绿色化学第2章绿色化学课件

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1、绿色化学绿色化学电子教案湖南科技大学化学化工学院湖南科技大学化学化工学院湖南科技大学化学化工学院湖南科技大学化学化工学院第二章第二章第二章第二章 绿色化学绿色化学绿色化学绿色化学 2024/7/20 目录第一节 什么是绿色化学 第二节 为什么要大力发展绿色化学第三节 化学反应的原子经济性第四节 原子经济性与环境效益第五节 绿色化学的任务第六节 绿色化学十二原则2024/7/20第一节什么是绿色化学 绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿。它吸收了绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿。它吸收了当代物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，当代物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，是具有

2、明确的科学目标和明确的社会需求的新兴交叉学科是具有明确的科学目标和明确的社会需求的新兴交叉学科 。传统的环境保护方法是治理污染，或曰污染的末端治理，。传统的环境保护方法是治理污染，或曰污染的末端治理，也就是研究已有污染物对环境的污染情况，研究治理这些也就是研究已有污染物对环境的污染情况，研究治理这些已经产生了的污染物的原理和方法，是一种治标的方法。已经产生了的污染物的原理和方法，是一种治标的方法。绿色化学的目标是：绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即将污染消除化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。实现这一目标后就不需要治理污染，因其于其产生之前。实现这一目标后就不需要治理污染，因其

3、根本不产生，是一种根本不产生，是一种从源头上治理污染的方法从源头上治理污染的方法，是一种治，是一种治本的方法。故绿色化学致力于研究经济技术上可行的、对本的方法。故绿色化学致力于研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学品的设计、制造和环境不产生污染的、对人类无害的化学品的设计、制造和使用；研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对使用；研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学过程的设计和应用。人类无害的化学过程的设计和应用。 2024/7/20第一节什么是绿色化学 简言之，简言之，绿色化学就是把化学知识、化学技术和化绿色化学就是把化学知识、化学技术和化学方法

4、应用于所有的化学品和化学过程，以减少直到消学方法应用于所有的化学品和化学过程，以减少直到消除对人类健康和对环境有害的反应原料的使用、这类反除对人类健康和对环境有害的反应原料的使用、这类反应过程的利用、这类产物的生产和使用、这类反应溶剂应过程的利用、这类产物的生产和使用、这类反应溶剂的使用，尽可能不生成副产物，更加充分地利用资源，的使用，尽可能不生成副产物，更加充分地利用资源，以适应可持续发展的需要以适应可持续发展的需要 。绿色化学的基本思想可应用。绿色化学的基本思想可应用于化学化工的所有领域，既可对一个总过程进行全面的于化学化工的所有领域，既可对一个总过程进行全面的绿色化学设计，也可以对一系列

5、过程中的某些单元操作绿色化学设计，也可以对一系列过程中的某些单元操作进行绿色化学设计、对化学品进行绿色化学设计。比如进行绿色化学设计、对化学品进行绿色化学设计。比如对化学合成、催化剂、反应条件、分离分析和监测等也对化学合成、催化剂、反应条件、分离分析和监测等也可分别进行绿色化学设计。可分别进行绿色化学设计。 2024/7/20第一节什么是绿色化学绿色化学的目标就是追求完美。但我们必须明白，向完绿色化学的目标就是追求完美。但我们必须明白，向完美每跨进一步都得克服不小的困难，正是逐步一个一个美每跨进一步都得克服不小的困难，正是逐步一个一个地克服掉一系列困难之后，我们方可达到这一目标。在地克服掉一系

6、列困难之后，我们方可达到这一目标。在绿色化学中，合成效率十分重要，因为合成效率的高低绿色化学中，合成效率十分重要，因为合成效率的高低不仅体现了合成方法的先进与否，同时也体现了该过程不仅体现了合成方法的先进与否，同时也体现了该过程在经济上可行与否。在经济上可行与否。 2024/7/20第一节什么是绿色化学由于物质及人类活动本身有其内在的运动规律，因此，由于物质及人类活动本身有其内在的运动规律，因此，任何物质和人类活动对人类本身及环境均会有或多或少任何物质和人类活动对人类本身及环境均会有或多或少的影响，那是不是意味着的影响，那是不是意味着“没有什么物质是友好的，我没有什么物质是友好的，我们追求的完

