合反应(2-吡啶酮合成法)208

5.扩环重排合成法211

6.吡啶的其他合成方法213

四、喹啉及其衍生物的合成214

1. Skraup和Doebner-von Miller喹啉合成法215

2. Doebner喹啉合成法219

3. Friedlˇander喹啉合成法220

4. Combes喹啉合成法227

5. Pfitzinger反应230

6. Conrad-Limpach-Knorr喹啉合成法232

7.喹啉类化合物的其他合成方法237

五、异喹啉及其衍生物的合成237

1.Bischler-Napieralski异喹啉合成反应237

2. Pictet-Spengler合成法242

3. Pomeranz-Fritsch合成法247

第五节含一个硫原子的芳香族化合物的合成250

一、噻吩(thiophene)250

1. Paal-Knorr噻吩合成法250

2. Hinsberg合成法252

3.Fiesselmann噻吩合成反应254

4.以α-巯基羰基化合物为硫源合成噻吩类化合物257

5.Gewald氨基噻吩合成法258

6.噻吩类化合物的其他合成方法260

二、苯并噻吩261

1.以苯衍生物为起始原料建立噻吩环合成苯并噻吩262

2.以噻吩衍生物为起始原料建立苯环合成苯并噻吩衍生物265

3.苯并噻吩环的化学修饰265

三、含一个硫原子的六元杂环、七元杂环化合物267

第四章 含两个杂原子的化合物的合成

第一节含两个杂原子的五元芳香杂环化合物272

一、唑及其衍生物的合成272

1.以酰胺为原料构建嘲恶唑环272

2.以羰基化合物为原料构建嘲恶唑环277

3.以肟为原料构建嘲恶唑环281

4.嘲恶唑的其他合成方法281

二、苯并唑283

三、异唑285

1.以羟胺为原料的合成方法285

2.腈的N-氧化物与炔、烯发生1,3-偶极加成288

3.异嘲恶唑的其他合成方法290

四、噻唑291

1. Hantzsch合成法291

2. Cook-Heilbron合成法294

3.噻唑衍生物的其他合成方法295

五、苯并噻唑296

1.邻氨基硫酚的环合反应296

2.硫代酰芳胺或芳基硫脲的环合反应299

3.邻卤苯胺的环合反应302

4.其他合成方法305

六、咪唑308

1. 1,2-二羰基化合物与氨和醛环合生成咪唑衍生物308

2.α-卤代酮或α-羟基酮与脒反应生成咪唑衍生物310

3.异氰基丙烯酸酯与胺反应生成咪唑衍生物312

4.咪唑的其他合成方法313

七、苯并咪唑314

1.邻苯二胺与羧酸的反应315

2.邻苯二胺与羧酸衍生物的反应317

3.邻苯二胺与醛的反应318

4.以邻苯二胺和异硫氰酸酯为原料的合成322

5.以邻卤代硝基苯和醛为原料的合成322

6.以邻卤苯胺(酰胺)为原料的合成324

7.以芳基脒或芳基胍为中间体325

8.其他方法327

八、吡唑329

1. 1,3-二羰基化合物与肼或取代肼的缩合329

2. α,β-不饱和醛、酮、羧酸及其衍生物与肼反应合成吡唑衍生物331

3.以重氮化合物为氮源合成吡唑类化合物333

4.对甲苯磺酰腙-膦酸酯与醛的Horner-Wadsworth-Emmons缩合反应334

5.吡唑酮的合成336

6.其他合成方法339

九、吲唑340

1.由邻取代苯胺为原料340

2.以肟为原料343

3.以苯肼衍生物为原料344

第二节含两个杂原子的六元环芳香化合物346

一、嘧啶346

1.以1,3-二酯为原料347

2.以1,3-二酮类为原料348

3.以1,3-酮酯为原料349

4.以1,3-醛酯为原料352

5.以1,3-醛腈为原料353

