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化工巨头三类新材料布局:高端聚烯烃、PC、生物可降解材料

近期,《石油和化学工业“十四五”发展指南》发布,指南特别强调,石化行业在大力提升产业创新自主自强能力时,要尤其加快化工新材料产业发展。重点突破高端聚烯烃、工程塑料、高性能氟硅材料、高性能膜材料、电子化学品、生物基及可降解材料以及己二腈、高碳α-烯烃共聚单体、茂金属催化剂等关键原料。重点优化提升聚碳酸酯(PC)、聚甲醛等工程塑料,特种树脂及可降解材料,碳纤维、对位芳纶等高性能纤维,全氟离子交换膜、高通量纳滤膜、锂电池用隔膜等膜材料产品性能。以此为契机,我们通过梳理几大化工龙头公司在新材料领域的布局,发现主要集中在高端聚烯烃、工程塑料PC和生 物可降解材料三个领域,与指南高度契合。 01 三大类化工新材料的关联 三大类化工新材料均是以煤、石油、天然气一次能源为源头,经过裂解等反应获得中间产物,我们划分为C2、C3、C4及以上三大类,再自身聚合,或者相互反应之后再聚合最终制得高端聚烯烃、工程塑料PC、生物可降解材料三大类化工新材料。 高端聚烯烃:乙烯、丙烯在茂金属催化剂作用下聚合可以生成mPE、mPP,乙烯分别与1-丁烯、1-己烯、1-辛烯共聚形成各种乙烯α-烯烃共聚物,碳数越高难度越大,乙烯与醋酸乙烯共聚生成EVA,乙烯与C3产业链的丙烯酸共聚形成EAA。 工程塑料PC:来自C3产业链的丙烯氧化生成丙酮,来自C4及以上的苯经氧化等过程后生成苯酚,丙酮和苯酚反应生成双酚A,双酚A在光气或者其他催化条件下缩聚形成PC。 生物可降解材料:丁二烯经氧化生成丁二酸,通过乙炔法或者丁二烯法可以制得1,4-丁二醇(BDO),两者聚合即为聚丁二酸丁二醇酯(PBS);苯经加氢、氧化等路线后可以制得己二酸(AA)和对苯二甲酸(PTA),两者再与BDO聚合即制得聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)。 02 高端聚烯烃壁垒高,需求大 高端聚烯烃是指具有高技术含量、高应用性能、高市场价值的聚烯烃产品。其主要包括两大类型:一是大宗品的高端牌号,如茂金属牌号的聚乙烯、聚丙烯产品(mPE、mPP),高碳α-烯烃共聚的聚乙烯牌号等;二是特种聚烯烃树脂,如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、聚丁烯-1(PB-1)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、乙烯-乙烯醇共聚树脂(EVOH)等。 高端聚烯烃应用领域十分广泛,其最主要的应用领域包括高端管材、汽车零配件、医疗设备、假体性植入物等。 高端聚烯烃产能集中在海外 从全球市场看,高端聚烯烃生产主要集中在西欧、东南亚和北美地区,中东以大宗通用料为主,其中日本是东南亚高端聚烯烃主要生产国。相关企业包括ExxonMobil、Dow化学、BASF、LyondellBasell、Total、三井化学、住友化学、旭化成等。 以mPE为例,全球mPE产能约为1500万吨,其中产能50万吨/年及以上的企业共5家,主要集中在美国,CR5约为40%。 我国聚烯烃行业结构性矛盾显著 近年来,我国聚烯烃行业规模逐渐扩大,聚乙烯、聚丙烯产能及产量大幅增长,但是结构性矛盾也逐步显现,中国聚烯烃产品以中低端通用料为主,市场竞争激烈,而高端聚烯烃产品严重依赖进口。此外,聚乙烯共聚单体的差异也显示出不同地区聚乙烯产品的档次以及技术水平高低,而这个分水岭就是C6(己烯),碳数越多产品越高端,所需技术水平越高。同样,北美、西欧、日本的高端聚乙烯共聚物占比更高,而我国占比还较低。 2019年,我国高端聚烯烃产量约为580万吨,消费量1280万吨,自给率仅有45%。分拆来看,己烯共聚聚乙烯自给率约50%,辛烯共聚聚乙烯自给率不足10%,mPE自给率不到30%,mPP、POE弹性体、环烯烃共聚物等多个品种基本没有实现工业化生产,完全依赖进口。因此高端化、差异化将成为我国聚烯烃产业的升级方向,而拥有高端聚烯烃生产能力的企业更具竞争优势。 茂金属聚乙烯(mPE) mPE是在茂金属催化体系下由乙烯和α-烯烃(如1-丁烯、1-乙烯、1-辛烯)聚合的共聚物,主要包括mLDPE、mHDPE和mLLDPE。mPE是最早实现工业化生产的茂金属聚烯烃,也是目前产量最大、应用进度最快、研发最活跃的茂金属聚合物。mPE的发展有赖于茂金属催化剂的改进和大规模工业化生产。茂金属催化剂为单活性中心催化剂,其活性高,可以精确定制聚乙烯树脂的分子结构,包括相对分子质量分布、共聚单体含量以及共聚单体在分子链上的分布等。与传统的Ziegler-Natta催化剂和铬系催化剂相比,采用茂金属催化剂制备的聚乙烯树脂具有较窄的相对分子质量分布和较好的均一性。 mPE具备以下性能特点:分子结构规整性高,具有更高的结晶度,强度高、韧性好、刚性好;透明性好,清洁度高;嗅味低,起始热封温度低,热封强度高;耐应力开裂性优。 mPE品种及用途十分广泛,其中需求最大的mLLDPE产品主要用于生产各种薄膜制品,mMDPE和mHDPE则主要用于管材、注塑、滚塑领域。包装领域是mPE最大的消费领域,全球消费占比达到60%以上,国内消费占比达到70%。 全球mPE产能约为1500万吨/年,2019年产量超过1400万吨,市场规模超过2000亿元。ExxonMobil、Dow化学、BASF等为世界主要mPE生产商,均拥有自己的mPE牌号,并进行技术封锁。 国内茂金属催化剂及聚烯烃的研发工作始于上世纪90年代初,起步晚,技术仍在追赶海外。近年来随着国内聚烯烃产业结构化矛盾愈发显著,开展相关研究的单位逐渐增多。目前国内主要研发单位集中在中石油(石油化工研究院、独山子石化、兰州石化、大庆石化等)和中石化(包括石油化工科学研究院、北京化工研究院、上海化工研究院、齐鲁石化、扬子石化等)。我国mPE供应严重不足,主要生产企业包括齐鲁石化、大庆石化、独山子石化、沈阳化工、扬子石化等中石油、中石化下属炼化企业,2019年国内产量约为12万吨,主要应用在普通薄膜和包装领域,而消费量约为60万吨,自给率仅为20%,进口依存度达到80%。 茂金属聚丙烯(mPP) 无论从全球还是国内角度看,mPP的起步时间和发展规模都远滞后于mPE,而且由于价格问题以及传统Z-N催化剂的不断改进,mPP占聚丙烯产量不足10%。2020年全球mPP需求量已经超过50万吨。茂金属聚丙烯(mPP)相比Ziegler-Natta催化剂体系聚丙烯产品分子链段更加规整,相对分子质量分布窄、产品外观更加优异,透明性好,目前应用主要集中在纺丝和无纺布、注塑制品以及薄膜三个领域。全球范围内mPP生产商主要包括LyondellBasell、ExxonMobil、Total、JPP、三井化学等少数几家企业,远少于mPE。 目前,我国mPP商业化生产尚处于空白,高端应用领域所需产品全部依靠进口。2019年国内mPP消费量约8万吨,主要用于高透明聚丙烯制品特别是微波炉用具及医疗用品、纺粘无纺布和食品包装膜等领域的高端产品生产。预计在下游制品行业产品结构升级的推动下,国内mPP需求将保持高速增长,2025年有望达到15万吨以上。目前,中石油、中石化依然是我国mPP研发投入的主要企业,虽然世界主流的先进聚丙烯生产工艺均有引进,但所采用的催化剂体系均为传统的Ziegler-Natta催化剂,国内的mPP生产尚处于起步阶段。只有少数石化公司进行了mPP的工业化生产,如中石油的哈尔滨石化和中石化的燕山石化、扬子石化进行了工业化mPP型号的开发,未来的目标是mPP催化剂以及新牌号的开发和工业化生产。 乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) EVA是一种特种聚烯烃树脂,由乙烯和醋酸乙烯在一定的温度和高压下进行本体聚合生成,是继HDPE、LDPE、LLDPE之后第四大乙烯系列共聚物。EVA由于引入了VA单体,与聚乙烯相比,提高了柔韧性、抗冲击性、光学性能,主要用于制造发泡材料(鞋材)、光伏胶膜、电缆料等,2019年消费占比分别为33%,31%,17%,三者合计占比超过80%。 受技术来源及工艺难度、资源、市场等因素影响,我国EVA树脂产业在过去较长时期内发展较为缓慢,但近年来开始加速。国内EVA产能也逐步增长,自2012年的50万吨/年,2016年台塑宁波7.2万吨/年EVA装置投产,2017年江苏斯尔邦石化30万吨/年EVA装置投产,我国EVA年产能达到97.2万吨。2020年新冠疫情突如其来,在建或规划产能建设进度遭遇外商技术人员和大型设备不能按期到场等困难,出现实际投产进度延后的状况,2020年国内EVA树脂产能依然为97.2万吨。