7、美无缺的绿色化学仅仅是一种理想状态而无们追求的完美无缺的绿色化学仅仅是一种理想状态而无法实现的法实现的”呢？目前绿色化学领域取得的进展已经对此呢？目前绿色化学领域取得的进展已经对此作出了否定的回答。这方面取得的成果不仅解决了传统作出了否定的回答。这方面取得的成果不仅解决了传统方法造成的对环境、对人类健康的危害，同时在经济技方法造成的对环境、对人类健康的危害，同时在经济技术指标、原料有效利、过程效益等方面均取得了良好效术指标、原料有效利、过程效益等方面均取得了良好效果，因此，已成为市场驱动和利益驱动的技术。诚然，果，因此，已成为市场驱动和利益驱动的技术。诚然，要绝对区分哪一物质、哪一过程对环境更

8、加无害是十分要绝对区分哪一物质、哪一过程对环境更加无害是十分困难的，很难构筑一张物质过程对环境危害的定量表。困难的，很难构筑一张物质过程对环境危害的定量表。2024/7/20第一节什么是绿色化学对过程而言，在一个反应中改变一种物质，通常就会改对过程而言，在一个反应中改变一种物质，通常就会改变产品的整个生产过程，因此，极难对不同过程对人和变产品的整个生产过程，因此，极难对不同过程对人和环境的影响进行定量的度量。但是，利用目前我们已经环境的影响进行定量的度量。但是，利用目前我们已经拥有的、大量的关于个别化学物质和化学过程对人类健拥有的、大量的关于个别化学物质和化学过程对人类健康和对环境影响程度的数

9、据，我们对许多物质和许多过康和对环境影响程度的数据，我们对许多物质和许多过程还是能作出明确的判断。某些毒性比其它分子小得多程还是能作出明确的判断。某些毒性比其它分子小得多的分子具有与那些毒性分子相同或相似的实用功能，不的分子具有与那些毒性分子相同或相似的实用功能，不少合成过程与其他过程相比，具有明显的优点。相对地少合成过程与其他过程相比，具有明显的优点。相对地讲，我们是知道哪些物质与其它物质相比对人类、对环讲，我们是知道哪些物质与其它物质相比对人类、对环境更加有害；哪些过程与其它过程相比对人类、对环境境更加有害；哪些过程与其它过程相比对人类、对环境更加有害。根据这些知识，在一定场合、一定特定合

10、成更加有害。根据这些知识，在一定场合、一定特定合成或某一特定过程中，我们可以采用对我们最有利的物质或某一特定过程中，我们可以采用对我们最有利的物质和方法。和方法。 2024/7/20第一节什么是绿色化学毫无疑问，最近几十年来，化学界、化工界、环境保护毫无疑问，最近几十年来，化学界、化工界、环境保护界在如何减少许多化学品在生产和使用过程中的危险性界在如何减少许多化学品在生产和使用过程中的危险性方面做了很多十分有益的工作。发展了很多有创造性的方面做了很多十分有益的工作。发展了很多有创造性的处理化学废物的方法；发展了许多减轻化学废物堆放场处理化学废物的方法；发展了许多减轻化学废物堆放场所危险性的方法

11、以及弥补化学废物造成危害的方法；发所危险性的方法以及弥补化学废物造成危害的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染和土壤污染的方法展了许多分析检测空气污染、水污染和土壤污染的方法和处理污染的技术；发展了许多控制污染物暴露的方法和处理污染的技术；发展了许多控制污染物暴露的方法和技术。这些对改善人类生存环境、提高人类社会生活和技术。这些对改善人类生存环境、提高人类社会生活质量，无疑是十分有益的和必须的，但这些并不能称为质量，无疑是十分有益的和必须的，但这些并不能称为是绿色化学。是绿色化学。绿色化学是利用化学来预防污染，不让污绿色化学是利用化学来预防污染，不让污染产生。染产生。 2024/7/20第

12、一节什么是绿色化学 因此，从科学观点看，绿色化学是化学基础内容的更新，因此，从科学观点看，绿色化学是化学基础内容的更新，从环境友好、经济可行的绿色化学产品的设计出发，发从环境友好、经济可行的绿色化学产品的设计出发，发展对环境友好、符合原子经济性的起始原料化学，提高展对环境友好、符合原子经济性的起始原料化学，提高化学反应的产率和选择性，或从新的起始原料出发，发化学反应的产率和选择性，或从新的起始原料出发，发展原子经济性的、高选择性的新反应来完成绿色目标产展原子经济性的、高选择性的新反应来完成绿色目标产物的合成；从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利物的合成；从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利

13、用资源和能源、降低生产成本、符合经济可持续发展的用资源和能源、降低生产成本、符合经济可持续发展的原理和方法；从环境观点看，绿色化学提供从源头上消原理和方法；从环境观点看，绿色化学提供从源头上消除污染的原理和方法，把现有化学和化工生产的技术路除污染的原理和方法，把现有化学和化工生产的技术路线从线从“先污染，后治理先污染，后治理”改变为改变为“不产生污染，从源头不产生污染，从源头上根除污染上根除污染”。 2024/7/20第二节第二节为什么要大力发展绿色化学为什么要大力发展绿色化学 一个世纪以来，为适应人类社会和工业生产的需要，化一个世纪以来，为适应人类社会和工业生产的需要，化学取得了十分辉煌的进