6.以氰基乙酸酯(酸)类为原料353

7.以丙二酸为原料354

8.以1,3-二醛为原料354

9.以丙醛酸为原料355

10.嘧啶类化合物的其他合成方法356

二、吡嗪357

1.α-氨基酮或α-氨基醛的自身缩合358

2.α-氨基酸酯的自身缩合358

3. 1,2-二羰基化合物与1,2-二胺缩合358

三、哒嗪359

第五章 含多个杂原子的环状化合物的合成

第一节噻二唑365

一、1,3,4-噻二唑365

1.以酰肼类化合物为原料合成1,3,4-噻二唑及其衍生物365

2.以氨基硫脲、腙或1-酰基-4-取代氨基硫脲为原料366

3. 1,3,4-噻二唑环上基团的转化367

二、1,2,3-噻二唑367

1.α-重氮硫代羰基化合物的环化(Wolff合成法)367

2.腙类化合物环合法(Hurd-Mori合成法)368

3.重氮烷与CS化合物的环加成(Pechmann反应)369

4.其他含硫杂环化合物的转化370

第二节二唑370

一、1,3,4-二唑370

1.以氨基硫脲衍生物为原料370

2.双酰肼环化法371

3.以氨基脲为原料371

4.以酰腙为原料371

5.以单酰肼为原料372

二、1,2,4-二唑373

1. O-酰基氨肟的环合373

2.羟胺基氯与N,N-二乙基氨基肟环合373

3. 4,5-二氢-1,2,4-嘲恶二唑的氧化374

4.腈氧化物与腈及有关化合物的1,3-偶极加成374

5.其他杂环化合物的转化374

第三节三唑375

一、1,2,3-三唑376

1.以盐酸羟胺、水合肼和2,2-二氯乙醛或乙二醛为原料376

2.以对甲苯磺酰肼、2,2-二氯乙二醛(或乙二醛、2,2-二氯-1,

1-乙二醇)和氨为原料376

3.以叠氮化物与炔或烯为原料376

4. 1,2,3-三唑的其他合成方法379

二、1,2,4-三唑381

1.以肼或肼的取代物为原料381

2.以与腈基亚胺相关的化合物为原料383

3.其他合成方法383

三、苯并三唑384

1.邻苯二胺法384

2.苯并咪唑酮法385

3.邻硝基苯肼法385

4.邻硝基氯苯法385

第四节四唑386

1.酰胺或亚胺氯化物与叠氮试剂作用386

2.腈类化合物与叠氮化合物的[3 2]环加成387

3.叠氮化物与胺类化合物环化389

4.醛、酮类化合物与叠氮酸反应390

5.四唑化合物的其他制备方法390

第五节其他含多个杂原子的环状化合物的合成392

一、1,2,4-三嗪393

1.以1,2-二羰基化合物和酰肼为原料393

2.以酮和肼为原料393

3.以1,2-二羰基化合物和氨基脲等为原料393

4.以α-酰胺基酮和肼为原料394

二、1,3,5-三嗪395

本书对环合反应的基本理论和基本规律进行了详细介绍，包括反应类型、反应机理、适用范围，具体应用实例，以及环的类型分类等。全书分为两编，第一编为碳环化合物，介绍了一些常见的成环反应，包括单分子环合和多分子环合。第二编为杂环化合物，分别介绍了含一个、两个和多个杂原子的各类环状化合物的合成方法。

本书对从事化学、化工、生化、医药、农药、染料、颜料、日用化工、助剂、试剂等行业的生产、科研、教学、实验室工作者及院校师生有较高的参考价值。

全书共分9章，分别为缩合反应、取代反应、还原反应、氧化反应、加成反应、环合反应、开环反应、消除技术、重排反应等反应原理及其在染料、农药、药物、有机合成中间体等精细化工产品生产中的应用。

本书既可作为普通高等学校和高等职业技术院校化学、应用化学、化工、轻工、药学、生物、制药等专业的教材，也可作为其他相关专业的教学用书或参考书，亦可作为相关领域工程技术人员、科研人员和管理人员的参考用书。