图:2020年国内EVA产能 近几年,我国EVA树脂行业产量整体呈现快速增长态势,从2010年的24.5万吨增长到了2020年的75万吨。同时行业需求量快速增长,2016-2020年,年均复合增速约9.4%。2020年我国EVA树脂行业需求量约为188万吨,市场规模突破200亿元。预计2021-2025年,受下游发泡鞋材、光伏、电缆等领域拉动,EVA国内需求有望保持10%左右的年需求增速。近年来我国EVA进口依存度居高不下。2020年,我国EVA净进口量达到112.5万吨,进口依存度依然维持60%。 2020年12月31日,陕西中煤榆能化30万吨/年EVA已经开车成功,后续在建产能依然较多,预计2023年国内EVA产能将超过200万吨/年,供需紧张的局面将逐步缓解,进口依存度也将随之下降。尽管如此,国内高VA含量的EVA产品生产的技术攻关还需要加强。 乙烯-丙烯酸共聚物(EAA) EAA由乙烯和冰晶级丙烯酸高温高压自由基聚合而成,可以归为特种聚烯烃树脂。EAA具有极佳的热封性、抗撕裂性、隔绝空气和水汽,在食品药品等软包装领域应用广泛,对金属、玻璃等有卓越的粘合能力,也可应用于电线电缆、钢铁涂料。据统计,目前全球EAA产能约30万吨/年,被几大生产商所垄断,集中度很高。其中Dupont(7.2万吨/年,24%)、Ineos(5.7万吨/年,19%)、Mitsui(5.6万吨/年,19%)、SK(5.5万吨/年,18%)、Exxon(2.8万吨/年,9%),前五家市占比达到90%。欧洲和北美地区是EAA主要的生产和消费地,市场占比分别达到39%和33%。亚太市场占比约为23%,但是亚太只有日本Polychem公司有一个工厂,使用杜邦的技术,由杜邦和三菱建造。假设全球EAA需求量约为25万吨/年,EAA平均价格2万元/吨,估算全球EAA市场规模约为50亿元。我国目前没有生产EAA的企业,产品全部依赖进口,进口量约为2-3万吨/年,其中涂覆级产品市场需求量约1.5万吨/年。 03 工程塑料PC产能扩张,供需两旺 PC是指分子链中含有碳酸酯基(—COO—)的高分子化合物,是一种性能优异的耐用型热塑性工程塑料。从用量看,PC是我国五大通用工程塑料中用量最大、增长最快的品种,几乎已经占到全部工程塑料总用量的半壁江山。PC的上游是双酚A,其产业链一般为苯/丙烯-苯酚/丙酮-双酚A-PC。PC具有良好的力学性能、光学性能、热性能和阻燃性能等,下游应用领域广泛,主要需求来自于电子电器行业,占比约为29%,其次用于板材/片材/薄膜,占比约为19%。未来PC的应用领域将继续向高功能化和专用化方向发展,预计在板材、交通工具塑化轻质的应用进一步提升。 自2017年起,全球PC的总产能已经超过了500万吨/年,生产装置主要集中在西欧、北美和东北亚地区。近几年来由于亚洲特别是中国需求的驱动,PC的投资和生产重心向中国、印度、泰国等国家转移。预计2021年全球产能将突破600万吨/年,开工率近年来维持在80%左右。全球PC市场需求旺盛,2018年总需求量约为450万吨,根据行业估算,2023年有望达到550万吨。我们预计2021年全球总需求约为500万吨,假设PC平均价格2万元/吨,市场规模约为1000亿元。 2020年我国PC的产能为185万吨/年,全球占比约为31%。同时在建和拟建的PC项目众多,如浙江石化的52万吨/年,中沙石化(天津)的26万吨/年,海南华盛的52万吨/年,平煤神马集团的40万吨/年。未来三年内,国内产能将突破300万吨/年。 近年来国内PC产量及消费量整体呈现稳步上涨的趋势,2020年由于疫情影响,产量下滑至82万吨,表观消费量下滑至220万吨,但是对外依存度一直维持在60%左右。 后续随着新增产能的陆续投产,预计国内PC产量将大幅增长,进口量快速下降,对外依存度随之下滑。若下游无新增大型应用市场出现,预计3-5年内国内将达到供需平衡,并最终变为净出口国。 目前主流的双酚A型聚碳酸酯的工业化生产工艺有两种,界面缩聚法和熔融缩聚法。 界面缩聚法采用光气与双酚A在碱性氢氧化物和惰性有机溶剂存在下通过界面缩聚反应合成PC。帝人、三菱瓦斯、鲁西化工和万华化学等企业采用该工艺路线。光气法对工艺技术、环保等要求比较高,但是所生产的产品质量也比较高,在未来国内产能快速增长的背景下,我们认为其竞争优势来源于产品高端化。 熔融缩聚法采用碳酸二苯酯(DPC)与双酚A在催化剂作用下先经酯交换反应,再经缩聚反应合成PC,副产苯酚。科思创、中石化三菱化学、浙铁大风等均采用该工艺路线。熔融缩聚法根据制备DPC的路线不同,又可以分为光气路线和非光气路线。由于光气剧毒且运输危险,光气路线受到限制越来越多,目前国内新生产商包括浙江石化、利华益等公司越来越多使用碳酸二甲酯(DMC)作为原材料的非光气熔融酯交换工艺路线。 由于技术路线所限,产品多为通用型,同样在未来国内产能快速增长,而且66%是熔融缩聚法工艺的背景下,我们认为其竞争优势来源于低成本。 04 生物可降解材料成长空间巨大 我们的生活中处处都有塑料的影子,塑料应用越来越普遍的同时,也成为环境的负担,以塑料袋为代表的白色垃圾正成为全球亟待解决的巨大灾难。据科学家估计,目前海洋中估计有1.5亿吨塑料,而且仍然在以1000万吨/年的速度增长,在未来不到10年的时间,科学家预测海洋中将会有2.5亿吨塑料,这会对海洋生物造成致命的打击。同时,塑料合成过程中为了达到使用要求,需要添加很多助剂,这些助剂绝大部分都是有毒的,会使土壤板结,破坏土壤结构,引起土壤生物性污染,破坏土壤生态环境。 传统塑料,如PVC,PE,PP等均为高分子聚合物,其常温常压下物理化学性质稳定,自然条件下降解通常需要几十年甚至上百年的时间。生物降解塑料是这样一种高分子材料,它们具有优良的使用性能,废弃后可以被环境微生物完全分解,最终无机化而成为自然界中碳循环的组成部分。生物降解塑料可以从根本上解决白色污染问题,日益受到各方关注。 目前生物可降解塑料种类已超20种,根据原材料来源和合成方法分为石油基和生物基,石油基包括PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯)和PVA(聚乙烯醇)等,生物基包括PLA(聚乳酸)、淀粉基塑料和PHA(聚羟基脂肪酸酯)等。其中石油基的PBAT和生物基的PLA是典型的完全降解塑料,塑料的抗冲、拉伸和弹性性能几乎没有短板,并且国内技术成熟度较高,是目前最具前景的可降解塑料品种。 聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT) PBAT、PBS、PBSA(聚丁二酸-己二酸丁二醇酯)统称为二元酸二元醇共聚酯,简称PBS类,其中PBS和PBSA虽然开发较早,但是由于我国丁二酸供应不足,自身性能受限,叠加价格高,市场用量不及PBAT,目前全球PBS类生物降解材料的生产都以PBAT为主。PBAT具有良好的热性能和力学性能,主要用于制备薄膜制品,具有透明性好、韧性高、抗冲击等特点,在包装领域和农业领域应用广泛。PBAT在自然环境中通过微生物的代谢,最终可以被转化成二氧化碳和水,是目前研究活跃和市场应用最好的降解材料之一。PBAT是以对苯二甲酸(PTA)、己二酸(AA)、1,4-丁二醇(BDO)为原料,通过直接酯化或酯交换法聚合而成的三元共聚酯。 全球来看,意大利Novamont公司是世界上最早进行生物降解塑料产业化的企业,Novamont的 PBAT 商品名是Origo-Bi,目前拥有 PBAT 产能10万吨/年。巴斯夫(BASF)的PBAT商品名为ecoflex,产能为7.4万吨/年。国内,新疆蓝山屯河与清华大学合作开发多种生物降解材料,产品通过欧盟、美国等多个认证,其中 PBAT纵产能达到12.8万吨,是目前全球最大的PBAT生物降解材料生产企业。 国内PBS/PBAT现有产能约为23.6万吨,占据全球约50%,居于领先地位,而且正在启动大规模的产能扩张。据不完全统计,已有600多万吨的项目产能规划,仅新疆望京龙即有260万吨PBAT产能规划。2021-2022年,预计将有湖北宜化、恒力榆林、金发科技、金丹科技、道恩股份等十余个项目超70万吨PBAT产能释放。未来市场竞争加剧,我们认为一体化程度将是PBAT的核心优势。 万华化学——布局高端聚烯烃&PC&生物可降解材料 ❤万华化学布局高端聚烯烃领域:POE 2020年12月22日,烟台市生态环境局审批通过万华聚氨酯产业链一体化-乙烯二期项目,该项目总投资约200亿元,产品合计332.99万吨/年,其中外售产品HDPE 35万吨/年、LLDPE25万吨/年、聚烯烃弹性体(POE)20万吨/年、聚丙烯50万吨/年、丁二烯11.4万吨/年、混合二甲苯 2.31万吨/年、苯乙烯1.82万吨/年及其他化工品等共计228.40万吨/年。