14、步，创造了巨大的业绩。但由于学取得了十分辉煌的进步，创造了巨大的业绩。但由于受传统发展观的影响，化学工业向环境排放了大量的污受传统发展观的影响，化学工业向环境排放了大量的污染物染物 , , 一些化学品被不加节制地滥用，给整个生态环境一些化学品被不加节制地滥用，给整个生态环境造成了非常严重的影响。当代全球十大环境问题中至少造成了非常严重的影响。当代全球十大环境问题中至少有七项与化学工业和化工产品的化学物质污染有关。据有七项与化学工业和化工产品的化学物质污染有关。据美国国家环保署的统计，美国国家环保署的统计，在所有释放有毒有害物质的工在所有释放有毒有害物质的工业中，与化学工业相关的产业处于第一位，

15、该行业排放业中，与化学工业相关的产业处于第一位，该行业排放的有毒有害物质是处于第二位的冶金工业的的有毒有害物质是处于第二位的冶金工业的 4 4 倍，倍，而且而且该调查仅涉及该调查仅涉及 70000 70000 多个商用化学品中的多个商用化学品中的 365 365 个个 。 2024/7/20第二节第二节为什么要大力发展绿色化学为什么要大力发展绿色化学许多排放物能在环境中残留和积累许多排放物能在环境中残留和积累,对环境造成破对环境造成破坏。另外，化工生产中的偶然事故也会对人类和环境造坏。另外，化工生产中的偶然事故也会对人类和环境造成突发性的影响，比如，成突发性的影响，比如，1983年印度年印度S

16、eveso农药厂异农药厂异氰酸甲酯的泄漏造成氰酸甲酯的泄漏造成2000人死亡，人死亡，30万人中毒等。万人中毒等。但但是，目前人类社会发展到今天已无法离开造成我们当前是，目前人类社会发展到今天已无法离开造成我们当前物质文明的化学产品和化学工业而退回到更上一个世纪，物质文明的化学产品和化学工业而退回到更上一个世纪，去过那种田园生活。尽管我们处在可怕的白色污染的包去过那种田园生活。尽管我们处在可怕的白色污染的包围之中，但我们完全无法想像没有今天的高分子聚合物围之中，但我们完全无法想像没有今天的高分子聚合物产品，我们的日常生活还能否正常进行，尤其是在都市产品，我们的日常生活还能否正常进行，尤其是在都

17、市中，这种情况更为突出。中，这种情况更为突出。2024/7/20第二节第二节为什么要大力发展绿色化学为什么要大力发展绿色化学发达国家已经或正在将一些有毒有害的化学品生产发达国家已经或正在将一些有毒有害的化学品生产转移到发展中国家和地区，我们有的地方也把这种生产转移到发展中国家和地区，我们有的地方也把这种生产由城市转移到农村或由沿海转移到内地。这样做的结果由城市转移到农村或由沿海转移到内地。这样做的结果无异于搬起石头砸自己的脚，毁了整个地球。因此，我无异于搬起石头砸自己的脚，毁了整个地球。因此，我们既要为开创更加美好的生活而发展化学和化学工业，们既要为开创更加美好的生活而发展化学和化学工业，又不

18、能让化学品生产过程和化学品破坏我们的环境。这又不能让化学品生产过程和化学品破坏我们的环境。这就要求我们大力发展就要求我们大力发展既能支撑经济发展，又能满足环境既能支撑经济发展，又能满足环境的要求，以保证可持续发展的新的化学的要求，以保证可持续发展的新的化学绿色化学绿色化学。因此，大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然因此，大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求。要求。2024/7/20第二节第二节为什么要大力发展绿色化学为什么要大力发展绿色化学发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。在整个工业体系中，化学工业占有很大的比例。在历史上，德国依靠化学工业技术革命，使世界科学技术中心由英

19、国转移到了德国。而美国则重复着德国的历史。二战后，依靠以石油化工技术为代表的技术创新取得化学工业的领先地位，使世界科学技术中心由德国转移到了美国。化学工业是美国最大的工业部门之一，十几年前（1990年）的销售额就达2920亿美元，雇员达110万人，是美国少数几个产生贸易顺差的工业部门之一，在所有工业贸易中居第二位。2024/7/20第二节第二节为什么要大力发展绿色化学为什么要大力发展绿色化学很明显，世界各大化学工业公司现在一方面受很明显，世界各大化学工业公司现在一方面受到生产化学品成本的压力，另一方面也受到国家法律的、到生产化学品成本的压力，另一方面也受到国家法律的、法规的、公众的关于减少环境

