精细化工专业英语(吴红)03151课文中文翻译

第一部分简介

第三课精细化学品简介

直到二十世纪七十年代早期，生产原料、中间产品和销售产品的能力被认为是化学工业的核心竞争力。在写这篇文章时，情况发生了根本转变，尤其是那些专注于高附加值专用化学品的公司认为：高效的研究与开发、充满活力的市场以及对人力、技术资源及资金资源的合理利用，是比生产更为重要的成功因素。这种政策上的改变在由生命科学工业组成的农用化学品和医药工业中更为明显。在生产活动中，生产被重新分成不同分支。在某些情况下，大的生命科学公司已经减少他们在化工生产上投资。除了政策上的改变，对高端精细化学品的需求呼唤精细化工作为单独的实体出现。精细化学品制造商们开始重新整合，以生产为导向, 为大的化工企业提供服务。精细化学品有它自身的研究、发展、生产、销售和财务特点。

在化工交易中，产品可被称为大宗化学品、精细化学品和专用化学品。大宗化学品有石油化学品、基础化学品、有机化学品、单体、纤维和塑料。高级的中间产品、建构模块，医药、杀虫剂、活性组分、维生素、香精和香料都是精细化学品。胶黏剂、消毒剂、电子化学品、食品添加剂、矿用化学品、杀虫剂、医药、光学化学品、专用聚合物、水处理剂都是专用化学品。专用化学品和附加值最高。

这一点对大宗化学品和精细化学品来说是共同的，即这两类都是根据它们的产品规格指标即它们的内在属性进行分类的，这些物质是在化工范围内出售的，顾客比供应商更知道如何使用它们。专用化学品根据它们的功能而确定。消费者是公众，供应商必须提供技术支持。一种物质可能既是精细化学品又是专用化学品。例如。只要2-氯-5-（1-羟基3-氧-1-异二氢氮杂茚基）苯磺胺根据规格出售，那么它就是精细化学品。但是一旦它被压成片并标注为利尿的氯噻酮，那么它就是专用化学品。大宗化学品与精细化学品的界定并不是固定不变的。

大宗化学品与精细化学品的体积界限为1000吨/年和10000吨/年，单价界限为$2.5/kg和$10/kg，设定更精确的界限是不现实的，尽管大量众所周知的中间产品在这个界限内，例如，N-乙酰乙酰基苯胺、氯甲酸酯、三聚氯氰、对苯二酚、丙二酸、吡啶、甲基吡啶和山梨酸。氨基酸和维生系是两类典型的精细化学品，也是两种产量最大的产品，L-赖氨酸，抗坏血酸、烟酸出售的数量都超过10000

吨/年，单价也超过$10/kg。

产品

如果精细化学品根据应用来分类，用量最大的是农用化学品中的精细化学品，其次是医用精细化学品。在农用化学品中，由三聚氯氰生产的三嗪除草剂，每年的产量超过100000吨。由2，6-二乙基苯胺和氯乙酰基氯生产的氯乙酰苯胺，由L-2-氯丙酸生产的苯氧除草剂产量在50000吨/年和100000吨/年之间。由光气生产的三氨基甲酸酯和尿素类除草剂和二硫代氨基甲酸酯杀菌剂一样，都是大批量的产品。但是，杀菌剂的主要成分是大宗化学品。对于由三氯氧磷生产的有机磷酸盐杀虫剂也是如此。所有这些农用化学品的产量不增长或负增长，是因为它们逐渐被活性更高的、用量更少的对农作物有保护作用的化学品所取代。众所周知的例子是磺酰脲类，其中含有2-氨基4，6-取代嘧啶基咪唑啉，这是抗生素吡啶-2，3-二羧酸的重要中间产品。

在药品中，产量最大的是维生素止痛药和β-内酰胺抗生素，世界年产量约为50000吨，抗坏血酸（维生素C）年产量为50000吨，烟酸（维生素PP）年产量为25000吨，β-内酰胺抗生素的原料，例如6-氨基青霉烷酸和7-氨基头孢烷酸和支链的D-苯甘氨酸

和D-p-甘氨酸的产量很大，这些原料作为首批半合成青霉素不断发展，每年的产量为近万吨。2-氨基噻唑肟基醋酸纤维素,用来作为第三代的头孢菌素，每年的产量为几百吨，这个五元杂环化合物是由叠氮化钠如5-巯基-1-甲基四氮唑和2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑的衍生物.

讲到分子结构类型，杂环化合物是精细化学品中最重要的一类，尤其是含有N原子的杂环精细化学品，如维生素B2、维生素B6、维生素H、维生素PP和叶酸。这些和其它的天然物质在现代医药和杀虫剂中起着重要作用。甚至是现代颜料、工程塑料中都有N-杂环结构。

从应用的角度来看，不管是从产品的数量还是销售量来看，药用精细化学品占精细化学品的大部分。销售的精细化学品中有40%-50%是医用精细化学品，20%-25%是农用精细化学品，剩余的是其它类型的精细化学品。

没有多少精细化学品每年的产值超过$10,000,000。少于12种精细化学品的年产量超过10000吨，年销售收入超过$100,000,000。除了医用化学品和杀虫剂外，这些精细化学品包括氨基酸作为食品添加剂的L-赖氨酸，D,L-蛋氨酸、维生素抗

坏血酸和烟碱。

精细化工将来的发展取决于对精细化学品的需求。精细化工贸易的增长依赖于由高价值的有机中间体合成的新的医药、农用化学品、工程塑料和其它专用化学品的引入。

第二部分精细化学品概述

第四课表面活性剂

“surfactant”这个词是由“surface active agent”合成的，表面活性剂通常是两性的有机化合物，意思是它们既包含疏水集团(其“尾部”)，又包含亲水集团(其“头部”)，因而，它们既可溶于有机溶剂，又可溶于水中。