万华化学经过多年研发,已经成功开发出具有自主知识产权的POE生产技术,中试生产出合格产品,经过客户试用可以达到国外产品水平。万华化学乙烯二期项目已经上报国家等待审批,POE的国产替代指日可待。 ❤万华化学布局PC领域 2014年,万华化学立项建设年产20万吨聚碳酸酯(PC)项目。项目所采用的界面缩聚光气法PC生产工艺,完全由万华化学自主开发,并已经通过了合计年产20万吨的1#、2#PC装置的实际生产验证,技术已日臻成熟和完善。其中一期7万t/a界面光气法聚碳酸酯(PC)装置已于2018年初成功实现连续化生产,并产出高品质合格产品;二期13万吨/年装置2020年5月建设完成,已经实现连续化生产。该系列产品已在市场上获得广泛认可,多家国内外知名品牌客户已与万华化学达成战略合作协议。2021年1月,万华化学年产14万吨聚碳酸酯(PC)项目环评公示,将新建一套年产10万吨普通PC生产装置、一套年产4万吨特种PC装置,以及相应配套的设施,预计2021年10月建成投产,原料来自已批在建的48万吨/年双酚A装置,保证PC装置生产原料供应。根据万华化学14万吨PC装置环评报告,普通PC的双酚A单耗大约为0.875吨/吨,特种PC的双酚A单耗大约为0.7吨/吨。万华化学规划建设48万吨双酚A装置,可以供应55万吨以上的PC需求,园区现有PC产能20万吨以及规划建设14万吨,上游原材料双酚A能够保证未来PC规模持续扩大。另外,万华PC采用光气法生产,产品相比较于非光气法质量优,价格高,一体化布局叠加高端化产品,万华在PC领域竞争优势显著。 ❤万华化学布局生物可降解材料领域 万华化学在眉山基地项目二期中规划了年产6万吨生物降解聚酯(PBAT)项目,总投资额3.6亿元,预计2022年上半年投产,同时积极推进天然气制乙炔项目,再经过甲醇装置和甲醛装置生 产1,4丁二醇(BDO),产能为10万吨/年,为PBAT提供原料,提高一体化程度,有望在未来竞争中获得成本优势。202 年9月4日,公司发布年产6万吨生物降解聚酯项目国际招标公告,招标产品为 PBAT 切粒机组,建设有序进行。万华在可降解塑料领域已经有多年的研发积累,形成了具有自主知识产权的直接酯化法PBAT生产技术,而且项目规划中包括上游主要原料BDO,产业链布局具有成本优势。 中国石化——布局高端聚烯烃&生物可降解材料 2020年9月27日,中石化与天津市政府签署战略合作框架协议,“十四五”期间,中石化将规划投资700亿元的重点项目,包括天津石化南港120万吨/年乙烯及下游高端新材料产业集群项目、中国石化北化院中试基地项目等多个项目。2020年12月22日,中石化新材料科技(上海)有限公司成立,主要从事新材料科技、新能源科技、化工科技、环保科技领域内的技术服务、技术开发等。中石化近期一系列大手笔的动作,进一步显示出对新材料领域的重视,公司未来将大力推进从化工原料向高端材料延伸,着眼迈向价值链中高端。中石化仪征化纤是我国现代化的化纤和化纤原料生产基地之一,是中国石化中高端聚酯生产基地和特种纤维研发和生产基 地,公司目前拥有220万吨/年聚酯聚合产能,涤纶短纤维产销量全球第一。2020年仪征化纤完成了PBST、PBAT、PBSA三个生物可降解塑料品种的工业化,将加快推进生物可降解塑料工业化生产作为攻坚创效重点项目,计划通过技术改造,形成3万吨/年的生物可降解塑料生产能力,并通过系列品种开发和项目建设,全力满足市场需求。 恒力石化——布局生物可降解材料 恒力石化通过布局全球标杆级的2000万吨炼化一体化项目,成为国内最早、最快实施“原油-芳烃、烯烃-PTA、乙二醇-聚酯新材料”全产业链战略发展的行业领军企业,并确定了聚酯新材料为未来主要的发展方向。恒力石化将在巩固现有聚酯新材料产能与产业竞争力优势基础上,进一步开发和拓展PBS/PBAT可降解新材料、高性能工业丝、高端聚酯薄膜等新兴领域。 恒力石化子公司康辉新材料在国内首家研发出具备完整自主知识产权的PBS/PBAT工艺技术与产品配方,该新材料凭借可循环、易回收、无毒无害、安全性高等产品优势,完全适用于可降解食品级领域的紧缺应用,康辉新材料也基于自主技术于2020 年完成了国内单套最大的年产3.3万吨PBS/PBAT生物可降解新材料生产装置的当年建设与当年投产(2020年12月25日),并于2021年1月份即实现满负荷运行,快速响应国家禁塑令号召,填补国内日益扩大的可降解材料需求缺口。 2021年1月19日,康辉新材料年产60万吨PBS类生物可降解塑料项目正式签约。康辉新材料PBS/PBAT可降解新材料将规划建设90万吨/年的新产能(分两期建设,一期60万吨预计2022年中陆续投产, 二期30万吨预计2022年底陆续投产),目前该项目已完成了全部设备合同签订,并逐步启动建设,预计将于2022年中期逐步释放产能,届时公司PBS/PBAT可降解新材料将达到93.3 万吨,成为国内规模最大、产能最高的可降解新材料生产基地。 荣盛石化——布局高端聚烯烃&PC ❤荣盛石化布局高端聚烯烃领域:差异化聚烯烃以及EVA 荣盛石化是国内首家拥有“原油-芳烃(PX)、烯烃-PTA、MEG-聚酯-纺丝、薄膜、瓶片”一体化产业链的上市公司。2020年,公司在舟山基地投资建设的“4000万吨/年炼化一体化项目”一期全面达产。相比一期,浙江石化二期的成品油收率进一步压缩,配套了两套140万吨乙烯,比一期多一套,且烯烃下游配套了更多的中高端化工材料,如EVA、ABS、橡胶和多种牌号的PP、PE等,产品的附加值更高,产品的差异化和高端化将带来显著超额收益。 差异化为核心的聚乙烯装置有望获得超额收益:通过引入单体1-己烯,而非使用常规的1-丁烯作为共聚单体,在HDPE产品上体现了显著的差异化。浙石化一期与二期共计4套装置,覆盖了常规的LLDPE,LDPE,HDPE,EVA四大类产品。在LLDPE和HDPE产品中引入1-己烯作为共聚单体,性能上均会比传统1-丁烯类聚乙烯产品性能更强,售价也更高。 ❤荣盛石化布局PC领域 浙石化打造全流程原油-丙烯/苯-苯酚/丙酮-双酚A-非光气法聚碳酸酯全产业链一体化,两期规模共计52万吨/年。全产业链叠加规模效应,成本最低,未来有望成为国内聚碳酸酯领域的非光气法龙头。由于光气不仅成本高而且危险系数高,而非光气法采用甲醇、二氧化碳、氧气等廉价原料替代光气,所以非光气法不仅具有明显成本优势,而且具有环保优势。但是其产品性能仍达不到光气法制备的聚碳酸酯。市场上高端聚碳酸酯大多采用光气法生产。因此,光气法聚碳酸酯的主要竞争力在于产品高端化与差异化,而非光气法聚碳酸酯产能则以成本领先作为核心竞争优势。 宝丰能源——布局高端聚烯烃 公司作为国内煤制烯烃的龙头企业,一期、二期、三期烯烃项目均集成了国际国内先进的技术和工艺。目前一期(30万吨/年聚乙烯+30万吨/年聚丙烯)和二期( 30万吨/年聚乙烯+30万吨/年聚丙烯)项目均已投产,其中二期项目具备生产高端聚乙烯双峰产品、茂金属聚乙烯产品的能力,已经开始进行通用料的替代,贡献利润。现有牌号包括:茂金属双峰高密度聚乙烯膜料-32ST05,在FFS重包装薄膜和收缩膜领域实现了对进口高端牌号的替代;1-己烯共聚的双峰聚乙烯耐压管材料 TRB-432,已经通过了《GB/T17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》检验。绿色可减薄的双峰聚乙烯小中空料-BM593,耐环境应力开裂性能表现优异,达到了同类进口产品最好水平,未来有望在餐饮用洗涤包装领域广泛应用。2020年9月,宁东三期50万吨/年煤制烯烃与50万吨C2-C5综合利用制烯烃项目正式开工建设,产品包括50万吨聚乙烯、30万吨聚丙烯和25万吨EVA。其中甲醇与烯烃装置计划于2022年底投产, 25万吨/年EVA装置计划于2023年投产。 卫星石化——布局高端聚烯烃 2021年是公司成为C3+C2双龙头的元年。公司自成立以来一直专注于C3产业链的打造,特别是上游引进丙烷脱氢(PDH)装置解决核心原料丙烯自给之后带来明显成本优势,打造成C3产业链龙头。同时,公司自2017年规划布局乙烷裂解制乙烯项目,切入C2产业链,250万吨乙烷裂解制乙烯项目一期已于2020年12月29日中交,2021年4月已经试生产,5月开始陆续转固。2020年3月11日,公司发布公告,公司全资子公司嘉兴山特莱投资有限公司与SK Global Chemical (China) Holding Co., Ltd.(简称“SKGC公司”)在江苏省连云 港市徐圩新区签署《合作谅解备忘录》,双方设立合资公司(SKGC持股60%,山特莱持股40%), 以建设、运营乙烯丙烯酸共聚物(简称“EAA”)装置项目,计划EAA装置生产规模为4万吨/年, 投资总额约为1.63亿美元。本项目是SKGC公司在全球的第三套装置,亚洲首套装置。