早期的有机反应，包括有机燃料的燃烧反应，以及制造肥皂所用的皂化反应。当今有机反应已愈发复杂，其中几个获得诺贝尔化学奖的反应为：1912年的格氏反应、1950年的狄尔斯-阿尔德反应、1979年的维蒂希反应及2005年的烯烃复分解反应。

内容简介

《反应过程、设备与工业应用》是“过程设备与工业应用丛书”的一个分册，本书在系统介绍化学反应基本理论的基础上，分别详细介绍了釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、离子交换反应器、电化学反应器、膜生物反应器以及其他一些新式化学反应器的工作特性、设计原理、工业应用及评价。

《反应过程、设备与工业应用》不仅适用于石油、化工、生物、制药、食品、医药、环境、机械等专业的高等学校的教师、研究生及高年级本科生阅读，同时对相关行业的工程技术人员、研究设计人员也会有所帮助。

目录

第1章绪论

1.1过程工业与工业化学过程/001

1.1.1过程工业/001

1.1.2工业化学过程/002

1.2化学反应过程的基本规律/004

1.3反应过程与设备的关系/006

1.3.1最优化的经济目标/006

1.3.2最优化的技术目标/007

1.4化学反应与反应设备的分类/008

1.4.1化学反应的分类/008

1.4.2工业反应设备的类型/009

1.5化学反应器的设计与放大/012

1.5.1化学反应器的设计原则/012

1.5.2工业反应器的放大/013

1.6化学反应过程与设备的发展/015

第2章化学反应过程基本理论

2.1化工原料资源/018

2.1.1煤炭/019

2.1.2石油/021

2.1.3天然气/023

2.1.4生物质/023

2.1.5工业“三废”/025

2.2化学反应动力学基础/026

2.2.1化学反应速率/026

2.2.2反应速率的影响因素/027

2.2.3复杂反应的动力学表达/030

2.3反应器的操作方式/032

2.4反应器计算的基本方程式/033

2.4.1反应动力学方程式/034

2.4.2物料衡算式/035

2.4.3热量衡算式/035

2.5均相理想反应器/036

2.5.1均相反应器的特点/036

2.5.2釜式反应器的设计与操作/037

2.5.3管式反应器的设计与操作/043

2.6连续流动反应器的停留时间分布/045

2.6.1非理想流动/045

2.6.2停留时间分布函数/046

2.6.3停留时间分布函数的应用/048

2.7非理想流动/049

2.7.1非理想流动模型/050

2.7.2非理想流动对反应结果的影响/053

参考文献/055

第3章釜式反应器

3.1间歇操作釜式反应器工艺计算/057

3.1.1反应时间/057

3.1.2反应器有效体积/058

3.2连续操作釜式反应器工艺计算/059

3.2.1单段连续釜式反应器/060

3.2.2多段连续釜式反应器/060

3.3搅拌器/063

3.3.1搅拌的混合机理和液体流动特性/064

3.3.2常用搅拌器的类型及性能特征/067

3.3.3搅拌功率/072

3.4搅拌釜式反应器的传热/078

3.4.1反应釜的传热装置/078

3.4.2高温热源的选择/080

3.5搅拌反应釜传热系数的计算/082

3.5.1反应器内壁对流传热系数的计算/083

3.5.2蛇管外壁对流传热系数的计算/084

3.6立式搅拌反应釜的选用/085

3.6.1搅拌器的选型/085

3.6.2立式搅拌反应釜的选型/086

3.7釜式反应器在硝基苯生产中的应用/088

3.7.1生产工艺/088

3.7.2硝化剂/090

3.7.3硝化反应器/091

3.7.4硝化反应器的放大设计/092

参考文献/094

第4章管式反应器

4.1管式反应器的计算基础方程式/096

4.1.1计算基础方程式/097

4.1.2空间速度与空间时间/097

4.2液相管式反应器的设计/098

4.2.1等温液相管式反应器/098

4.2.2变温液相管式反应器/099

4.3气相管式反应器的设计/101