表面活性剂通过在气液界面上的吸附作用来降低水的表面张力，它们也通过在液液界面上的吸附降低油水界面上的张力，许多表面活性剂在液相主体排列成为凝聚体，这样一些凝聚体称为胶束，表面活性剂开始形成胶束时的浓度称为临界胶束浓度或CMC，当在水中形成胶束时，胶束的尾形成一个能包住油滴的核，它们的头形成一个球形外壳，有利于对水的接触。当表面活性剂在水中时，凝聚体称之为反胶束，在反胶束中，头部是在核中，尾部保持与油的接触。

表面活性剂通常分为基本的四类：阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂。

无论是理论上还是实际上，表面活性剂体系的热力学性质都是非常重要的，这是因为表面活性剂体系代表了物质介于有序和无序之间的状态，表面活性剂溶液包含了有序相(胶束)和无序相(自由的表面活性剂分子和(或)溶液中的离子)。

例如，普通的餐具洗涤剂能够促进水渗透于土壤中，但其效果只持续数天(尽管很多标准的日用洗衣粉包含一定水平的钠和硼，其对植物构成危害，因而不可用于土壤中)，商用土壤湿润剂将会继续使用相当长的一段时间，但他们终将会被土壤中的微生物降解。然而，一些土壤湿润剂会干扰水中生物的生命循环，因而，必须十分小心，以防这些产品进入河流中，不得将过量的土壤湿润剂经排水沟冲掉。

表面活性剂在很多实际应用和产品中发挥了重要作用，包含：洗涤剂、纤维

柔软剂、乳化剂、涂料、黏合剂、墨水、防雾剂、土壤改良剂、湿润、发泡、消泡、除草剂、杀虫剂、生物杀灭剂与头发调理剂。

第五课不同类型的表面活性剂

不同类型的表面活性剂范围很广，每种类型都具有独特的性质和特点：作用其上使用效果最佳的污物和纤维种类，他们是如何处理硬质水的。洗涤剂采用不同种类的表面活性剂的复合来获取最佳的洗涤效果。在洗涤和清洗产品中使用的表面活性剂主要有四类：阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂，这取决于其携带的电荷类型。

阴离子型表面活性剂：

溶液中，表面活性剂的“头”部是携带负电荷的。由于其良好的洗涤性能，这种类型的表面活性剂广泛用于清洗、餐具洗涤和洗发剂，它在使污物脱离纤维、脱除纤维上残留的织物柔软剂效果也特别好。

阴离子表面活性剂在清洗油污及油/粘土污物特别有限，而且，在水中他们能与带正电荷的例子发生反应(钙和镁离子)，这能够导致部分失活。水中的钙镁离子越多，阴离子表面活性剂体系活性丧失越大，为避免此类现象，阴离子表面活性剂需要其他组分的帮助，因而硬水中需要加入更多洗涤剂。

应用最广泛的阴离子表面活性剂是烷基硫酸盐、烷基乙氧基硫酸盐和肥皂。

阳离子表面活性剂

在溶液中，阳离子表面活性剂头部携带正电荷，有三种不同种类的阳离子，每种都有独特的应用。

在纤维柔软剂和表面活性剂中，表面活性剂提供了柔软性。在洗涤产品中其主要功能是清洗和柔软，如酯基季铵盐，一种用于清洗和柔软纤维应用最广泛的表面活性剂。

阳离子表面活性剂的一个例子是酯基季铵盐。

酯基季铵盐(图)

在衣物洗涤剂中，阳离子表面活性剂(正电荷)改善了正电荷在污物/水界面上的排列，这有助于以一种非常有效的方式减小污物/水的界面张力，从而形成更有效的脱除污物体系。它们对脱除油污更有效。

这一类中使用的阳离子表面活性剂的例子是单烷基季铵盐。

单烷基季铵盐体系(图)

在家用和浴室用洗涤剂中，阳离子表面活性剂有助于消毒功能。

非离子表面活性剂

这些表面活性剂不含电荷，这使得它们能阻止硬水中的失活。它们是很好的去油污剂因而用于衣物洗涤、家庭日用品洗涤剂和洗手液。

大部分衣物洗涤剂既含有非离子又含有阴离子表面活性剂，因为可相互补充洗涤功能。非离子表面活性剂有助于减少表面活性剂体系对硬水的敏感性。

应用最广泛的非离子表面活性剂是脂肪醇醚。

非离子表面活性剂(图)

两性表面活性剂

这些表面活性剂非常温和，使得他们特别适合于个人护理和家用洗涤产品。它们可以为阴离子(负电荷)，阳离子(正电荷)或非离子(不带电荷)，这取决于水的酸度或pH值。

他们可以与其他所有类型的表面活性剂共存，且在高浓度电解质、酸、碱存在的情况下可溶、有效。

这些表面活性剂可携带两类不同符号的电荷基团，正电荷几乎总是铵根离子，负电荷来源多种(羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐)。这些表面活性剂具有优良的皮肤病学性质。他们通常用于洗发香波和化妆品中，并且因其良好的起泡性也用于洗手液中。

两性表面活性剂的一个例子是烷基甜菜碱。

烷基甜菜碱(图)