2021-06-18

关于冷却浴,你知道多少?

在有机化学中,冷却浴是一种非常常见的调节环境温度的实验技术,那么,关于冷却浴,你知道多少,实验室中各种常用冷却浴的冷却温度是多少?又如何配制呢? 冷却浴(cooling bath)是一种通过调配液态混合物的冷冻剂提供和维持低温环境的实验技术,冷却浴所能提供的温度范围通常为13至-196℃。它常用于需要在低于室温下进行的反应和实验处理步骤,通常这些反应和处理操作是放热的或是会涉及热不稳定的中间体或产物。冷却浴所用的冷却剂包括干冰、液氮 和碎冰块。 产生和维持低温的方法 产生和维持低温的方法主要有三种:冰盐浴(ice-salt baths)、干冰-溶剂浴(dry ice-solvent baths)和液氮-雪泥浴(liquid nitrogen slush baths)。 液氮雪泥浴 通过把液氮小心地加到不断搅拌的某种有机溶剂中来调配呈冰激凌状的液氮雪泥浴,同时用玻璃棒搅拌能避免液氮雪泥浴局部固化。液氮雪泥浴能实现的温度范围是从13至-196℃。一般在使用杜瓦瓶能达到较好保温条件的情况下,液氮雪泥浴可维持数个小时。但如果反应需要维持更长时间的低温比如需要过夜反应时,有必要使用制冷机、循环冷凝机或冰箱等机械制冷手段来维持长时间的低温。液氮雪泥浴特别适用于给反应溶剂脱气和减压蒸馏时馏分的冷凝收集。 冰盐冷却浴 常压下冰水混合物的温度为0℃,将盐的浓溶液与碎冰搅拌混合得到的由冰和盐水构成的冷却浴能产生并维持低于0℃的温度效果。改变盐溶液的浓度能调节冷却浴能维持的稳态温度,不同种类的盐能实现的冷却浴最低温度也各不相同,实践中能得到并维持的温度范围通常在0至-51℃之间(详见下表)。但是当盐溶液上升到一定浓度后,原先呈冰水混合物状态的冰盐冷却浴会因达到共晶温度(Eutectic temperature)而全部凝结形成颗粒状的冰盐粒子,这样就使得浸没在其中的实验装置接触导热面积变小,不利于热量的及时扩散。 干冰溶剂冷却浴 干冰即固体的二氧化碳有粒状和棒状的商品可供购买,它与多种溶剂都能形成有良好冷却效果的混合物。干冰溶剂浴的配制和维持方法简单可靠,一般是将粒状的干冰一颗颗的小心加入到所需溶剂中直至有包覆着冻结溶剂的干冰块出现为止,此时冷却浴温度已至所能达到的稳态温度(Steady state temperature),之后只需每间隔一定时间补充块状干冰并加以搅动就能保持温度;且干冰溶剂浴的温度重现性较好,稳态温度的变化能控制在±1℃的幅度内。 溶剂纯度对干冰溶剂浴的影响较大。一个典型的例子就是使用分析纯的乙腈调制的干冰乙腈浴稳态温度是-42°C,但当分析纯的乙腈中混有0-3%的丙烯腈时冷却浴的稳态温度会从-42降至-51℃,而用工业级(Technical grade)乙腈调制的干冰乙腈浴稳态温度为-42℃且这个温度效果是可重复的。 配制干冰溶剂浴不仅可以使用单一的纯溶剂,也可使用由两种溶剂互溶后配制的混合溶剂,使用混合溶剂时可通过调节两种溶剂的比例来调节所需干冰溶剂浴的稳态温度,比如纯的邻二甲苯由于熔点只有-26℃,所以与干冰混合制成的冷却浴稳态温度为-26℃且呈粘稠的淤泥状,但使用邻二甲苯和间二甲苯的混合溶液制作的干冰溶剂浴不仅粘度小,而且还可通过调节邻二甲苯和间二甲苯的体积比来近似线性地调节冷却浴的温度,温度的变化范围从-26°C至-72℃;另一种可以使用的混合溶剂体系是由乙二醇和乙醇组成的,通过调节乙二醇和乙醇的比例能近似线性地调节温度,配制的冷却浴温度变化范围是从-12℃至-78 ℃,只需要定时补充部分干冰它就能可靠地维持恒定温度至多5小时。 实验室中各种常用冷却浴的冷却温度配制表 低温丙酮浴 有朋友问用干冰和丙酮混合物做低温冷浴时,需要用个多大的容器来盛放干冰和丙酮呢?具体配比是多少,干冰的使用量多少与最后达到的温度的关系是怎么样的,低温状态能持续多久,多长时间可以达到要求的低温?干冰在实验中的使用方法及注意事项,下面小编就逐个解释。 制作流程疑难点解答 ① 操作比较简单,在实验的过程中,用低温温度计监测温度,决定要加的干冰多少,没有什么具体的配比量。 ② 先把丙酮慢慢加入,再将干冰一点一点的加入,刚开始反应比较剧烈,所以不要加得太多,待反应平稳后,即可大量加入干冰,但也不用太多,保持在容器的底部有干冰即可。 ③ 如果把干冰塞满,直至没有丙酮在干冰面上,这样降温效果较好,但是盛干冰及丙酮的容器能耐低温且要做好保温措施。 ④ 到了负三十度的时候,要少加丙酮,要不然会降的很快。一边加一边搅,-78 是成糊状的干冰丙酮混合物。操作过程中自己把握,其实你加得差不多就行,不要太纠结! 实验注意事项: 1如果对温度要求比较严格,可用低温温度计监测,不过不要用水银的。 2一般丙酮少量,干冰需要过量,根据具体的低温范围,可适当增加。 3乙醇最好没有水,因为有水的话,熔点会提高,不利于降温。 4边加边搅拌,加丙酮和液氮或干冰要交替重复,只到你想要的量就可以了,这样做可以防止结块。 5先在杜瓦瓶里倒点干冰或液氮,等瓶冷却了往里倒点丙酮,你可以用温度计量一下的,然后一点点慢慢倒制冷剂。 6弄好了可以拿个东西把口盖一下,这样维持的时间会长一点 7干冰储存是在泡沫盒里就行,一般还是可以保存比较久只要密封性好。 8找个小点的不锈钢盆就行了,塑料或铁容器也可,外面包上点石棉布,我用玻璃皿两个,一大一小,套在一起,中间层塞上棉花做隔热层。保温的小桶,像开水瓶的那样,能有专用的低温浴槽效果更好,如果有杜瓦瓶的话就最好了,这样可以省溶剂,不用频繁地加干冰,比较方便。 9干冰里面加了稳定计,如果用这种干冰进行反映会有很大的影响10记得带手套别冻伤手,实验时要注意防火,防冻和防爆。 低温恒温浴为什么采用干冰做的较多 干冰自由升华所带来的降温效率低,把干冰和丙酮固液混合后能快速获得稳定持续的低温。因此采用干冰加丙酮是做低温反应常用的方法。干冰比液氮优势就在于便宜、容易购得、运输方便、安全,容易操作,用液氮和丙酮做冷浴,温度不太稳定,需不时地添加液氮,而用干冰丙酮则是标准做法。如果容器不大的话,例如可以放下2L三口瓶的容器在10-15分钟就可以降到负75度。 注意:干冰极易挥发,升华为无毒、无味的,比固体体积大600-800倍的气体二氧化碳,所以干冰不能储存于完全密封性体积的容器中,如塑料瓶,干冰与液体混装很容易爆炸。

2021-06-11

羧酸-磷酸混酐制备酰胺

1972年,Shioiri, T.等人首先报道了利用DPPA通过羧酸-磷酸混酐进行酰胺化【J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 6203.】。但是还没有利用此方法进行大量合成的报道,可能与此试剂相对昂贵,易爆和高毒有关。多种磷酸酯和磷酰胺类缩合剂也被广泛应用于酰胺的缩合。如二苯基磷酰氯(DPP-Cl)、氰代磷酸二乙酯(DECP)、叠氮化磷酸二苯酯(DPPA)、硫代二甲基磷酰基叠氮(MPTA)、二(2-氧-3-唑烷基)磷酰氯(BOP-Cl)。 另外有更加适合放大的制备羧酸-磷酸混酐的试剂被发现,如正丙基膦酸酐(T3P)和乙基甲基次膦酸酐(EMPA),下面作详细介绍。 正丙膦酸酐,通常被称为T3P,是在1980年作为肽偶联剂被开发出来的【Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1980, 19, 133.】。在过去的十年中,这种试剂已经实现了大规模制备酰胺【(a) Synthesis 2013, 45, 1569. (b) Synlett 2000, 1369. (c) Synlett 2007, 1328.】。 T3P有以下优点: 一、毒性低(LD50>2000 mg/kg); 二、稳定好可以长期保存; 三、操作方便(50%的有机溶剂溶液,如EtOAc, DMF或MeCN都可以买到); 四、水溶性副产品很容易被提取到水中; 五、对于含有α-手性中心的羧酸底物,T3P可以很好的抑制差向异构化。 乙基甲基膦酸酐(EMPA)在大规模酰胺化反应中远不如T3P常见【Tetrahedron 1995, 51, 12047】。但EMPA对水解的稳定性增强,允许在水中合成肽。然而,其相对较高的毒性(LD50 = 7 mg/kg)和需要从药物中进行清除,导致该试剂在工业大规模生产上的使用受到限制。用EMPA活化酸的机理与用T3P相似。 反应实例 T3P was dosed to a mixture of acid, amine, and pyridine in 2:1 v/v MeCN/EtOAc. This solvent ratio, upon quenching with 0.5 M aqueous HCl, provided the direct-drop crystallization of free base amide 112 (34.1 kg, 88% yield) with high purity (>99% achiral, 0.5% ent-112) and purging of pyridine, excess aminonicotinate 111, andT3P byproducts to the mother liquor。 【Org. Process Res. Dev. 2012, 16, 1635】 【Org. Process Res.Dev. 2009, 13, 900】 【Org. Process Res. Dev. 2007, 11, 539】 【Tetrahedron 1995, 51, 12047】

2021-06-11

用乙醇做溶剂的反应,换成平时喝的白酒反应会怎样?