20、污染或处理污染物的强大法规的、公众的关于减少环境污染或处理污染物的强大社会压力，它们一方面要想方设法降低成本，提高效益，社会压力，它们一方面要想方设法降低成本，提高效益，另一方面又要因为治理污染物而增大成本。因此，要发另一方面又要因为治理污染物而增大成本。因此，要发展化学工业从而发展经济，就必须寻求新的原理和方法，展化学工业从而发展经济，就必须寻求新的原理和方法，发展新的技术，以降低化学品生产的显性成本和隐性成发展新的技术，以降低化学品生产的显性成本和隐性成本。而绿色化学正好具有这个潜力。另外，对于一些行本。而绿色化学正好具有这个潜力。另外，对于一些行业，要治理其产生污染所需要的费用可能比它本

21、身产生业，要治理其产生污染所需要的费用可能比它本身产生的效益还大很多，如果没有新的原理、新的技术，这些的效益还大很多，如果没有新的原理、新的技术，这些行业就只有破产关门。因此，必须大力发展绿色化学。行业就只有破产关门。因此，必须大力发展绿色化学。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性 一、原子利用率一、原子利用率在合成反应中，要减少废物排放的关键是提高反应的选在合成反应中，要减少废物排放的关键是提高反应的选择性和原子利用率择性和原子利用率。即化学反应中，到底有多少反应。即化学反应中，到底有多少反应物的原子转变到了目标产物中，物的原子转变到了目标产物中，原子利用率

22、原子利用率可用下式定可用下式定义：义：用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定量目标产物到底会生成多少废物。量目标产物到底会生成多少废物。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性例如，由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯化例如，由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯化乙醇法时，假定每一步反应的产率、选择性均乙醇法时，假定每一步反应的产率、选择性均为为100%，这条合成路线的原子利用率也只能，这条合成路线的原子利用率也只能达到达到25%：2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性即生产1公斤环氧乙

23、烷(目标产物)就会产生3公斤的副产物(即废物)CaCl2H2O，同时，还存在使用有毒有害Cl2作原料，对设备有严格要求产品的分离提纯等问题。为了克服这些缺点，孟山都公司发明了一个新的催化氧化方法，新方法用O2直接氧化乙烯一步合成环氧乙烷，反应的原子利用率达到了100%。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性又如环氧内烷的生产，传统方法也是氯醇法，在各步又如环氧内烷的生产，传统方法也是氯醇法，在各步转化率、选择性均为转化率、选择性均为100%的情况下，其原子利用率仅的情况下，其原子利用率仅可达可达31%2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原

24、子经济性同时也还存在使用有毒有害的同时也还存在使用有毒有害的Cl2作原料，对设备有作原料，对设备有严格要求，产物的分离提纯等问题。近年来发展了钛硅严格要求，产物的分离提纯等问题。近年来发展了钛硅分子筛催化氧化法：分子筛催化氧化法：2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性新的催化法克服了有毒有害原料新的催化法克服了有毒有害原料Cl2的使用，氧化剂的使用，氧化剂H2O2对设备的要求远不及对设备的要求远不及Cl2的要求严格，尽管原子的要求严格，尽管原子利用率仅为利用率仅为76%，但该反应唯一的副产物是水，它对，但该反应唯一的副产物是水，它对环境是友好的，因此，该方法的环

25、境友好程度明显高于环境是友好的，因此，该方法的环境友好程度明显高于传统方法。传统方法。再如，甲基丙烯酸甲酯的合成，传统方法是利用制再如，甲基丙烯酸甲酯的合成，传统方法是利用制取苯酚的副产物丙酮和丙烯腈工业的副产物取苯酚的副产物丙酮和丙烯腈工业的副产物HCN经两经两步反应制取。这虽然是一个废物充分利用的典型例子，步反应制取。这虽然是一个废物充分利用的典型例子，但其原料原子利用率仅为但其原料原子利用率仅为46%，每生产，每生产1公斤公斤目标产目标产物相应要生成物相应要生成1.15公斤公斤废物废物NH4HSO4，同时还涉及，同时还涉及到剧毒物质到剧毒物质HCN的使用。的使用。2024/7/20第三节

26、第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性而而 90 90 年代开发的年代开发的 Pb(OAc) Pb(OAc) 2 2 一步催化法，其原子利用一步催化法，其原子利用率达率达 11% 11% ，化学产率达，化学产率达 99% 99% ，选择性达，选择性达 99% 99% ，该方法，该方法利用的石脑油裂解的副产物丙炔利用的石脑油裂解的副产物丙炔. . 2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性由上可见，一旦要利用的化学反应计量式被确由上可见，一旦要利用的化学反应计量式被确定下来，则其最大原子利用