第六课黏合剂

黏合剂是一种将两种物体黏附或结合在一起的化合物，黏合剂可来源于天然或合成，现代的一些黏合剂相当强力，在现代建筑和工业上变得越来越重要。

最早的粘合剂是天然树胶和其他植物树脂，考古学家们发现6000年前的陶器破损后采用植物胶修补过。大部分早期的粘合剂是动物胶，通过熬煮动物产品如

美洲牛蹄制得。美国的土著人在现在的美国东部使用云杉胶和脂肪的混合物作为粘合剂，并且在桦皮舟上用其填缝以防水。在Babylonia时代，使用焦油沥青来粘结雕塑，埃及是最重要的使用黏合剂的国家之一，埃及人使用动物胶来黏附坟墓、家具、象牙和纸。蒙古人使用黏合剂制作短弓，在欧洲的中世纪，蛋白粉用来装饰带有金叶的羊皮纸，在1700年，第一个生产皮胶的胶水厂建于荷兰，，后来，在1750年，英国人引入了鱼胶，随着现代化的进行，使用橡胶、骨头、淀粉、鱼和干酪素的专利得以公布，现代黏合剂已改进了弹性、强度、固化速度和耐热、耐化学性能。

可以将黏合剂分类如下：天然黏合剂、合成黏合剂、挥发性黏合剂、压合式黏合剂、热熔胶(热塑性黏合剂)、化学反应性黏合剂、紫外光固化黏合剂、热敏黏合剂。

黏合剂与底物之间的粘合或连接强度取决于许多因素，包含粘结方式。黏合可以通过粘合剂作用于底物的小孔产生的机械作用而发生，或者通过几种化学方式中的一种而发生。

某些情况下黏合剂与底物间可以产生化学键，另一些情况下，静电引力将物质结合在一起，第三种方式包含发生于物质分子之间的范德华力，第四种方式包含黏合剂借助于湿分扩散到底物内部，随后便是硬化。

第七课增塑剂

向塑料或弹性体中加入增塑剂可以使其更有弹性，改进加工性，或使其能发泡。增塑剂通常是低分子量的液体，少数情况下为低分子量或高分子量的固体。弹性体主要由矿物油来增塑，如典型的橡胶轮胎含40%的矿物油。邻苯二甲酸酯是弹性体的主要增塑剂，其中邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)应用最多。聚合体增塑剂只在相对少量的情况下使用，主要为聚酯和聚醚，高分子量的聚酯用于聚合体混合物，低分子量的聚酯用作增塑剂，由于后者由缩聚反应产生，它们有很宽的分子量分布，因而体系中既有单体又有高聚物组分，单体成分多意味着聚合物成分少，但其中低聚体成分高，这种情况下，它们称为低聚体增塑剂。

主增塑剂与助增塑剂间有区别，主增塑剂直接与聚合物链反应，而助增塑剂实际上只是稀释主增塑剂，因而助增塑剂也称为稀释剂。一定的增塑剂可以作为

主增塑剂，也可作为助增塑剂，这取决于聚合体。比如，重油是PVC的稀释剂，但是为弹性体的助增塑剂。

增塑剂的80~85%用于生产塑性PVC，邻苯二甲酸酯被优先用于增强聚氨酯、聚酯树脂和酚醛树脂的弹性，磷酸酯是三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、聚酰胺和乙酸纤维素的良好增塑剂，总量约500种不同的增塑剂可在市场上购得。

增塑剂通过不同的分子效应增加主链的流动性，极性增塑剂与极性高分子链之间可产生旁式效应，即将分子的反式构象变为旁式构象，这样就降低了平均内旋转能垒，作为一种良好的溶剂，增塑剂溶解螺旋状结构或晶形物质，另外，链段由于稀释效应而分离开来，另一方面，溶解实质上并不能增加链段的流动性，因为溶剂如保护层增大了旋转能垒。

由于链段流动性的增加，玻璃化转变温度、弹性模量、抗拉强度和硬度减小了，而断裂延展性增加，这些参数的变化可以从宏观上衡量增塑的效果，所有参数中，只有玻璃化转变温度仅与聚合物链的流动性有关，其他参数包含了其他效应的贡献，因而，测量增塑效果使用了玻璃化转变温度、弹性模量、抗拉强度、断裂延伸度，而硬度不能产生相同的效果。

为了提高链段的流动性，增塑剂必须与聚合物形成热力学稳定的混合物，也就是说，它必须与聚合物相容，但溶剂的溶剂化作用会使链变硬。因此，增塑剂必须尽可能为溶剂。

第八课热稳定剂

热稳定剂提供了可阻止由于热、氧化、太阳辐射导致的老化，因此，当用于塑料成分时，他们可以划分为热(或其他)稳定剂，抗氧化剂和紫外光稳定剂。

热稳定剂的作用是阻止聚合物在短暂的高温加工时退化，保护成品塑料物品抵御长时间使用温度下的老化。

抗氧化剂抑制了加工、贮存和使用期间在常温或更高温度下的氧化性退化，许多聚合物能够承受一些氧化性退化，但烃类聚合物易退化。抗氧化剂通常加入量较少。

大部分塑料在延长户外曝晒时间后其退化程度不同，聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酯、晶状和高抗冲聚苯乙烯，及ABS特别敏感。其他塑料，尤其是聚(甲基丙烯酸甲酯)和氟碳化合物更耐曝晒。为了阻止由于太阳辐射中紫外线辐射所造

成的聚合物老化，塑料成分中包含紫外光吸收剂，他们是诸如苯甲酮、苯并三唑、丙烯腈这样的化合物，能够选择性地吸收有害辐射并将其转化为热能。

像二氧化化钛和氧化锌这样的颜料也用于保护塑料免受紫外线辐射的损害，它们通过吸收紫外线的辐射起作用，使它们起作用主要是由于能反射辐射。在应用时若不需色彩，可吸收紫外线的炭黑广泛作为一种有效的稳定剂在使用。