美国斯克里普斯研究所(TSRI)的科研人员发明了一种让复杂有机分子耦合的新方法,并合成了60多种新的化合物,其中90%为新化学实体(NCE)——这些新化学实体在以前看来不是缺乏合成的现实条件就是根本不可能合成。这一关于羧基官能团烯烃交叉偶联的研究成果发表在12月17日的《自然》杂志上(题名:Functionalized olefin cross-coupling to construct carbon–carbon bonds, Nature, 516, 343-348, DOI: 10.1038/nature14006)。 为了证明该反应的实用性,作者大胆的尝试将有机溶剂换成日常的酒类饮品。以乙醇为对照组A,B组为伏特加,C组为龙舌兰, D组为施格兰金酒,E组为威士忌酒,F组为巨石IPA,G组为夏敦埃酒和H组为蒙特思梅洛红。 事实上,从TLC结果看来,C组为龙舌兰,F组为巨石IPA和H组为蒙特思梅洛红相对于其他组来说得到的产物比例较少,效果较差。而D组为施格兰金酒,E组为威士忌酒做为反应溶剂来说的话,得到较多的C-C偶联产物,小编猜测威士忌酒和施格兰金酒中酒精含量较多,纯度较高。 运用新技术,科研人员可以使两种烯烃耦合并在其碳原子主链上生成新的化学键。据物理学家组织网,新方法被称为“温和法”,意思是它不需要极端的温度和压力,也不需要刺激性强的化学物质。因此,使用其他交叉偶联方法会被破坏的官能团,在这种新方法中其化学性质可以“完好无损”。同时,新方法对实验设备的要求也很简单,只需要使用普通的铁催化剂并以市面上常见的硅烷和乙醇作为溶剂,而且实验可以在开口的烧瓶中进行,也就是说,不需要排除空气和水分。 碳-碳偶联方法在有机化合物合成中具有重要地位,不过迄今这种方法一直被其局限性所困扰:如果其中一种原料化合物包含的官能团附着于其主体结构上,实验就经常以失败告终;而且在“杂原子”——非碳原子例如氮原子、氧原子和碘原子等——出现的情况下,这种方法经常不太灵验,尽管这些“杂原子”在化学合成中十分重要。 这一新发现源于斯克里普斯研究所关于人工合成传统中药中天然化合物的科研项目。在该项目中,科研团队开发了一种在实验室中制造目标分子的技术。之后他们意识到,可以将新技术用于两种较为简单的烯烃的耦合。下一步科研人员将对技术进行改进以用于附着在“杂原子”上的更为复杂的烯烃偶联。 在以前实验基础上,作者使用图2a中所示的模型系统,其中甲硅烷基烯醇醚1作为供体,环己烯酮(2)作为受体,以形成官能化的烯烃交叉偶联。的类似于先前开发的,采用的Fe(ACAC)这些条件应用3(4,ACAC,乙酰丙酮)作为催化剂和PhSiH 3作为化学计量的还原剂。所形成的还原性偶联产物3基于使用内标的GC / MS(气相色谱/质谱),产率为53%。从模型系统中的副产物和有关反应的分析导致的副产物14 – 17产生(图2b)。化合物16和17可能来自Fe(acac)3表现为路易斯酸的性质,作者希望通过增加Fe中心的空间屏蔽量来减弱催化剂的路易斯酸度。尽管尝试用缺电子(10和11)和富电子(12和13)取代基改变配体的电子结构消除了反应性,但添加物Na2HPO4使所需产物3的产率从69%增加当使用Fe(dibm)3作为催化剂时,达到78%。使用约45种其他无机和胺碱作为添加剂不会导致产率增加,表明Na2HPO4不仅仅是作为缓冲剂。另外,Fe(dibm)3能够与不与Fe(acac)3反应的供体形成产物(18,图2c),其反而提供了大量的副产物16和17。在该实验的过程中,作者发现Fe(dibm)3在供体烯烃上的杂原子取代物含有路易斯碱性孤对子时提供最高产率,而Fe(acac)3在没有这种部分的情况下证明是优异的。

2021-06-01

化学工艺中可能产生危险性产物(副产物)的反应

化学反应中不仅要关注原料的安全性、主反应和主产物,还要判断在反应过程中或在后处理过程是否会生成富含能量或有毒的副产物。 某些富含能量或有毒的副产物有其独特的形成机理,需要仔细判断,要求从各反应物之间,反应物与溶剂之间,反应物与生成物之间,生成物与溶剂之间的相互关系上,以及反应条件(温度、压力、操作程序、反应内在环境如酸碱度等反应液面上空环境)上进行系统分析和评估。 可能生成危险性产物(副产物)的反应如下; 1) 可能生成爆炸性产物(副产物)的反应。 2) 可能生成有毒有害产物(副产物)的反应。 3) 可能生成腐蚀性、刺激性产物(副产物)的反应。 一、可能生成爆炸性产物(副产物)的反应 Example 1: 这是一个硝基甲烷在碱性条件下与醛基的亲核加成反应(HenryReaction)。然而硝基甲烷在强碱性条件下,自身可能会生成爆炸性极强的含能硝基乙醛肟。 在放大前,要验证是否有硝基乙醛肟产生,如有生成,产生量是多少?在萃取时,是伴随在产物中,还是在母液里,要做安全评估。 Example 2: 用MDSO或DMF做溶剂,在NaH强碱作用下,理论上有发生自身缩合反应、剧烈放热而爆炸的可能性。虽然现实中极少出现这种情况,但是一旦被某种未知因素触发,后果将不堪设想,建议改换其他安全可靠的溶剂。 Example 3: 产物从除了一个原有的对热敏感的硝基外,还产生一个易开环聚合放热的环氧乙烷,因此反应后处理过程中需要注意如下几点:一是有机相浓缩的过程中确 保较低的旋蒸温度;二是浓缩后,处理产品不能接触金属,做好严密的个人防护;三是产品不能完全脱溶蒸干,以溶液的状态进行后续的反应。 Example 4: Oxone 为过一硫酸氢钾复合盐,本身比较稳定,是使用方便的酸性氧化剂。然而,Oxone 除了氧化反应底物硫醚为砜外,还会氧化反应溶剂丙酮,使之生成具有爆炸性的过氧丙酮,因此溶剂替换为二氯甲烷或者乙酸乙酯更稳妥。即使这样,反应结束后有机相也要用 10%亚硫酸钠溶液将多余的 Oxone 彻底淬灭掉才更安全。 Example 5: 丙烯酸酯在加热情况下可能发生放热聚合反应,密闭情况风险很大,不建议这样做,或加合适阻聚剂方可进行。 Example 6: 高温下需要注意三氯化铝升华,会凝聚在反应瓶(釜)上部,可能会发生堵塞而发生危险。本身的反应会大量放热,加底物会推高温度的快速上升,加上又在高温下进行,危险性极大,另外,一定要用机械搅拌,才能充分搅拌起来。 二、可能生成有毒有害产物(副产物)的反应 Example 1: 反应需要做尾气吸收,并做在线 HCN检测。操作区域的氢氰酸气浓度报警和泄露警示监测有仪器和化学两种方法。仪器方法:可用便携式氢氰酸气体测定仪;化学方法:可用较精确的“联苯胺”法。 Example 2: 反应中有 HCN 和 NaCN生成,需搭好尾气吸收装置,保证尾气能被次氯酸钠充分吸收,并在负压的通风橱内完成所有操作,充分做好保护措施。 Example 3: 五氧化二磷作为硫化试剂,能将醇、羰基中的氧转变成相应的硫代化物。虽然是绿黄色结晶固体,但是遇空气中的水汽易分解成有恶臭味的硫化氢,曾经发生过恶臭气味四溢,导致整栋大楼许多员工头晕恶心的事故。反应需要在负压强大的通风橱内操作,并做尾气吸收,吸收液用 2M氢氧化钠溶液或次氯酸钠溶液。后处理的溶液也要用氢氧化钠溶液或次氯酸钠溶液做彻底淬灭处理。 Example 4: 产物属于异腈,强烈恶臭,令人恶心,注意个人防护。所有器皿都要在通风橱内用盐酸、次氯酸钠或过氧化氢做淬灭处理。用碳酸氢钠水溶液淬灭会有大量二氧化碳生成,注意防止因气泡带出液体而溢料。 Example 5: 产物异氰酸酯有特殊刺激性,而且分子量小,易挥发,加重伤害程度。要严格做好个人防护,做到不伤害自己也不要伤害别人。 三、可能生成腐蚀性、刺激性产物(副产物)的反应 Example 1: 该反应有氯化氢气体生成,反应式配平后就很明显。计算好反应底物的摩尔数,就能推算出有多少摩尔的氯化氢气体生成,这个反应不能用气球密闭(一般超过 4L就会涨破),要将生成的腐蚀性气体及时导出去,而且要有尾气吸收装置,用碱性溶液吸收。尾气吸收装置中间还要搭建一个缓冲安全瓶。后处理时,应将冷却后的反应液慢慢倒入搅拌的冰水里,期间会大量放热,注意冷却,避免溢出冲料。 Example 2: 三溴化硼及其反应副产物有强烈的腐蚀性,脱苄没有必要采用三溴化硼方法,建议采用氢化脱苄等温和的方法。 Example 3: 该反应在脱 Boc 后,游离胺会对钯有致毒作用,使钯失去活性,从而失去脱苄活性,所以要在酸性环境下进行。但是氢化瓶或者压力釜的压力表等金属元件大多不耐强酸,2M 盐酸的强酸性会腐蚀仪表器件,造成仪器过早损坏,而且也很危险。 可以再先用 2M 盐酸溶液脱 Boc,产品为弱酸性的盐酸盐,再去氢化室加氢 脱苄。氢化瓶或高压釜,偏酸性没有关系,但不能在强酸性环境下进行。 Example 4: 反应热大,乙醚的热容量很小,如果反应量大,容易冲料。最好选择异丙醚、二氯甲烷、正己烷等合适溶剂。产物具有强烈催泪性,还可能有致癌性,需要做好个人防护。用碳酸氢钠淬灭,注意有大量二氧化碳气体生成而可能导致溢出冲料。 版权声明 本文转自化学经纬,如不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即删除

2021-05-28

用甲醇过柱子会溶解硅胶?