4.4管式反应器的数学模拟/102

4.4.1管式反应器的数学模型/103

4.4.2数学模型方程的求解/104

4.5反应器类型和操作方式的比较/104

4.5.1生产能力的比较/105

4.5.2反应选择性比较/107

4.5.3操作与计算最优化/109

4.6管式反应器在环氧乙烷生产中的应用/109

4.6.1乙烯氧化合成环氧乙烷的反应机理/111

4.6.2反应过程的影响因素/112

4.6.3氧化反应器的设计/117

4.6.4氧化反应器的结构特点/120

4.7管式反应器在聚乙烯生产中的应用/121

4.7.1聚乙烯的分子结构及分类/122

4.7.2聚乙烯的生产工艺/123

4.7.3乙烯自由基聚合原理及动力学/126

4.7.4高压管式反应器/130

参考文献/133

第5章塔式反应器

5.1塔式反应器的类型及构造/135

5.1.1塔式反应器的分类/135

5.1.2塔式反应器的一般构造/136

5.1.3附属装置/137

5.1.4塔类型的选择/139

5.2板式塔/139

5.2.1板式塔的结构/140

5.2.2塔板类型/140

5.2.3浮阀塔的设计计算/142

5.3填料塔/146

5.3.1物理吸收过程/146

5.3.2化学吸收过程/147

5.3.3填料塔的设计/151

5.4鼓泡塔/156

5.4.1鼓泡塔的操作状态/156

5.4.2鼓泡塔内的流动特性/157

5.4.3鼓泡塔内的传热特性/161

5.4.4鼓泡塔的工业应用/162

5.5塔设备设计常见错误/171

5.6喷射反应器/173

5.6.1喷射反应器的研究现状及进展/173

5.6.2喷射反应器的应用/174

参考文献/177

第6章固定床反应器

6.1固定床反应器的构造/179

6.2固定床反应器内的流体流动/181

6.2.1催化剂颗粒直径和形状系数/181

6.2.2床层空隙率/182

6.2.3流体在固定床中的流动特性/183

6.2.4流体流过固定床层的压力降/184

6.3固定床反应器内的传热/185

6.3.1床层对壁总传热系数/185

6.3.2床层有效导热系数/187

6.3.3表观壁膜传热系数/189

6.3.4流体与催化剂颗粒间的传热系数/191

6.4固定床反应器内的传质/191

6.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质/192

6.4.2催化剂颗粒内部的传质/194

6.4.3床层内的混合扩散/196

6.5固定床反应器的设计/197

6.5.1总反应速率方程式/197

6.5.2反应器的设计/199

6.6固定床反应器在合成氨生产中的应用/201

6.6.1一氧化碳变换的基本原理/202

6.6.2一氧化碳变换的工艺过程/206

6.6.3变换反应器/207

6.6.4变换反应器的新发展/210

6.7固定床反应器的日常运行与操作/212

6.8固定床反应器在二甲醚生产中的应用/214

6.8.1二甲醚的合成技术/215

6.8.2甲醇脱水工艺及反应器设计/217

参考文献/223

第7章流化床反应器

7.1流态床反应器的特性/226

7.1.1流态化/226

7.1.2散式流化床和聚式流化床/227

7.1.3流化床中的气泡及其行为/227

7.1.4流化床的异常现象及处理方法/228

7.1.5流化床反应器内的传质/229

7.1.6流化床反应器内的传热/231

7.2流化床反应器的设计/232

7.2.1反应器直径与高度的确定/232

7.2.2压力降的计算/234

7.2.3反应器的数学模型/237

7.3流化床反应器的运行与操作/239

7.4流化床反应器在丙烯腈生产中的应用/241

7.4.1丙烯腈生产工艺/242

7.4.2丙烯氨氧化反应器/245

7.5流化床反应器在苯胺生产中的应用/248

7.5.1苯胺的生产路线/248

7.5.2加氢流化床反应器/250

7.6流化床反应器的研究发展/255

参考文献/257