第九课食品添加剂

食品添加剂是加入到食品中能保持其风味或改善口感、外观的物质，一些添加剂已使用了好几个世纪，例如，通过醋腌、盐腌如咸肉来保存食品、糖，在一些酒中使用二氧化硫来保存。随着二十世纪加工食品的出现，引入了大量的天然或人工合成的添加剂。

食品添加剂可划分为几类，尽管他们之间有一些重叠。

酸：加入食品酸以保持其风味更强，同时也作为防腐剂和抗氧化剂，普通的食品酸包含醋、柠檬酸、乳酸、苹果酸、富马酸、乳酸。

酸度调节剂：酸度调节剂用来改变甚至控制食品的酸碱性。

抗结剂：抗结剂用来防止粉末如奶粉结块变硬。

消泡剂：消泡剂用来减少或防止食品结块变硬。

抗氧化剂：抗氧化剂如维生素C作为保存剂以阻止食品的氧化，因此对健康有益。

填充剂：填充剂如淀粉是增大食品体积而不减少其营养价值的添加剂。

食品色素：食品色素添加于食品中以取代加工过程损失的色彩，或使食品看上去更诱人。

保色剂：与色素相比，保色剂用于保持食品已有颜色。

乳化剂：乳化剂使水和油以乳状液的方式混合均匀，如蛋黄酱、冰淇淋、均质牛奶。

风味剂：风味剂是赋予食品特定的味道和气味的添加剂，可以来源于天然物质或人工制造。

增味剂：增味剂可以增强食品已有风味，他们可以取自于天然原料(通过精馏、

溶剂萃取、浸渍等方法)或人工制取。

面粉处理剂：向面粉中加入面粉处理剂以改进其颜色或焙烤性。

润湿剂：润湿剂可防止食品变干。

防腐剂：防腐剂可用于防止或抑制食品由于霉菌、细菌或其它微生物所引起的腐败。

稳定剂：稳定剂、增稠剂和胶凝剂，如琼脂或果胶(果子酱中用的)中的，给予食品稳定的结构，尽管不是真正的乳化剂，它们有助于稳定乳化。

甜味剂：向食品中添加甜味剂以提味。加入甜味剂而不是糖以保持食品的低热能，或者因为甜味剂对糖尿病的治疗、预防蛀牙及腹泻有好处。

第十课染料

染料一般指自身有色并且能够靠亲合力使其它物质着色的物质。染料通常在水溶液中使用，且通常需要用媒染剂来提高其染色牢度。

和染料一样，颜料也可吸收一定波长的光而呈现一定的颜色。不过与染料对比，颜料一般不是不溶的，并且无亲合力。某些染料可借助成盐生成沉淀转化为颜料。

在印度和中东地区，考古学显示，染料已经有5000年的历史。染料取自于动物、蔬菜或矿物质原料，很少或不进行加工处理。至今，染料最大的来源是植物王国，主要是植物的根、浆果、树皮、树叶和树干，但仅有少量植物染料曾以商业规模使用过。

第一种人工合成(人造的)的有机染料是苯胺紫，于1856年由威廉亨利铂金发现的。此后，数以万计的合成染料被合成出来。

合成染料迅速代替了传统的天然染料。它们价格便宜，提供了大量的新的色彩且具有更好的性能。染料目前的分类依据是其染色过程不同。

酸性染料是水溶性阴离子染料，广泛应用于纤维如丝绸，羊毛，尼龙和改性丙烯酸纤维的染色，在中性或酸性介质中使用。染色原理为染料的阴离子基团和纤维的阳离子基团作用成盐。酸性染料对纤维染色不牢。

碱性染料是水溶性阳离子染料，主要适用于腈纶，但也有些用于羊毛和丝绸染色的。通常乙酸会被加到碱性染料中增加染料对纤维的附着度。除此之外，碱性染料也常用做纸张的染色。

直接染料一般在中性或弱碱性介质中使用，在氯化钠(NaCl)或硫酸钠(Na2SO4)存在下，在沸点或接近沸点下进行染色。直接染料适用于棉、纸、皮革、羊毛、丝绸和尼龙等。除此之外，直接染料也可以用作PH值指示剂和生物染色剂。

媒染染料要求使用媒染剂，以提高染料的耐水洗、耐光、耐汗渍等牢度。媒染剂的选择是非常重要的，因为不同的媒染剂可以改变最终的颜色。最重要的媒染染料是合成或铬染料，主要适用于羊毛。这些大约占羊毛染料中30%，主要用于黑色和海军蓝。而媒染剂如重铬酸钾，主要用作后处理。特别需要注意的是，许多媒染剂，如重金属类，可危害到健康，使用的时候要特别谨慎。

瓮染料（还原染料），基本上不溶于水，不能直接使纤维染色。然而，染料在碱性溶液中发生还原反应产生可溶于水的碱金属盐，在这种无色状态下，对织物纤维具有附着力。随后，发生氧化作用恢复为原来的染料。

第十一课涂料（油漆）

涂料（油漆）是一种施用后能转化成不透明的固体薄膜的液态的，可液化的，或者是胶状合成物。

涂料的主要功能为保护，装饰(例如增加颜色)，或者借助于表面涂层使物体或表面新增功能。如减缓金属的腐蚀，房屋的装修，改变表面的光反射或热辐射等。

涂料几乎在所有领域都有应用。在诸多其它用途中，涂料可以用于艺术品的生产、工业涂层、行车帮助（路面标记）、防水或防腐蚀涂层等。涂料是半成品，因为最终产品是被涂物品。