27、率也就确定了。比如，定下来，则其最大原子利用率也就确定了。比如，只要采用氯醇法生产环氧乙烷，不管怎样改进工只要采用氯醇法生产环氧乙烷，不管怎样改进工艺，其最大原子利用率仅能达到艺，其最大原子利用率仅能达到25%，如果中，如果中间步骤中反应的选择性、反应物的转化率达不到间步骤中反应的选择性、反应物的转化率达不到100%，则该过程的原子利用率还达不到，则该过程的原子利用率还达不到25%，但是，如果选用银催化剂催化氧化方法，则只，但是，如果选用银催化剂催化氧化方法，则只要该步的转化率和选择性达到要该步的转化率和选择性达到100%，该反应的，该反应的原子利用率就可达到原子利用率就可达到100%。202

28、4/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性原子利用率达到原子利用率达到100%的反应有两个最大的特的反应有两个最大的特点，即点，即最大限度地利用了反应原料最大限度地利用了反应原料，最大限度地，最大限度地节约了资源；节约了资源；最大限度地减少了废物排放最大限度地减少了废物排放（因达（因达到了零废物排放），因而最大限度地减少了环境到了零废物排放），因而最大限度地减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。引起的污染。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性二、化学反应的原子经济性二、化

29、学反应的原子经济性BarryM.Trost从1991年起就致力于化学反应原子经济性的研究。原子经济性（Atomeconomy）是指反应物中有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应，就是反应物中的所有原子进入目标产物的反应，也就是原子利用率为100%的反应。这就要求目标产物就是反应物原子的结合。在传统有机合成中，不饱和键的简单加成反应，成环加成反应等属于原子经济反应，无机化学中的元素与元素作用生成化合物的反应也属于原子经济反应。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性因此，要把生成目标产物的反应变为原子经济反应，因此，要把生成目标产物的反应变为原子经济反应，就要

30、如此设计反应过程，即，使合成反应中所用原料加就要如此设计反应过程，即，使合成反应中所用原料加成化合后就直接为目标产物。如若成化合后就直接为目标产物。如若C为我们需要的目标为我们需要的目标产物，传统合成方法为：产物，传统合成方法为：A+BC+D有废物有废物D产生，这是该反应规定的，不可避免地会产生，这是该反应规定的，不可避免地会造成污染和资源浪费。这就要求重新设计的反应物，使造成污染和资源浪费。这就要求重新设计的反应物，使反应成为：反应成为：E+FC无副产物生成。无副产物生成。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性三、尽量提高反应的转化率和反应的选择性三、尽量提高

31、反应的转化率和反应的选择性要使化学反应尽可能极大限度地利用资源、减少环要使化学反应尽可能极大限度地利用资源、减少环境污染，仅仅采用原子经济反应还不能完全达到目的。境污染，仅仅采用原子经济反应还不能完全达到目的。原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染的必要条件，但不是充分条件。可能的必要条件，但不是充分条件。可能有一些化学反应，有一些化学反应，从计量式看，它是原子经济的，但若反应平衡转化率很从计量式看，它是原子经济的，但若反应平衡转化率很低，而反应物与产物分离又有困难，反应物难于循环使低，而反应物与产物分离又有困难，反应物难于循环使用，则

32、这些未使用完的反应物就会被当作废物排放环境用，则这些未使用完的反应物就会被当作废物排放环境，造成污染及资源的浪费。造成污染及资源的浪费。2024/7/20第三节第三节化学反应的原子经济性化学反应的原子经济性也有一些反应，反应本身是原子经济的，但也有一些反应，反应本身是原子经济的，但两反应物还能同时发生其它平行反应，生成不需两反应物还能同时发生其它平行反应，生成不需要的副产物，这也会造成资源浪费和环境污染。要的副产物，这也会造成资源浪费和环境污染。因此，我们选择的反应还必须是高选择性的。因此，我们选择的反应还必须是高选择性的。原子经济的反应、高的反应物转化率、高的原子经济的反应、高的反应物转化率

33、、高的反应选择性是实现资源合理利用、避免污染缺一反应选择性是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的不可的2024/7/20第四节第四节原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益 根据绿色化学的观点，制造各种化学品时，必须同时根据绿色化学的观点，制造各种化学品时，必须同时考虑对环境造成的影响。荷兰有机化学家考虑对环境造成的影响。荷兰有机化学家RogerA.Sheldon提出了环境因子的概念，用以衡量生产过程对提出了环境因子的概念，用以衡量生产过程对环境的影响程度。环境的影响程度。环境因子环境因子（E因子）定义为：因子）定义为：2024/7/20第四节第四节原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益在这