今天师妹问我,硅胶能溶解于甲醇吗?然后我结合亲身经历斩钉截铁的告诉她,甲醇溶解硅胶是毫无疑问的,可是她追问"硅胶的成分不是二氧化硅吗,应该是什么都不溶才对呀。"登时语塞,二氧化硅能溶甲醇好像不太成立。那么甲醇究竟溶解硅胶吗? 其实,早在很多年之前这个问题就已经被人们提出,对于大部分的有机化学家而言,包括我认识的老师和学生等,都认为:如果DCM中含有10%以上的甲醇,很大概率会溶解部分硅胶,从而在试管中形成大量无定形白色固体——硅胶,做核磁也可以看到在0-0.5 ppm有很明显的峰。 但也有学者认为,硅胶不可能溶于甲醇。那白色的固体又是什么呢? 有人认为被甲醇中溶出的是硅胶中的碳酸钙等矿物成分。由于硅胶制备中需要用到大量的水,而质量一般的硅胶都是使用的硬水,硬水中含有很多矿物质,在水被蒸发掉后,这些矿物质还是保留在硅胶中。因此在使用甲醇作为洗脱剂时候,这些矿物质一部分被溶解,在甲醇挥发的过程中又析出。而有的厂家制备硅胶时使用的是软水,那么矿物成分含量就比较少,因此即使用100%的甲醇洗脱的话也不会有析出白色粉末的现象。所以这一点大家可以用来检验下实验室用的硅胶的好坏了。 事实是怎样的呢? 国外有网友做了一个测试,将1g的Silicycle P60级硅胶悬浮在100mL的纯甲醇中,并搅拌48小时。然后将通过硅藻土过滤,(硅藻土事先通过水浆的形式添加到过滤器中,用蒸馏水冲洗5次,然后用甲醇冲洗3次,过滤后的滤饼也用甲醇洗涤3次),浓缩滤液,结果烧瓶壁上确实附着着硅胶,残余物称重得出硅胶量大约4毫克。由此可见,甲醇是可以部分溶解硅胶的。 我们知道,硅胶成分是二氧化硅, 二氧化硅是路易斯酸,和氧化铝,氯化铁什么的有些性质具有相似性,甲醇对路易斯酸一般都有溶解度,理论上当然会溶解硅胶。此外,硅胶上面有硅醇基,可以和甲醇形成氢键,因此硅胶在甲醇里有一定的溶解度。经验发现,一般情况下MeOH/DCM = 10/1还是比较安全的。如果二者的极性达到了MeOH/DCM = 4/1,那么在过柱子时就极有可能冲下来部分硅胶。另外洗脱液PH大于9时硅胶就溶得厉害。 甲醇溶硅胶解决办法: 1)先把溶剂旋干,再用不溶解硅胶而溶解产品的溶剂溶解,微孔滤膜或砂芯漏斗过滤,旋干。 2)如果过柱子必须用甲醇的话,先用甲醇洗脱剂将柱子洗脱几次再上样,除去溶于甲醇的一些杂质,装柱时流出的溶剂浑浊慢慢的就看不见了。 3)低浓度的MeOH对硅胶的溶解应该不会是太大,所以DCM/MeOH体系尽量控制在10/1左右,对于极性真的很大的胺可以选择中性氧化铝进行过柱子。 有朋友问:装的柱子有很多气泡,敲了很久还是有,该怎么办? 在此提供一下自己的经验:湿法装柱,先用溶剂把硅胶泡透了,多拌一会儿,超声一下也行,然后用自然沉降法装柱,用橡皮锤或者洗耳球拍打柱体,让硅胶均匀沉降,同时保持下面的溶剂低速流下,上面也要保持溶剂高于液面10公分以上。走柱子的时候,注意不要让下面的流速过快,否则容易产生气泡甚至断层,上面的加压要跟上。

2021-05-28

氯化氢/甲醇爆炸事故!

氯化氢的甲醇溶液是有机合成中广泛使用的试剂,可用于胺的纯化、羧酸酯化等。其制备方法一般是通过原位生成HCl,例如将氯代三甲基硅烷(TMSCl)添加到各种醇中或将酰氯添加到乙醇中,或将气态HCl鼓入醇中。因为是实验室常用试剂,所以关于HCl/甲醇的潜在危险一直没有引起化学工作者的注意。 近日,德国奥里尔工业公司研究人员在美国化学会Org. Process Res. Dev. 上发表了一篇题为:Safety Case Study. Intrinsic Instability of Concentrated Solutions of Alcoholic Hydrogen Chloride: Potential Hazards Associated with Methanol,文章描述了一起盐酸/甲醇溶液引起的实验室安全事件,旨在引起有机合成人员对此类试剂的重视。 奥里尔工业公司一个抗肿瘤药物的合成项目中,常常用到4M的无水氯化氢/甲醇溶液,用来将中间体1酯化和形成盐酸盐,以及脱去中间体3的亚磺酰基得到手性胺4。因为要避免使用水性介质,所以要使用盐酸甲醇溶液。 在一次实验过程中,研究人员打开了一个装有约0.5 L浓缩氯化氢溶液的1 L瓶子,该溶液是在4个月前制备的,并在室温下保存。打开瓶子时研究人员就听到了嘶嘶声,并注意到溶液里有小气泡产生。这一现象可能不足为奇,所以没有引起实验员过多的警惕。但当实验员用吸管接触到液体表面时,意外发生了!溶液突然从瓶中大量喷出。幸运的是,由于使用了个人防护设备,没有造成人员受伤,仅发生了通风橱内泄漏的情况。 这次事件促使奥里尔工业公司对事故根本原因展开调查。 已知氯化氢与醇反应生成相应的氯化物,比如甲醇氯化氢是生产甲基氯的首选方法,在甲醇溶液制备胺盐酸盐的过程中还会产生氯甲烷。由于氯甲烷被认为是一种基因毒素,因此这是制药行业的主要关注点。 研究人员通过在MeOH中鼓入气态HCl来制备浓度为2-4 mol/L的盐酸甲醇溶液。第一组的3个瓶子在20–25°C下存储,第二组的3个瓶子在0–5°C下存储。分别保存1、2和3个月后,小心地打开每个组的一瓶瓶子,并滴定浓度。 通过观察瓶内液体脱气(degassing,开盖时的嘶嘶声)和鼓泡(bubbling,开盖后的产生的气泡)来衡量盐酸甲醇的稳定程度。结果表明,溶液的行为与其浓度、保存期限和储存温度有关。新鲜制备的溶液被认为是安全处理的(entry1,表1和2)。作者强烈建议在0–5°C下储存,因为打开塞子后的溶液表现温和(表2)。但是,处理储存在20–25°C,特别是4 mol/L的溶液时,必须采取适当的预防措施(表1,红色)。在那种情况下,可以随时观察到大量的脱气和大量的气泡。使用2 mol/L和3 mol/L的溶液可以稍微降低风险,但在储存1个月后会发生大量的意外脱气(表1,entry 2)。 表1.储存在20–25°C的盐酸甲醇的行为 表2.储存在0-5°C的盐酸甲醇的行为 同时,作者对每种溶液的HCl浓度进行了定量,结果与观察到的行为相关(图1)。储存在20–25°C时,浓度会在1个月后大幅下降,然后在2和3个月后略有下降。当溶液在0–5°C下储存时,这种现象会减弱。 图1.在不同条件下,甲醇中的HCl浓度随时间变化 然后,在室温下保存3个月后,对装有4 mol/L氯化氢MeOH溶液的瓶子内的气氛进行定性质谱分析。检测到的主要成分是氯甲烷,还有一些二甲醚。没有观察到气态HCl。同时,根据观察到反应生成的水(通过Karl Fisher分析法测量为8%w/w)。 最后,作者监测了20–25°C下储存的5-10%w/w氯化氢MeOH溶液的甲基氯含量和水含量(图2)。溶液中的氯甲烷含量在1个月内增加,之后的几个月降低,这可能是因为氯甲烷沸点低而蒸发(-23.7°C)。储存1个月后,水含量明显增加,然后趋于稳定。 图2.存储在20°C的5-10%w/w的氯化氢甲醇溶液随时间监测MeCl含量 为了解释为什么在移液过程中发生喷发,作者假设在室温下存放几个月后,盐酸甲醇溶液的平衡处于不稳定状态。当移液器撞击溶液表面时,由于过饱和,溶解在甲醇中的氯甲烷突然释放,导致喷雾。 然后,作者决定对盐酸乙醇应用相同的方法(表3和表4)。就安全性而言,迄今为止,乙醇中的HCL是最佳选择,因为即使在室温下也未观察到脱气或鼓泡。 表3.在20–25°C下储存的乙醇/HCl的行为 表4. 0–5°C下储存的乙醇/HCl的行为 随着时间的推移,作者还监测了HCl的浓度,结果如图3所示。对于2 mol/L的溶液,在20-25℃下观察到轻微的降低,对于浓度更高的溶液,这种降低更为明显。储存3个月后,仅损失约20%的HCl,而在甲醇中损失约60%。当溶液在0–5°C下储存时,摩尔浓度非常稳定,几乎没有损失。这些结果与在乙醇中没有观察到的任何重大事件有关。 图3.在不同条件下,乙醇中的HCl浓度随时间变化。 通过这项研究,作者提供了有关盐酸/甲醇溶液稳定性的数据。储存后,HCl的浓度会根据时间和温度以及溶剂的性质而变化。如果非要使用盐酸甲醇,作者建议在制备后立即使用此溶液,并且出于安全原因,高浓度溶液应避免长时间保存。由于未观察到起泡和脱气事件,作者认为HCl/乙醇溶液是目前较优选的。当该溶液在0-5°C下储存时,HCl浓度的变化可以忽略不计。 论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.oprd.0c00034