涂料也可以混合釉形成各种各样的纹理和图案。这一过程被称为人工抛光，深受业主、建筑师和室内设计师的喜欢。

涂料的主要成分包括：颜料、黏合剂、溶剂

颜料：

颜料的作用包括着色和遮盖（有时称‘隐藏’），通常会影响涂料的光泽、流动性、保护能力等性能。颜料可分为两大类：体质和遮盖颜料，体质颜料主要指惰性颜料或者增量剂等。

最主要的现代白色遮盖颜料是二氧化钛。氧化锌也是一种主要的白色颜料，只是性质稍差。彩色遮盖颜料也主要分为两大类，一类为无机化合物，主要来源于有色的矿物质，另一类为有机化合物，通常颜色较为鲜亮但价格较贵。

惰性颜料也分天然和人工合成的两种。天然的主要指各种粘土、碳酸钙、云母、二氧化硅、滑石粉等。合成的主要包括烧制粘土、镀锡化合物、沉淀碳酸钙、合成二氧化硅等。

遮盖颜料，主要使涂料不透明，也保护物体不受紫外光的侵害。

黏合剂：

黏合剂，也称树脂，是涂料的主要成膜组分。它使涂料和物质黏合在一起，并且影响着涂料的光泽、耐久性、弹性、韧性等性能。

黏合剂包括合成和天然两大类，如丙烯酸酯、聚氨酯、聚酯、三聚氰胺树脂、环氧树脂以及油脂等。

黏合剂也可根据干燥或固化机理不同分类。主要包括简单的溶剂蒸发、氧化交联、催化聚合和聚合等四类。

（展色剂）稀释剂或溶剂

稀释剂的主要目的是调整涂料的黏度。它易挥发，且不成为涂膜的一部分。它也可以控制涂料的流动性或应用性能。其主要功能是作为非挥发性组分的载体。

水是水基涂料的主要稀释剂。

溶剂型，也叫油基涂料，常用各种各样的溶剂如脂肪烃、芳烃、乙醇、酮类等作为稀释剂。这些溶剂包括有机溶剂，如石油馏分，醇，酮，酯，乙二醇醚等，有时挥发性低分子量合成树脂也可作为稀释剂。

除以上三个主要组分外，涂料还通常需要添加各种各样的助剂，通常添加量很小。比如润湿剂、稳定剂、防冻剂、消泡剂、流平剂等。其它添加剂可能为增稠剂、溶解助剂、杀菌剂等。

第十二课化学杀虫剂和生物杀虫剂

1867年，当巴黎绿被证明了可有效抵制科罗拉多薯虫时，现代化学杀虫剂在美国已经开始使用了。接下来的十年内，巴黎绿和煤油乳剂被用来抵制各种各样的咀嚼和吸血昆虫。20世纪早期，开发了氟化合物和植物杀虫剂。除烟碱（尼古丁）、除虫菊酯、鱼藤酮等植物衍生物，早期的杀虫剂几乎都是无极化合物。1939年，一种有机合成杀虫剂DDT在欧洲问世，导致了数以千计的有机化合物作为杀虫剂来使用。今天，在美国环境保护局登记使用的有数百个化工杀虫剂和超过10，000个配方。及时有效、使用方便、容易获得，这些已使化学药品成为人们消灭昆虫、稳定粮食和植物产量、保证人类和动物健康、使人类生活质量得以提高的现代武器。

早在20世纪20年代，因担心杀虫剂在食品中的残留问题，美国就要求对此进行监管。20世纪60年代，随着全世界环保意识的提高，化工杀虫剂成了科学和公众的抗议对象。批评者指责说，化工杀虫剂是危险物，其作用是弄巧成拙，它使害虫具有耐药性，破坏了生态平衡，并像危害环境一样，危害着人类和其它生物。作为回应，政府已经限制或禁止使用许多剧毒性的广谱性和胃毒性杀虫剂，其中包括许多氯代烃：滴滴涕，苯六氯化合物，林丹，艾氏剂，狄氏剂，氯丹，七氯，异狄氏剂，和毒杀芬等。

与此同时，化学家也合成了一些选择性杀虫剂来代替光谱性杀虫剂，并且这些杀虫剂在环境中能分解成无毒物质。如有机磷酸酯类杀虫剂，和氯代烃类似，可以攻击昆虫的神经系统而达到杀虫的效果，但它可以更快地分解为无毒物质。有机磷酸酯是一个庞大的族类，其中既有对哺乳动物剧毒的柏拉息昂(一种剧毒农药)，也有毒性非常小的马拉息昂。氨基甲酸酯类杀虫剂，即苯氨基甲酸的酯，能够在接触的状况下杀灭幼虫及成虫，已赢得了赞誉，因其比有机磷酸酯能够更快分解，对人类危害更小。如含有一个N -甲氨基甲酸酯类的芳香酯类化合物罗森，或西维因等。

化工杀虫剂的缺点鼓励了生物控制，即转向自然控制和物理控制，这种控制对其它生物的副作用较小。生物控制包括使用掠食性动物、寄生生物和病原生物杀害目标昆虫，无需危害其他有机体。另一方面，释放大量的不育雄性昆虫到与

繁殖力强的雄性昆虫配对，以减少下一代的数量。用合成的昆虫激素攻击昆虫的生长发育系统以控制其生长，用合成费洛蒙，一种强效昆虫引诱剂，监测有害生物种群，破坏害虫繁殖和引诱害虫。但是，同时，环境友好型的生物杀虫剂固有的缓慢的作用效果和选择性，以及其它方面严格的要求，使其对农民的吸引力下降。这就导致了生物杀虫剂和化工杀虫剂通常被综合运用。