34、里，相对于每一种化工产品而言，目标产物以外的在这里，相对于每一种化工产品而言，目标产物以外的任何物质都是废物。任何物质都是废物。E因子越大，则过程产生的废物就因子越大，则过程产生的废物就越多，造成资源浪费愈大，造成的环境污染也愈大越多，造成资源浪费愈大，造成的环境污染也愈大。对于原子利用率为对于原子利用率为100%的原子经济性反应，由于的原子经济性反应，由于在目标产物之外无其它副产物，因此，其环境因子为零。在目标产物之外无其它副产物，因此，其环境因子为零。据统计，现行化学化工工艺及相关领域中，石油化据统计，现行化学化工工艺及相关领域中，石油化工业的工业的E因子约为因子约为0.1，是各行业中较小

35、的，制药工业，是各行业中较小的，制药工业和精细化业的环境因子较大，如表和精细化业的环境因子较大，如表3-1所示。所示。2024/7/20第四节第四节原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益表表3-1不同化学化工生产部门的不同化学化工生产部门的E因子统计因子统计2024/7/20第四节第四节原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益在这些废物中，主要是在纯化产品时中和反应所产生在这些废物中，主要是在纯化产品时中和反应所产生的无机盐。往往是步骤越多，废物就越多。从表的无机盐。往往是步骤越多，废物就越多。从表3-1可可以看出，精细化工业（如染料业）和制药工业等废物较以看出，精细化工业（如染料业）和制药

36、工业等废物较多，这主要是这些行业生产过程中涉及了较多的原子利多，这主要是这些行业生产过程中涉及了较多的原子利用率低的反应，且步骤又较多。因此，如何减少合成步用率低的反应，且步骤又较多。因此，如何减少合成步骤，提高反应的原子经济性，开发无盐生产工艺是目前骤，提高反应的原子经济性，开发无盐生产工艺是目前化学界面临的重要任务之一。化学界面临的重要任务之一。E因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比例，废因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比例，废物排放到环境后，其对环境的影响和污染程度还与相应物排放到环境后，其对环境的影响和污染程度还与相应废物的性质以及废物在环境中的毒性行为有关。要更为废物的性质以及废物

37、在环境中的毒性行为有关。要更为精确地评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏，必精确地评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏，必须同时考虑废物排放量和废物的环境行为本质的综合表须同时考虑废物排放量和废物的环境行为本质的综合表现。这一综合表现可用现。这一综合表现可用环境商环境商（EQ）来描述：）来描述：2024/7/20第四节第四节原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益EQEQ式中式中E为为E因子，因子，Q为根据废物在环境中的行为为根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度。例如，可将无害的给出的废物对环境的不友好程度。例如，可将无害的NaCl的的Q值定义为值定义为1，则可根据重金属离子

38、毒性的大，则可根据重金属离子毒性的大小，推算出其小，推算出其Q值为值为100-1000。尽管有时对不同地区、。尽管有时对不同地区、不同部门、不同生产领域而言，不同部门、不同生产领域而言，同一物质的环境商值同一物质的环境商值可能不相同，但可能不相同，但EQ值仍然是化学化工工作者衡量和选值仍然是化学化工工作者衡量和选择环境友好生产过程的重要因素，如再加上溶剂等反应择环境友好生产过程的重要因素，如再加上溶剂等反应条件、反应物性质、能耗大小等各种因素，则对合理选条件、反应物性质、能耗大小等各种因素，则对合理选择化学反应和化学过程更有意义。择化学反应和化学过程更有意义。2024/7/20第五节第五节绿色

39、化学的任务绿色化学的任务 一、设计安全有效的目标分子一、设计安全有效的目标分子从源头上消除污染，首先我们必须保证我从源头上消除污染，首先我们必须保证我们所需要的物质分子们所需要的物质分子目标分子是完全有效目标分子是完全有效的。因此，绿色化学的一大关键任务就是设计的。因此，绿色化学的一大关键任务就是设计安全有效的目标分子或设计比用其代替的其他安全有效的目标分子或设计比用其代替的其他分子更安全有效的目标分子分子更安全有效的目标分子2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务设计安全化学品的概念并非近年才提出的，早在设计安全化学品的概念并非近年才提出的，早在1983年，就在美国华盛顿年