2021-05-22

氯化锂在有机合成中的应用

锂,与钠、钾虽然同属于第一主族元素,但锂却有其结构的特殊性。锂离子的半径为0.76 A(钠离子半径为1.02 A,钾离子半径为1.33 A),离子半径过小赋予锂不同于钠、钾化合物的共价性,以及对富电子非金属原子的亲和性。尤其是锂离子的亲氧性在有机药物合成与制药工艺研究中具有特殊的作用。下面列举两例LiCl在有机合成中的应用。 (一)氯化锂(LiCl)代替双胺基锂(简称LiHMDS),无需-78°C 利莫那班(rimonabant)是法国Sanofi(赛诺菲)公司研发的全球首个1型大麻素受体(CB1)抑制剂类减肥药,具有很好的减肥效果,并具有胰岛素增敏和改善脂代谢紊乱的作用,同时具有一定的辅助戒烟效果。其作为新型减肥药于2006年在欧盟批准上市。 原研合成路线使用LiHMDS作为缩合试剂来介导对氯苯丙酮与草酸二乙酯的Claisen缩合,随后与2,4-二氯苯肼环化制备关键中间体(I)。LiHMDS价格昂贵,用起来和用正丁基锂注意事项差不多,要求无水无氧、低温,而且会产生大量废物,对反应条件要求苛刻。显然,从成本经济与绿色化学的角度考虑,LiHMDS不能够适应大规模生产中间体1的实际要求。 从机理上讲,使用LiHMDS作为缩合试剂的根本益处在于:锂离子对羰基氧原子有很好的亲和性,能够通过六元环锂盐稳定中间体,所以LiHMDS可以顺利介导这种位阻型Claisen缩合。2008年,有研究人员开发了一种通过氯化锂/甲醇钠体系代替LiHMDS的改进工艺,以氯化锂提供锂离子,以甲醇钠提供碱基,可在室温条件下以一锅法制备中间体I,反应更加绿色。 (二)LiCl 用于多官能团格氏试剂的制备 除了其特殊的绿色化学性,LiCl还可作为促进剂用于含多官能团格氏试剂的制备。这一方面,德国慕尼黑工业大学的Knochel小组做了许多开创性工作。Knochel等人根据各类反应条件和底物官能团兼容性的要求,开发了三种格氏试剂制备方法,极大拓展了格氏反应的应用范围。由于Knochel 在格氏试剂合成与应用方面的杰出贡献,通常将含LiCl 的格氏试剂称之为Konchel型格氏试剂。 LiCl 的作用机理: 1、在卤素-镁交换反应中,LiCl可以破坏格氏交换试剂(i-PrMgCl)的聚集加快格氏交换反应。 2、在镁和卤代烃的直接氧化插入反应中,LiCl 的存在可以增加生成格氏试剂的溶解度, 从而保持镁金属表面的光洁度, 确保氧化插入反应的持续进行; 3、在胺基镁参与的C—H 键镁化反应中,LiCl 络合的胺基镁具有比传统Hauser碱更好的溶解性和动力学碱性,从而使得Knochel-Hauser 碱具有更好的反应活性。 Knochel小组和其他小组发展出了很多基于格氏试剂官能团化的合成方法。例如,含多官能团的格氏试剂可以与酰氯、醛、酮、二氧化碳、亚胺、异氰酸酯、硼酸酯、卤代烃、三烷基氯硅烷等各类亲电试剂反应。 参考资料: Synlett 2012, 23, 2965–2968 Chin. J. Org. Chem. 2014, 34, 1523~1541

2021-05-22

“吃”塑料的超级酶,能解决我们的环境危机吗?

在过去几十年中,廉价、耐用和适应性强的塑料生产呈爆发式增长,塑料已经渗透到我们生活的方方面面,但这种曾经令人向往的聚合物有其有害的一面:塑料的降解可能需要数百年的时间,而且其产量已达到天文数字(全球每年超过3.5亿吨),塑料污染是当今世界面临的最紧迫的环境问题之一。 令人难以置信的是,全球每年有1.5亿吨塑料被填埋或释放到环境中,超过800万吨塑料通过河流输送到海洋中。其中大部分不会降解,而只是分解成微粒。这些有据可查的微塑料存在于海水中、海洋动物体内,甚至在人类胃肠系统深处。塑料污染是当今人类面临的最严峻的环境问题之一,研究人员一直在忙于寻找这个令人困惑的问题的答案。 解聚:解决聚合物回收难题 塑料由聚合物制成——由重复的单体砌块制成的长链。大多数被广泛使用的塑料要么是热塑性塑料、要么是热固性塑料。热塑性塑料,如丙烯酸、聚酰胺和聚乙烯,在高温下变得柔软、可塑,冷却后变硬。该属性使热塑性塑料相对容易被回收利用,因为它们可以软化并被改造成新产品(尽管质量下降限制了效益)。热固性塑料,如聚氨酯、环氧树脂和三聚氰胺树脂,加热时变硬,几乎不可能被回收利用。回收热塑性和热固性塑料时面临的挑战意味着:所有塑料最终都注定会造成环境污染。 为了实现解聚,科学家们已经放眼大自然,寻找能够分解塑料的微生物酶。2012年,日本大阪大学的研究人员在堆肥中发现了一种酶,这种酶可以分解全球最常用的塑料之一:聚对苯二甲酸乙二酯(PET,CAS登记号25038-59-9,分子式(C10H8O4)n)。 大阪大学研究人员发现的这种酶,被称为叶枝堆肥角质酶(LLC),能够破坏PET单体之间的键,但对PET的65°C软化温度不耐受,所以在该温度下工作几天后,就会发生变性,从而限制了其工业实用性。由于解聚只能在熔融的塑料中发生,所以酶必须在温度升高时保持稳定。 一种鲜为人知的土壤细菌对PET的双解聚作用 PET是一种热塑性塑料,也是使用最广泛的聚酯之一。全球PET产量从2014年的4200万吨增长到2016年的5000万吨,到2022年将达到8700万吨。 这种合成聚合物由石油衍生的对苯二甲酸(TPA) 和乙二醇(EG)制成。PET是一种多用途的聚合物,可根据晶体结构和粒径(图1)制成透明、不透明或白色的材料。它被广泛用于生产服装纤维和容器,包括水瓶,无取向的PET可以被热成型(或模压)来制造其他包装产品,如泡罩包装1。找到一种有效的解聚PET的方法将是实现真正的塑料回收和环境保护道路上的一个重要里程碑。 图1. PET产品(A)和结构式(B) PET生物降解已被广泛研究,因为酯酶(将酯分解成酸和酒精的酶)在自然界中是丰富的2。然而,关于PET的生物降解或利用PET支持微生物生长的报告并不常见。一些来自丝状真菌群的生物,如尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)和茄镰刀菌(Fusarium solani),已经在含有PET纱线3的矿物培养基中生长。 2016年,Yoshida等人4报告了土壤细菌菌株Ideonella sakaiensis 201-F6的发现及其特征,该菌株生长在日本一个塑料回收设施附近受PET污染的沉积物中。这种革兰氏阴性、需氧、杆状的细菌具有非凡的能力,能够利用PET作为其生长所需要的主要碳源和能源。 I.sakaiensis采用双酶系统,将PET分解成其构建砌块TPA和EG,然后进一步分解为碳和能源。两种酶之一的ISF6_4831蛋白质负责水解并断裂酯链。ISF6_4831蛋白质更利于处理芳香酯,而不是脂肪族酯,对处理PET尤其有用,所以它被指定为PET水解酶(PETase)。I. sakaiensis中的 PETase酶是一种角质酶样丝氨酸水解酶,可攻击 PET聚合物,释放对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)、mono(2-hydroxyethyl) terephthalate (MHET)和TPA。PET水解酶进一步切开BHET,生成MHET和EG。第二种酶,ISF6_0224蛋白,MHET水解酶(MHETase),进一步水解可溶性MHET生成TPA和EG(图2)。这两种酶是必须的(可能通过协同作用),将PET酶转化为其两种对环境无害的单体——TPA和EG4,从而有可能完全回收PET。 图2. PET解聚图:PETase催化PET解聚为BHET、MHET和TPA。MHETase将MHET转变为单体TPA和乙二醇 (EG) PETase突变体的超强 PET降解能力 PETase的序列和结构研究强调了与角质酶的相似性,角质酶是由许多细菌进化而来分解角质的,是一种天然的蜡状聚合物,在许多植物中构成保护性角质层的一部分。晶体结构分析和生化测试表明,I.sakaiensis 2中的PETase在结合部位具有开放的活性位点结构,并且它可能遵循典型的丝氨酸水解酶催化机制进行工作5。 基于PETase的结构修饰和同源角质酶活性位点的裂解,现在已经生产出PETase变种,并用于测试PET降解,包括一个在催化中心远端的双突变变体。假设这个区域能够修正重要的底物结合相互作用。这种基于角质酶结构的双突变体,被发现比野生型PETase6具有更强的PET降解能力,相关技术已经申请了专利7。 通过角质酶中两个活性位点残基的突变来缩小结合间隙,研究人员观察到PET降解速度得到了提升,这表明PETase虽然在富含PET的环境中进化,但并没有表现出降解结晶PET的最佳结构。这种突变酶只需要几天时间就能开始分解塑料——明显比在海洋中分解塑料要花上几个世纪的时间要快得多。 从双突变体到双酶鸡尾酒 当在反应中加入MHETase时,酶混合物分解PET的速度是PETase本身分解PET速度的两倍。在试验酶载量范围内观察到的降解趋势发现,随着两种酶浓度的增加,组分单体的含量也在增加。这表明反应受酶的限制而不是底物的限制。协同效应分析还表明,降解率随着PETase负载量的增加而增加,并且因为MHETase的存在(即使在相对PETase较低的浓度下),也能提高总降解率。目前的实验没有得出PETase和MHETase的最佳比例。 制造一种超级酶,使PET降解速度提高三倍 在进一步探索PET降解性质和范围的实验中,研究人员通过将MHETase和PETase拼接成一条长链,设计了一种新的超级酶。利用柔性甘氨酸-丝氨酸连接子制备了MHETase的C末端与PETase的N末端共价连接的嵌合蛋白,用于无定形PET的降解(图3)。在比较不同酶的降解能力时,嵌合蛋白的表现优于PETase和MHETase,未链接的酶混合物也是如此。 图1. 三种嵌合酶的简图,连接 MHETase的C端和 PETas的N端的连接子。 有趣的是,这种超级酶不仅能解聚PET,还能降解聚乙烯呋喃酸酯(PEF)。PEF是一种可用于啤酒瓶的糖基生物塑料。 一些天然聚合物(如纤维素和甲壳素)的酶解,是通过微生物分泌的协同作用酶的混合物在自然界中实现的。随着时间的推移,这些天然微生物系统已经进化到降解这些聚合物的最佳状态。似乎有些土壤细菌(如I. sakaiensis),也以类似的方式进行,利用具有双酶系统的聚酯底物4,9。与需要几个世纪才能降解的自然降解不同,这种超级酶能在短短几天内将PET转化回其单体,尽管这一过程仍然太慢,无法在商业上可行。 无止境的塑料降解回收 通过把PET转化回原来的单体砌块,这种超级酶可以无休止地制造和重复使用塑料,从而减少对化石资源的依赖。而且,突破还不止于此…… 2020年,科学家取得了重大进展,发现了另一种可以在10小时内降解PET的酶10。这项研究筛选了大量的细菌和酶来寻找潜在的候选物质,包括2012年首次发现的叶枝堆肥角质酶(LCC)。通过改变结合位点上的氨基酸,以及提高热稳定性,产生了数百种突变的PET水解酶。然后筛选细菌突变体,以识别有效的PET分解者。在这个方法运行了多轮之后,分离出了一种突变酶,它降解PET的效率是天然LCC的10000倍。在72°C时也很稳定,接近PET的熔化温度。这一发现对实现PET的无限循环具有重要意义,并且已经进入工业试验阶段10。 我们只看到了这些微生物及其酶所能提供的可能性中的冰山一角。大多数塑料来自于化石燃料,它们的生成是有限的,但在我们的环境中却无处不在。除非我们能找到形成循环经济的方法,否则塑料污染将继续成为一个日益严重的问题。在短短几十年里,我们将无法生产我们所依赖的塑料制品,除非我们能找到一种方法来回收已经存在的垃圾。传统的回收方式不是有效的,也是不可持续的,除非我们能在工业规模上将塑料还原为其单体成分,否则我们没有解决这个问题的希望。谢天谢地,在大自然的帮助下,通过一些巧妙的进化和一些科学上的独创,这个问题有希望能得到解决。