第8章离子交换反应器

8.1离子交换法的基本原理/260

8.1.1离子交换平衡/260

8.1.2离子交换速率/261

8.2离子交换剂与离子交换树脂/262

8.2.1离子交换剂/262

8.2.2离子交换树脂/263

8.2.3离子交换树脂的类型/264

8.2.4离子交换树脂的物理性能/266

8.2.5离子交换树脂的化学性质/267

8.3离子交换反应器的应用/269

8.3.1离子交换反应的特性/269

8.3.2离子交换软化除盐/270

8.3.3软化与除碱/272

8.3.4复床、混床除盐/274

8.4离子交换器的工作过程/276

8.4.1固定床离子交换器间歇工作过程/276

8.4.2一级复床的工作过程/281

8.4.3连续式离子交换器工作过程/282

8.5离子交换器/283

8.5.1固定床离子交换器/283

8.5.2移动床离子交换器/287

8.5.3连续床离子交换器/287

8.5.4混合床离子交换器/288

8.5.5浮动床离子交换器/288

8.5.6双室浮动床离子交换器/290

8.5.7回程式离子交换器/291

8.5.8离子交换柱/293

8.6离子交换装置的设计/293

8.6.1设计依据/293

8.6.2系统的参数计算/294

参考文献/295

第9章电化学反应器

9.1电化学反应器/298

9.1.1电化学反应器的主要构件/299

9.1.2二维反应器/299

9.1.3三维反应器/302

9.2电解槽/302

9.2.1电极反应/303

9.2.2法拉第电解定律/303

9.2.3分解电压与极化现象/304

9.2.4电解槽的分类及构造/305

9.2.5电解槽的工艺设计/307

9.3电化学反应器的工业应用/309

9.3.1电解氧化法处理废水/309

9.3.2电解还原法处理无机污染物/310

9.3.3电解凝聚与电解气浮/314

9.3.4电解消毒/316

9.4电化学技术的发展方向/317

9.4.1阳极材料/317

9.4.2电化学反应器（electrochemical reactor）/318

9.4.3电化学组合工艺/319

9.4.4生物膜电极法/319

参考文献/320

第10章膜生物反应器

10.1膜反应器/321

10.1.1分离膜/321

10.1.2膜反应器/326

10.2生物反应器/330

10.2.1生物反应器的特点及分类/331

10.2.2大型生物反应器设计与放大/332

10.2.3微型生物反应器/333

10.2.4动物细胞及组织工程反应器/335

10.2.5酶反应器/338

10.3膜生物反应器/339

10.3.1膜生物反应器的形式/339

10.3.2膜生物反应器的类型/340

10.3.3新型膜生物反应器/343

10.3.4膜生物反应器的应用/345

10.4膜污染控制技术/347

10.4.1膜污染控制措施/348

10.4.2膜污染的清洗/349

参考文献/350

第11章其他反应器

11.1气液固三相反应器/352

11.2涓流床反应器/354

11.2.1涓流床的流体力学/355

11.2.2涓流床反应器中的传质/356

11.2.3涓流床反应器中的传热/357

11.2.4涓流床反应器的结构/359

11.2.5涓流床反应器的设计与放大/360

11.3热管反应器/361

11.3.1热管的工作原理/361

11.3.2热管的结构/362

11.3.3热管的主要特性/363

11.3.4热管反应器的应用/363

11.4径向反应器/364

11.4.1乙苯脱氢反应原理/365

11.4.2乙苯催化脱氢生产过程/365

11.4.3脱氢径向反应器/367

11.4.4轴径向反应器的开发/369

11.5微反应器/369

11.5.1微反应器的结构/370

11.5.2微反应器的主要特点/370

11.5.3聚合反应器的类型/371

11.5.4微反应器在聚合反应中的应用/372

参考文献/379 2100433B