绿色化学简答题

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1、 绿色化学简答题1.化工过程强化可以通过什么途径实现？答：化工过程强化主要可以通过设备改进和方法改进来实现。（1） 设备改进：对化学反应的设备的改进（旋转盘反应器、静态混合反应器、静态混合催化剂体系、整体式反应器、微型反应器等）和对其他操作过程的改进（静态混合器、紧凑热交换器、微孔道热交换器、转动填充床、离心吸附器等）。（2） 改进方法：逆流反应器、反应蒸馏、反应提取、反应结晶、燃料电池、使用微波、太阳能、等离子体技术等。H2SO42.工业生产苯胺的过程（1） 化学计量式：C6H6 + HNO3 C6H5NO2 + H2OFeCl，1000铁粉还原法：4 C6H5NO2 + H2O + 9Fe

2、 4C6H5NH2 + 3Fe3O4 Pt气相催化加氢：C6H5NO2 + 3H2 C6H5NH2 + 2 H2O （2） 计算原子利用率，用绿色化学观点分析过程的不足1）C6H6 + HNO3 + 3H2 C6H5NH2 + 3 H2O2）4 C6H6 + 4 HNO3 + 3Fe 4 C6H5NH2 + 3 Fe3O4反应1）的原子利用率=(93/147)100%=63.3%反应2）的原子利用率=(493)/(569+1612+934) 100%=25.83%这两个反应原子利用率都不高，造成反应原料的浪费,其中反应2）产物中氧化铁泥造成污染需回收处理，不符合环境保护和经济利用率准则。催化剂

3、（3） C6H6 + NH3 + H2O2 C6H5NH2 + 2 H2O（4） 其优点是产物无污染，且是一步合成反应，原子利用率大大提高等。催化剂应在温和的反应条件下实现催化过程；可以直接实现一步氨基取代过程；并且对目标产物无破坏。3.绿色化学的主要研究任务主要在以下几个主要方面：（1） 设计安全有效的目标分子：构效关系。设计安全有效化学品主要包括如下两个方面的内容： 1）新的安全有效化学品的设计； 2）对已有的有效但不安全的分子进行重新设计。（2） 寻找安全有效的反应原料：1）用无毒无害原料取代有毒有害原料：氢氰酸、丙烯碃、光气、甲醛等； 用二氧化碳代替有毒有害的光气生产聚氨酯：RNH2

4、+ CO2 RNCO + H2O; RNCO + R1OH - RNHCOOR1 亚氨基二乙酸二钠的生产采用新工艺消除有毒氢氰酸的使用：HOCH2CH2NHCH2CH2OH + 2NaOH (铜催化剂)NaOOCH2CH2NHCH2CH2OONa + 4H2 改变原料生产己二酸；2）以可再生资源为原料:生物质生产动物饲料工业化学品和燃料。（3）寻找安全有效的合成路线：要符合原子经济性原理。要考虑到产品的性能优良，价格低廉，又要使产生的废物和副产物少，对环境无害，可利用计算机来进行辅助设计。（4） 寻找新的转化方法：催化等离子体方法；电化学方法；光化学及其他辐射方法；（5） 寻找安全有效的反应条

5、件： 1） 寻找安全有效地催化剂： 活性组分的负载化； 用固体酸代替液体酸；2） 寻找安全有效的反应介质： 采用超临界流体作为反应介质； 水作溶剂的两相催化法。4.原子利用率和原子经济性：原子利用率：即在化学反应中有多少反应物的原子转变到了目标产物中。可以用下式定义：原子利用率（目标产物的量/按化学计量式所得说有产物的量之和）*100（目标产物的量/各反应物的量之和）*100原子经济性：原子经济性是指反应物重的原子有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应就是反应物中的所有原子都进入了目标产物的反应，也就是原子利用率为100反应。 5、亲电性物质；其本身或者其代谢后的产物会与细胞大分子如DN