40、，就在美国华盛顿D.C.召开过专题学术讨论召开过专题学术讨论8。设。设计安全化学品就是计安全化学品就是“利用分子结构与性能的关系（利用分子结构与性能的关系（structure-activityrelationships，SAR）和分子控制方）和分子控制方法，获得最佳所需功能的分子，且分子的毒性最低法，获得最佳所需功能的分子，且分子的毒性最低”。最理想的情况就是，分子具有最佳使用功能且一点毒也最理想的情况就是，分子具有最佳使用功能且一点毒也没有，这里所指的毒性当然包括对人类、对其它所有动没有，这里所指的毒性当然包括对人类、对其它所有动物、对水生生物及植物和其它环境因素的毒性。有时，物、对水生生物

41、及植物和其它环境因素的毒性。有时，我们需要在分子功效和毒性之间寻求某种平衡。我们需要在分子功效和毒性之间寻求某种平衡。设计安设计安全有效化学品包括如下两个方面的内容：全有效化学品包括如下两个方面的内容：2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务1新的安全有效化学品的设计。人类社会和科新的安全有效化学品的设计。人类社会和科学技术的发展向我们提出需要具有某种功能的新学技术的发展向我们提出需要具有某种功能的新型分子，这就需要我们根据分子结构与功能的关型分子，这就需要我们根据分子结构与功能的关系，进行分子设计，设计出新的安全有效的目标系，进行分子设计，设计出新的安全有效的目标分子。分子

42、。2对已有的有效但不安全的分子进行重新设计，对已有的有效但不安全的分子进行重新设计，使这类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全使这类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全的性质，得到改进过的安全有效的分子。的性质，得到改进过的安全有效的分子。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务迄今我们已拥有超过迄今我们已拥有超过1800万个化合物，且每万个化合物，且每年还要增加约年还要增加约60万个。传统方法是首先合成一万个。传统方法是首先合成一个化合物，再试验其性质，若不满足需要则另行个化合物，再试验其性质，若不满足需要则另行合成，这样工作量十分的大，花费很多，对资源合成，这样工作量十分

43、的大，花费很多，对资源和环境都会造成不利影响。目前，由于计算机和和环境都会造成不利影响。目前，由于计算机和计算技术的发展，对分子结构性能关系研究的不计算技术的发展，对分子结构性能关系研究的不断深入，分子设计和分子模拟研究已引起了人们断深入，分子设计和分子模拟研究已引起了人们的广泛关注，实验台的广泛关注，实验台通风橱通风橱+计算机三位一体计算机三位一体的新的化学实验室已经普及的新的化学实验室已经普及。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务1用无毒无害原料取代有毒有害原料用无毒无害原料取代有毒有害原料在目前利用的化学反应和化学工业生产中，常常使在目前利用的化学反应和化学工业生产

44、中，常常使用一些有毒有害的原料，比如氢氰酸（用一些有毒有害的原料，比如氢氰酸（HCN）、丙烯）、丙烯氰、光气、甲醛等。这些物质有的可能直接危及人类的氰、光气、甲醛等。这些物质有的可能直接危及人类的生命，严重污染环境，有的则会危害人类的健康和安全生命，严重污染环境，有的则会危害人类的健康和安全或造成间接的环境污染。绿色化学的任务之一就是要研或造成间接的环境污染。绿色化学的任务之一就是要研究如何用无毒无害的原料来代替这些有毒有害的物质，究如何用无毒无害的原料来代替这些有毒有害的物质，生产我们需要的产品。找到和利用对环境、对人类更加生产我们需要的产品。找到和利用对环境、对人类更加安全的反应原料，就可

45、以减少有害物质的使用从而减少安全的反应原料，就可以减少有害物质的使用从而减少对人和环境的危害对人和环境的危害。二、寻找安全有效的反应原料二、寻找安全有效的反应原料 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务要达到这一目的，可以采用许多不同的方法，比如，采用保护装备或控制技术，这种办法通常十分昂贵。孟山都公司在聚氨酯生产工艺的改进方面提供了一个这方面成功的例子。聚氨酯是一种重要的高分子材料，广泛用于涂料、粘合剂、合成纤维、合成橡胶或塑料等。其传统生产工艺为：由胺与光气合成异氰酸酯，再合成聚氨酯：2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务这一工艺不但要使用剧毒的光气

46、作为原料，而且还要生这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生成对环境有害的副产物氯化氢（成对环境有害的副产物氯化氢（ HCl HCl ），对人类的健康），对人类的健康对环境均有较大的危害，孟山都公司的新工艺用二氧化对环境均有较大的危害，孟山都公司的新工艺用二氧化碳代替光气与胺反应生成异氰酸酯，不仅消除了剧毒物碳代替光气与胺反应生成异氰酸酯，不仅消除了剧毒物质光气的使用，其生成的副产物水也不产生环境污染，质光气的使用，其生成的副产物水也不产生环境污染，同时解决了两方面的问题。同时解决了两方面的问题。 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务又如，亚氨基二乙酸二钠的生产新