第十三课除草剂的发展历史和它对健康的影响

以前广泛使用化学除草剂控制植物的生长环境，如改变土壤pH值，盐度，或土壤的肥沃度等，以用来控制杂草。当然，机械控制（包括耕地）也（现在仍然是）用来控制杂草。

第一个广泛使用的除草剂是2，4-二氯苯氧乙酸，也被称做2，4-D.第二次世界大战期间由一个英国团队发明，并于20世纪40年代末广泛投入使用。其合成简单，成本低廉，能除去很多阔叶类物质且环境积累性小（但高剂量的2，4-D 对成熟期的玉米或其它谷物有害）。低成本的2，4-D使其在今天仍在使用，它仍是世界上应用最广泛的除草剂之一。和其它酸性物质类似，目前，2，4-D通常以铵盐（通常为三甲胺）或酯类形式使用。这样比酸容易后处理。

2，4-D的选择性较差，也即是它对非目标物质也起作用。并且，2，4-D对某些阔叶杂草，包含多种植物及莎草等作用效果较差。如果一种除草剂只对其中的某些杂草有效，而对其它大多数无明显作用，这样的除草剂被称为选择性除草剂。目前，已经合成出很多的选择性除草剂。

20世纪70年代合成出了莠去津，和其它除草剂相比，它可能会对地下水造成一定的污染。莠去津使用后（几个星期内）不易分解，相反，易被雨水淋至土壤较深层。因此，莠去津又被认为是一种高残留除草剂，非常不受欢迎。

草甘膦，商品名称通常被叫做农达，是1974年合成的非选择性控制性除草剂。草甘膦是目前广泛使用的选择性除草剂，但是容易使杂草产生抗药性。在二十世纪九十年代末期，除草剂和能够抵御除草剂的粮种的搭配有助于巩固粮种和化学工业的地位

目前，已经明确规定除草剂要在使用后的较短时间内分解。这对于在下一季度种植可能受除草剂影响的作物是有利的。但除草剂的低残留（快速分解）对下一季度的杂草也无法起作用。

皮肤接触某些除草剂，会导致健康问题甚至有可能引起死亡。除草剂引起健康问题的途径来自于不正确地施用除草剂所导致的工人与除草剂直接接触、吸入空气中的喷雾剂和食用粮食，以及来自于接触土壤中的残留污染。除草剂也可通过地表径流污染远处的地表水，因此摄入这些地表饮用水也可能引起健康问题。一些除草剂在土壤中快速分解，另外一些确有非常长的半衰期。其它常见的健康问题包括胸痛、头痛、恶心、疲劳等。大多数除草剂（主要为非有机）在使用之间，必须要到环保部门进行检测备案。然而，由于现在使用的除草剂数量非常多，对健康的影响也一直存在。甚至一些除草剂已经被证实会导致致癌、致畸等基因突变。

不过，某些除草剂也可能是对健康有益的。如针对植物疟疾恶性寄生虫疟原虫的除草剂可作为抗疟疾药物。

第十四课磺胺类药物的发现

磺胺类药物是化学家发明的第一个抗菌药，这些化合物药用性能的发现有一个有趣的故事。尽管很多科学家在这一发明中扮演重要角色，但其中的最主要的还是1895年出生于德国Lagow的Gerhard Domagk。Domagk曾经于基尔大学攻读学医，梦想成为一名医生。但是，第一次世界大战中断了他的医学研究。1918年停战后，他重新进入基尔大学，并于1921年获得医学学位。短暂的学术生涯后，他到了德国IGF染料集团，负责化学合成新染料的药理学性能研究。

当Domagk加入I.G.F时，还没有抗菌药物。这是一个严重威胁健康的问题，因为细菌可导致肺炎、脑膜炎、淋病、以及链球菌、葡萄球菌毒素的感染。I.G.F 团队的化学家和药理学家制定了一项计划，以确定某些染料是否可以杀死这些病菌且不损害动物和人类宿主。他们跟踪检测了一些染料，特别是那些含有磺胺基团的染料，发现它们似乎特别“快速”或紧紧结合羊毛织物等织物，这表明其对构成羊毛的蛋白质分子有亲和力。结合细菌蛋白质的性质，研究人员推测，这些

染料可能以这样的方式选择性地抑制或杀死细菌。我们也将看到，这个简单推理的正确性：作为杀菌剂，磺酸基团是必须的。但是，分子的其它基团是染料功能基，但是对杀菌效果不起作用。

一天，Domagk在感染了链球菌的实验用老鼠和兔子身上测试了一种称之为百浪多息的染料。发现这一物质可强烈杀死这些细菌，并且大剂量使用时对动物无不良影响。百浪多息杀死动物身上菌类物质的发现大概在1932年初，同年12月，I.G.F集团申请了该发现的专利。

不久之后，开始了对人类患者的临床试验，但是效果并不显著。某些记录表明，在没有进行更多的人类实验时，因为被针刺了一下，Domagk的女儿受到了链球菌的感染，所以他给自己病危的女儿注射了百浪多息。很快，女孩恢复了健康。记录显示，第一次临床试验对象是一个被葡萄球菌感染的已经病危的十个月大的男孩。男孩的主治医生，R.Forster，他的一个朋友是Domagk在I.G.F集团的上司。通过该朋友，医生知道有一种红色染料（百浪多息）对抗击葡萄球菌非常有效。即使不能杀死葡萄球菌，对于一个将死的男孩来说也没什么损失。Forster 给男孩用了一定剂量这种红色染料，不久之后男孩痊愈了。

不管这两个故事的准确性、真实性如何，这些都是20世纪30年代中叶，被公认的百浪多息具有杀菌性能的医学奇迹。Domagk也因此荣获了1939年的诺贝尔医学与生理学奖。在接下来的1933年到1939年，还有很多重要的发现，但直到两年后的1935年2月，百浪多息对动物的试验已经完成，Domagk并没有公布研究结果。基于Domagk的研究成果，在巴黎的巴斯德研究所，一个夫妻研究小组对一些杀菌物质进行了分析，发现这些物质都是“偶氮”染料且和百浪多息具有相似的化学结构。这些染料分子各不相同，但其共同特点就是都含有亚磺酰氨基部分。值得关注的是，他们发现这些具有抗菌性能的染料几乎和百浪多息相同。