6、A、RNA、酶、蛋白质等中的亲核部分发生共价相互结合。这种不可逆的共价相互作用会严重影响细胞大分子的功能，可引发多种毒性，包括癌症、肝中毒、血液中毒、肾中毒、生殖系统中毒、发育系统中毒等的物质称为亲电性物质。比如：卤化烃、环氧化合物、，不饱和羰基化合物及相关化合物、-二酮、异氰酸酯等。 6、实现化工过程强化的主要方法： 化工过程强化主要包括发展新设备和新技术；即新技术和新设备的设备体积/产量比小、能量消耗少、废物排放少和成本大为降低。主要可以通过设备改进和方法改进来实现。设备改进：对化学反应的设备的改进（旋转盘反应器、静态混合反应器、静态混合催化剂体系、整体式反应器、微型反应器等）和对其他操作

7、过程的改进（静态混合器、紧凑热交换器、微孔道热交换器、转动填充床、离心吸附器等）。改进方法：逆流反应器、反应蒸馏、反应提取、反应结晶、燃料电池、使用微波、太阳能、等离子体技术等。 7、可生物降解物质的化学结构：具有以下结构特征的分子具有较好的生物降解能力：具有水解酶潜在作用的物质会增大其生物降解能力（比如酯、胺）。 在分子中引入以羟基、醛基、羧基形式存在的氧会增大其生物降解性。 存在未取代的支链烷烃(尤其是大于4个碳的直链)和苯环时，由于可受氧化酶进攻，因而可增大其生物降解能力。水中溶解度大的物质更容易生物降解。 相对低取代的化合物。其中分子中含有可增大降解能力的氧尤为重要，许多化合物尤其是烃

8、类降解的就是在氧化酶的作用下向分子结构中引入氧，而这一步通常是速率控制步骤。8、相反应和相反应 ：人体代谢陌生化学物质的过程中要发生两类化学反应，分别叫相反应和相反应.在相反应中，陌生化学物质通过氧化、还原和水解等过程转化为极性更大的代谢物，从而更容易溶解于水，因而更容易排泄。在相化学反应中，内源代谢底物如葡萄糖酸盐、硫酸盐、乙酸盐或氨基酸与有毒陌生化学物质结合，生成水溶性更大的物质从而更有利于排泄。9.离子溶液有哪些优点？答： 1）可操作温度范围大（-40300），因而可进行各种动力学控制；2）对大量的无机物、有机物、和高分子化合物有很大的溶解度，因而所需反应器的体积不大；3）表现出Bron

9、sted酸酸性、Franklin酸酸性和超强酸性；4）蒸气压很小，几乎观察不到；5）对水敏感但有的并不怕遇水，甚至能与水共同使用，故易于工业应用；6）热稳定性较好；7）相对便宜易于制备。 10、设计安全有效化学品的一般原则；答： 1、“外部”效应原则，主要是通过分子设计，改善分子的与其在环境中的分布、人和其他生物机体对它的吸收性质等重要的物理化学性质，从而减少它的有害生物效应。通过分子结构设计、从而增大物质降解速率、降低物质的挥发性、减少分子在环境中的残留时间、减少物质在环境中转变为具有有害生物效应物质的可能性等均是重要的“外部”效应原则例子。2、“内部”效应原则，通过分子设计达到以下目标：增

10、大生物解毒性，避免物质的直接毒性和间接生物致毒性或生物活化。增大生物解毒性包括把分子设计为本身是亲水性的或很容易与葡萄糖醛酸、硫酸盐或氨基酸结合，从而加速其泌尿系统或胆汗中排除。 11、超临界流体用作化学反应溶剂的优点：1通过压力变化，在“象气相”和“象液相”之间调节其性质，即其性质在接近于气体或液体性质之间变化，为更好实现化学反应提供方便 2通过调节压力改变其密度，从而调节与密度相关溶剂性质(介电性、粘度等)，增大了对化学反应进行控制的能力和改变化学反应选择性的可能性 3超临界流体又具有某些气体的优点(粘度低、高气体溶解度、高扩散系数等)，这对快速化学反应、尤其扩散控制化学反应或包含有气体反

11、应物的反应是十分有利的 4超临界二氧化碳的另一个优点是，二氧化碳不可能再被氧化，因而是理想的氧化反应的溶剂 5利用超临界二氧化碳中二氧化碳浓度高这一性质，使二氧化碳作为反应物的反应在超临界二氧化碳中进行，从而提高反应速度、甚至开发出新的反 局限：1将超临界二氧化碳用作合成化学最大限制是其溶剂化性质，即物质在超临界二氧化碳中的溶解度 2不能用超临界二氧化碳作离子间反应的溶剂，也不能用超临界二氧化碳作用离子作催化剂的反应。 3不能用作路易斯碱反应物的溶剂 12、人体对化学品毒性的吸收方式以及预防措施？答： （1）人体对化学品的吸收是指其从与人接触处进入血液的过程。吸收可通过肠胃系统、肺和真皮吸收。