2021-05-14

传递快乐的分子——多巴胺

日常生活中,我们体验着喜怒哀乐等多种情绪变化,通常人们将其归因为心理变化。事实上,我们的情绪变化还与生理因素密切相关,因为人体内某些化学物质的变化也会影响我们的情绪。研究发现,人的大脑会分泌多种能让人感到快乐、安全和成就感的物质,这些物质统称为“快乐激素”,其中最知名的当属多巴胺(dopamine),它是大脑中含量最丰富的儿茶酚胺类神经递质,能帮助传递兴奋及快乐的信息,同时还参与调节多种生理功能。[1] 代表性儿茶酚胺类神经递质: 多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素 多巴胺传递快乐的机制 多巴胺最早由George Barger和James Ewens等人于1910年在英国伦敦惠康实验室合成,1957年Katharine Montagu首先在人的大脑中鉴定出多巴胺。而它被命名为多巴胺,则因为它的生物合成前体是3,4-二羟基苯丙氨酸(L-多巴)。随后,瑞典科学家阿尔维德•卡尔森(Arvid Carlsson)等人在1958年最早认识到多巴胺具有神经递质的功能,并且多巴胺还是去甲肾上腺素和肾上腺素的前体,凭借对多巴胺以及该物质在帕金森病中的作用研究,他被授予2000年度诺贝尔生理学或医学奖。[2] 阿尔维德•卡尔森及他对多巴胺的研究 前文已经提到,多巴胺是儿茶酚胺类神经递质,大脑中的多巴胺经过突触将信号传送到其它神经细胞,其中有一条涉及“奖赏系统(reward system)”的路径被认为与多巴胺传递快乐信息密切相关。所谓奖赏系统,实际是一组神经结构,旨在维护动机显著性(动机、需求、喜好等)、联想学习和正面情感(尤其是以愉悦感为核心的情感)。 换言之,动物和人的中枢神经系统具有奖赏机制来加强和激励对机体有益的行为,以利个体生存和种族繁衍。更深入的研究表明,当大脑发现获得奖励的机会时,它就会释放出多巴胺,大量的多巴胺并不能直接产生快乐感,它更像是一种激励,让我们发现如何才能得到快乐,而且愿意为了获得这种感觉付出努力。简言之,多巴胺的效用是期待奖赏,而不是获得奖赏。[3] (作者注:多巴胺的作用机制涉及复杂的神经学及心理学知识,此处仅作简要介绍,深入理解请参阅相关文献资料。) 大脑中的主要多巴胺路径 (图片来源于维基百科) 多巴胺的生物合成及降解 目前来看,多巴胺可能是最简单的儿茶酚胺类神经递质,其化学结构虽然简单,但在整个儿茶酚胺家族中却占有重要地位,因为它还是合成另外两种神经递质去甲肾上腺素和肾上腺素的前体。生物体内多巴胺的合成是以L-酪氨酸为起始原料,在多种复杂的生物酶共同作用下完成,首先经酪氨酸氧化酶氧化为L-多巴,随后在多巴脱羧酶作用下脱去CO2即可生成多巴胺。多巴胺也可以进一步被氧化生成去甲肾上腺素,最后只需发生酶促的甲基化过程即能得到另一种重要的神经递质——肾上腺素。[4] 多巴胺的降解过程主要有两条不同的路径,其中所涉及的降解酶是相同的,最终的代谢产物也都是高香草酸,两条路径只是中间产物有所差异。具体说来,多巴胺可以首先氧化生成3,4-二羟苯甲酸然后选择性甲基化得到高香草酸,也可以先进行甲基化转化成3-甲氧基酪氨再将氨基氧化生成羧基同样得到高香草酸代谢终产物。[5] 多巴胺的生物合成及降解路径 多巴胺的“双面”效应 多巴胺这种神经递质主要负责大脑的情欲、感觉,传递兴奋及开心的信息,基于多巴胺的这一功能,它在医学上被用来治疗抑郁症。近年来,有研究表明帕金森病也与多巴胺分泌不足,因此可以利用其代谢前体L-多巴进行治疗。然而,需要指出的是,多巴胺的分泌也并非越多越好,过多的多巴胺分泌甚至会造成疾病,例如亨丁顿舞蹈症(Huntington’s Disease,HD)患者的四肢和躯干会如舞蹈般不由自主地抽动,造成日常行动不便。 另一方面,多巴胺也与成瘾性之间存在密切联系,吸烟和吸毒都可以增加多巴胺的分泌,使上瘾者感到开心及兴奋。以吸烟为例,香烟中的尼古丁会刺激多巴胺的分泌,从而为吸烟者带来特定的欣喜之感,从吸食的第一根烟开始尼古丁就“绑架”了吸烟者的神经系统,内在的奖赏系统会潜意识地释放积极信号促使更多的尼古丁摄入,甚至给吸烟者带来“吸烟有益”的错觉。尼古丁在体内的半衰期为2-3小时,如果成瘾者停止吸烟,体内尼古丁浓度会迅速降低,就无法继续体验“愉悦”感,并出现戒断症状。事实上,在成瘾之后,尼古丁带来的愉悦感非常有限,吸烟者实际上只是为了避免戒断症状引起的不适才继续吸烟。[6] 结束语 多巴胺作为中枢神经系统的重要神经递质,主要参与运动、情感和神经内分泌的调节,因此多巴胺系统是近数十年来神经科学研究的焦点问题之一。特别是近年来,随着生物学、医学、神经学等多学科的迅猛发展,目前人们对多巴胺的合成、受体种类以及作用机制有了更深入了解,这些研究成果有望更大程度上将多巴胺用于药物等造福人类,而其所带来的诸如成瘾性等负面效应我们也需要慎之又慎并做到合理规避。 参考资料 [1] 李伟. 多巴胺及其受体的研究现状[J]. 中国现代神经疾病杂志, 2011, 11(01): 104-106. [2] Benes, Francine M. “Carlsson and the discovery of dopamine.” Trends in pharmacological sciences 2001, 1(22): 46-47. DOI: 10.1016/S0165-6147(00)01607-2 [3] 崔彩莲, 韩济生. 天然奖赏与药物奖赏[J]. 生理科学进展, 2005(02): 103-108. [4] Musacchio J M (2013). “Chapter 1: Enzymes involved in the biosynthesis and degradation of catecholamines”. In Iverson L (ed.). Biochemistry of Biogenic Amines. Springer. pp. 1-35. ISBN 978-1-4684-3171-1. [5] Eisenhofer, Graeme, Irwin J. Kopin, and David S. Goldstein. “Catecholamine metabolism: a contemporary view with implications for physiology and medicine.” Pharmacological Reviews, 2004, 56(3): 331-349. DOI: 10.1124/pr.56.3.1 [6] 张栋梁等. 多巴胺系统与药物成瘾的关系[J]. 神经解剖学杂志, 2010 (5): 564-568.

2021-05-11