第十五课洗发水

洗发水的定义是“适合洗涤头发、包装使用方便的洗涤剂”，为适应不同需求，无论是最普通产品，还是尖端产品，最洗发水的各种技术已经发生了翻天覆地的变化，其主要功能已经不仅仅是清洁。

早在1955年，一项调查结果就显示“女性对洗发水的要求除了清洁之外，还包括冲洗简单，使头发具有光泽、易于打理、防干枯”。与此同时，有人还强调，洗发水的另一发展趋势就是对其中所用表面活性剂的要求，要求配方中的表面活性剂对皮肤的影响较为轻微，如不慎入眼，对眼睛不会产生任何刺痛作用。

普通的阴离子型洗涤剂似乎能够导致头发不愉快的“洗后效应”，大致与其去除油脂的能力成正比，但很多其他能够去除油脂的物质不会使发质明显变坏。因此，如果用乙醚或三氯乙烯处理头发，发现其去除油脂能力非常迅速，且不会有其它副作用。头发仍会顺滑、有光泽、并且易于梳理和定型。在表面活性剂中，既发现了一些去污能力弱但却严重损害发质的，同时也发现了一些洗涤效果非常彻底而又对头发没有伤害的。因此，洗涤效果和对发质的损伤之间并无直接的联系，这主要取决于从事化妆品研究的化学家要找到去污和发质保持之间的平衡关系。

除了需要考虑洗涤效果和发质保持之间的关系外，还必须考虑该类型的市场需求。油性发质的人群对洗发水去油污能力的要求可能较高，洗发水的作用时效要求至少能维持3到4天，干性发质的人可能对此不那么严格。但是，即使是干性发质的人，也会有一些油脂需要去除。在任何时候，人们都想有一个深层清理洗涤过程，特别是女性，在洗发的过程中，她们往往会想去掉一些日常积累下来的皮屑、污垢、汗渍、烹饪气味、头皮屑、环境污染物等等。实际上，这也是人们对洗发水的必然要求，既是一个合适的洗涤剂，同时也应该在用后使头发易于梳理，并有一个健康的外观。

这些是描述洗发剂类型的两种基本性质，也就是众所周知的“调理性”和“温和性”性质，如今，洗发水配方设计师把它们作为不可或缺的性质，附加于最初的“洗涤”性能上。

然而，无论如何，清洗头发上积累的油脂、头皮上残留的碎片、以及打理时留在头发上的残留物等，仍是洗发水的首要功能。虽然任何洗涤剂都可完成这项工作，但洗涤的过程中应该有一定的选择性，主要是使头发和头皮上具有一定的天然油脂。一些新型洗发水在用后已经证实存在包括清洗功能在内的一些不良副作用。一些观点认为，这些“不合格”洗发水在用后会使头发难以梳理、毛躁、缺少光泽、使头发干燥以致“飞舞”的主要原因就是过度的去除头发上的皮脂。

这一观点看似合理，仔细研究之后发现，其实也是很简单的：皮脂在某种程度上起保护的功能，且能提高头发的光泽和润滑性。但同时，它也具有缺点，如吸附和捕获灰尘，对头发的保养有潜在的危害，并会影响头发的手感。

第十六课非均相催化剂和均相催化剂

能加速某种物质的化学反应速率，且在反应前后保持不变的物质被称作催化剂。催化剂提高化学反应速率的过程被称作催化作用。在化学反应中，催化剂似乎不受化学反应的影响。和无催化剂作用的反应相比，它(催化剂)通过降低反应活化能从而改变反应机理。本文中，我们将讨论两种催化剂：非均相（多相）催化剂和均相催化剂。

气态二氧化硫和氧气反应2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)，在室温下反应速率及其缓慢。如果把这两种气体中引入固体的矾氧化物，V2O5，反应速率就会提高。在这一反应中，矾（V）的氧化物就是一种催化剂。请注意，矾（V）氧化物是固体，而反应物是气体。通过吸附反应物，在V2O5的表面形成一个较为复杂的体系，进而降低了反应的活化能。

在非均相催化反应中，反应物和催化剂属于不同相。此时，催化剂就叫做非均相催化剂。这种催化剂可以提供一个供物质发生反应的表面。金属铂等贵金属以及金属氧化物等就是典型的非均相催化剂。大多数非均相催化剂靠吸附而起作用。吸附是使一种物质和另一种物质表面接触，在这一过程中，被吸附的分子，如O2，会被催化剂表面的O所吸引。这种吸引削弱了O─O键，使得其它反应物可以“折断”O─O键，使反应得以发生。汽车排气系统里的催化转化器就使用了一种接触催化剂。

均相催化剂和反应物存在于同一相中。这种催化剂参加反应，但在最后反应的最后一步又被还原成原物质。和非催化反应相比，它（均相催化剂）容易和原料生产一种或多种中间产物。容易的原因是它们所需要得活化能较低。比如在蔗糖水解反应中所使用得均相催化剂。反应方程式为：

C12H22O11(aq) + H2O(l) → C6H12O6(aq) + C6H12O6(aq)

蔗糖葡萄糖果糖

该反应的反应速率通常很慢。但是，如果在体系中加酸，酸的存在就会使反应加速。在该反应中，所有的物质都在水溶液中（均相）。所以，反应是非均相反应，而酸就是均相催化剂。