12、肠胃系统吸收肠胃系统吸收肠胃系统吸收肠胃系统吸收，许多环境毒剂进入食物链、与食物一道被食入从而被肠胃系统吸收，空气中的毒物则通过呼吸进入肠胃系统。肺吸收，肺的功能是吸收氧气排除二氧化碳，具有很大的吸收表面积。真皮吸收，皮肤也是接触和吸收的重要器官。（2）改变分子结构通常能减少或预防物质被肺、皮肤、肠胃系统吸收，因而毒性也就大为降低。减少肠胃系统吸收:a、通过分子修饰，增大其颗粒度或使其保持非离子化形式；b、通过分子修饰，增大其油溶性同时减少其水溶性；c、设计修饰分子使其相对分子质量大于500，熔点高于150或处于固态；d、用多种取代基联合作用，使分子在pH2时强离子化，使极性变的很强不能穿越脂

13、肪膜；e、含有硫酸根的分子难于穿越生物膜、且有良好水溶性。减少肺吸收：a、设计分子使其挥发性降低；b、设计分子使其具有更低水溶性或具有更高熔点，或使其颗粒度大于5m；减少皮肤吸收减少皮肤吸收减少皮肤吸收减少皮肤吸收：a、设计分子使其为固体；b、设计分子使其具有更大的极性或具有离子性；c、增大颗粒度或相对分子质量及分子大小。13、如何进行结构和物理化学性质的调变：1辛醇水分配系数(log P或log Kow)2水溶性3分子大小和相对分子量4离子对5两性离子6鳌合作14、超额毒性：指特征毒性型物质表现出的超过由麻醉模型QSAR所得推测值的毒性即超额毒性=TAT-TAP TAP基于麻醉型毒性的QSA

14、R推测的毒性 TAT毒性实测值 在利用QSAR推测毒性时，一定要注意QSAR方程的使用条件，不能用基于麻醉型机理的QSAR方程来推测亲电性物质的毒性15、许多物理和化学因素会影响对水生生物的毒性影响，其包括水溶性、油溶性、颜色、形成内盐、酸性、碱性、分子大小、最小截面直径、物理状态等16、化学品的毒性:（1）、有些物质没有直接的毒性，但由于其分子的特殊结构，它能在代谢过程中转化为有毒的物质，这种结构特征称为“产毒”(Toxicogenic)结构 （2） 、物质的毒性均来源于“毒性载体”与细胞生物活性分子位的相互作用。化学品“毒性载体”与生物分子相互作用称为“毒性动态学相17、分散: 分散是指人

15、体吸收有毒物质后，有毒物质在体内的运动情况。代谢: 人体吸收物质后会试着通过大小便将无营养价值的部分排泄出来。酶催化过程：把吸收的物质转化为水溶性更大、更容易排泄的物质,又称为代谢(Metabolism)或生物转化。18、设计安全有效化学品的方法：一、毒理学分析及相关分子设计 二、利用构效关系设计安全的化学品 三、 利用基团贡献法构筑构效关系 四、 利用等电排置换设计更加安全的化学品 五、“软”化学设计 六、 用另一类有相同功效而无毒的物质替代有毒有害物质 七、 消除有毒辅助物品的使用19、绿色化学十二条原则: 1、不让废物产生而不是让其生成后再处理。2、最有效地设计化学反应和过程，最大限度的提高原子经济性。3、尽可能不使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的物质。4、尽可能有效的设计功效卓越而又无毒无害的化学品。5、尽可能不使用辅助物质、如需使用也应是无毒无害的。5.在考虑经济和环境效益的同时，尽可能使能耗最低。7.技术和经济上可行时应以可再生资源为原料。8.应尽可能避免衍生反应9.尽可能使用性能优异的催化剂10.因设计功能终结后可降解为无害物质的化学品11.应发展实时分析化学，以监控和避免有毒有害物质的生成12、尽可能选用安全的化学物质，最大限度地减少化学事故发生。20、采用超临界流体作为反应介质定义：超临界流体(SCF