像实验室一样，化学工业也在大量使用催化剂。也有另外一些物质，被称为抑制剂，也可以改变化学反应速率。这些物质不是使反应“缓慢提高”，相反，它们“绑住”配合物中的反应物或受催化的物质，因而，反应物无法进行反应。食品工业中和医药制剂中使用的防腐剂，作用使这些物质免收损害。这就是抑制剂的例子。

大多数化学反应都是分步进行的。在每一步中，通常都会有两个粒子之间的碰撞。很少有涉及到三个或三个以上粒子碰撞的。三个或更多粒子很难有机会以适当的位置和能量碰撞而发生化学反应。

如果一个化学反应包括如下几步反应：

A → B

B → C

C →最终产物

其中会有一步慢于其它步。这一步称为反应控制步骤。这一步会控制整个化学反应。这一系列的反应步骤必须遵循一定反应机理才能完成化学反应。

图1：催化剂通过生成一个活化能较低的物质提高化学反应速率（左）。大量分子的活化能被降低，反应速率加快（右）

第十七课催化剂的类型和重要性

催化剂，是一种能改变化学反应速率，而本身在反应中未被消耗的物质。催化剂改变化学反应速率的作用叫做催化作用。能提高化学反应速率的催化剂称为正催化剂，简称为催化剂，而降低化学反应速率的催化剂通常被称为负催化剂或抑制剂。

酶催化剂：天然催化剂

酶是自然界中最常见和最有效的催化剂。假如没有酶提供催化作用，人和其他生物体内所发生的大多数化学反应都需要很高的能量，并且反应速率很慢。比

如，若无催化剂，淀粉水解为葡萄糖可能需要数周的时间；人唾液中发现的唾液淀粉酶，加快了化学反应速率，才导致了淀粉可以被水解。一些酶催化剂的催化效率甚至可以达到上亿倍或者更多。

酶通常具有专一的催化作用，换句话说，一种酶只能催化一种特定的酶作用物（也叫底物）的一种反应。通常，酶及其底物具有互补结构，能结合在一起形成配合物，该物质由于酶中功能基团的存在而更具有反应活性，从而稳定反应历程或降低反应活化能。某些毒性物质（如一氧化碳和其它毒性气体）中毒就是因为它们会抑制维持生命的催化反应的发生。

实验和工业用催化剂

催化作用对于化学实验室或者工业生产同样重要。某些在少量酸或碱的作用下，反应速率提高的化学反应称为酸催化或碱催化。比如，酯的水解反应，需要在少量碱的作用下进行的。在这一反应中，氢氧根离子，OH—，会和酯作用，反应体系中氢氧根离子浓度的浓度比纯水中大大增加。在反应开始阶段，碱提供的一些氢氧根离子被消耗掉，但接下来，水又会给出一定的氢氧根离子。这样，氢氧根离子的浓度在反应始末并没有发生变化，所以碱被认为是这一反应的催化剂。

贵金属也常用作催化剂，它们通常会在表面吸附一定的物质，并在其表面加快化学反应速率。例如，氢气和氧气混合不会发生反应生成水，但是如果在该混合气体中加入少量的铂粉，气体就会迅速发生反应。加氢反应也相同，如由植物油制备食用油，就是在贵金属或金属氧化物的催化作用下进行的。工业硫酸和硝酸的制取，用的也是这些表面催化剂。常用的表面催化剂除了铂，还有铜、铁、镍、钯、钌、铑、硅胶（二氧化硅）、矾氧化物等。

第三单元单元反应技术

第18课甲烷的自由基卤化

卤化是通过简单加成或取代，将任意数量卤素基团引入有机化合物的反应过程。本文关于甲烷的自由基卤化。

氟、氯、溴、碘和甲烷的反应具有十分不同的活性。氟最活泼，如果不采取

任何预防措施，氟和甲烷的混合物就会爆炸。甲烷和氯之间的反应能较容易的控制，而溴比氯的活性低。另外，碘和甲烷不反应。

甲烷卤化的反应熵近似为零，因为在反应中是两分子的初始气体产物生成两分子的气体产物。因此，甲烷卤化的热力学首先是由反应焓所决定的。甲烷卤化的活化能与各卤素的离解能相等，因为卤化是一个伴随均裂的气相反应。所有卤素的裂解能已经知道，因此甲烷卤化的动力学可以很容易的阐明。

表3.1 甲烷卤化的热力学和动力学

氟化反应看似有相对较高的活化能(155 kJ/mol)。但初始反应（链引发）— 即卤素分子的均裂 — 必须，而且只需发生一定次数。后续反应（链增长），即在卤素自由基和甲烷，甲基自由基和卤素分子间进行的反应会产生另外一个卤素自由基。因此，一个初始反应可以引发若干氟化反应。另外，氟化反应放热很多，反应焓是-431 kJ/mol 。因此，反应自身可以提供足够的能量用于另外的引发反应。

链反应的活化能一定不能太高。否则，由引发反应形成的活泼自由基会再次结合，而不发生链增长。由于甲烷氟化时链增长的活化能很小，因此，即使放置在室温反应混合物中的氟化反应就进行的很充分。另外，链增长放热剧烈。反应热不能从反应混合物中较快的移走，其结果就会造成温度和反应速率逐步上升，因此会发生爆炸。不过甲烷氟化可以在控制反应中进行，从而防止爆炸。在这种情况下，用惰性气体稀释初始产物或用铜粒吸收反应热可有效防止爆炸。

由于链引发的较高活化能，以及链增长较小的放热特征(ΔH° = -115 kJ/mol)，甲烷氯化的反应速率比氟化的反应速率要低。因此，甲烷氯化反应较易控制。溴同甲烷反应的活性比氯低的多，甲烷的自由基碘化反应不发生。