47、工艺也是成功利用无毒又如，亚氨基二乙酸二钠的生产新工艺也是成功利用无毒无害物质取代有毒有害物质的成功例子，为此，孟山都公无害物质取代有毒有害物质的成功例子，为此，孟山都公司获得了一九九六年美国总统绿色化学挑战司获得了一九九六年美国总统绿色化学挑战 。亚氨基二。亚氨基二乙酸二钠是制造除草剂的重要中间体，过去用氨、甲醛和乙酸二钠是制造除草剂的重要中间体，过去用氨、甲醛和氢氰酸为原料分两步合成：氢氰酸为原料分两步合成： 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务由于氢氰酸是剧毒的，因此，生产过程中必须采用由于氢氰酸是剧毒的，因此，生产过程中必须采用严格的保护措施，以确保生产操作者及环

48、境的安全。该严格的保护措施，以确保生产操作者及环境的安全。该过程每生产过程每生产7公斤目标产物（亚氨基二乙酸二钠）就会公斤目标产物（亚氨基二乙酸二钠）就会产生一公斤废物，其中含有微量甲醛和氢氰酸，因此，产生一公斤废物，其中含有微量甲醛和氢氰酸，因此，必须经过处理后才能排放。而孟山都公司的新方法为：必须经过处理后才能排放。而孟山都公司的新方法为：即由无毒无害的二乙醇胺为原料，在铜催化剂作用下即由无毒无害的二乙醇胺为原料，在铜催化剂作用下而得目标产物，这一方法不再使用氢氰酸等有毒有害物而得目标产物，这一方法不再使用氢氰酸等有毒有害物质，产品无需经过复杂的分离程序就可使用，无需进行质，产品无需经过复

49、杂的分离程序就可使用，无需进行废物处理。废物处理。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务再如，已二酸生产工艺的改进也是成功利用无毒无害物质再如，已二酸生产工艺的改进也是成功利用无毒无害物质代表有毒有物质的典型例子。已二酸是一个重要的化学品，代表有毒有物质的典型例子。已二酸是一个重要的化学品，是生产尼龙是生产尼龙 -6 -6 ， 6 6 必不可少的原料，传统的生产工艺必不可少的原料，传统的生产工艺是，由苯加氢制得环已烷，环已烷氧化得环已酮或环已醇，是，由苯加氢制得环已烷，环已烷氧化得环已酮或环已醇，再用硝酸氧化环已酮和再用硝酸氧化环已酮和 / / 或环已醇得到已二酸。或环已醇

50、得到已二酸。 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务 这一工艺的缺点是，所采用的超始原料苯是一个已知这一工艺的缺点是，所采用的超始原料苯是一个已知的致癌物，生产过程中要释放出的致癌物，生产过程中要释放出 N N 2 2 O O 副产物，前已述副产物，前已述及，该副产物是造成酸雨、臭氧消耗、光化学烟雾和全球及，该副产物是造成酸雨、臭氧消耗、光化学烟雾和全球变暖的变暖的“多功能多功能”污染物。污染物。 Kazuhiko Sato Kazuhiko Sato 等报道了一等报道了一种绿色的合成已二酸的方法，该方法用环已烯与过氧化氢种绿色的合成已二酸的方法，该方法用环已烯与过氧化氢直

51、接发生氧化反应，生成已二酸：直接发生氧化反应，生成已二酸： 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务这一过程不需要使用溶剂，不再使用有毒害的原料苯，过这一过程不需要使用溶剂，不再使用有毒害的原料苯，过氧化氢氧化剂的腐蚀性也远比硝酸小，同时不产生其它其氧化氢氧化剂的腐蚀性也远比硝酸小，同时不产生其它其害污染物，因此，是一条安全清洁的已二酸生产途径。害污染物，因此，是一条安全清洁的已二酸生产途径。 Draths K.M. Draths K.M. 和和 Frost.J.W Frost.J.W 则发展了用葡萄糖生产已二则发展了用葡萄糖生产已二酸的绿色工艺：酸的绿色工艺： 2024/7

52、/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务这一方法除不再采用有毒害的苯作原料之外，采用这一方法除不再采用有毒害的苯作原料之外，采用了可再生的生物资源葡萄糖，拓展了已二酸合成的原料了可再生的生物资源葡萄糖，拓展了已二酸合成的原料路线路线.这样的例子还很多。从上述例子中我们看出，改变这样的例子还很多。从上述例子中我们看出，改变反应原料后，通常可获得几个方面的环境效益。我们还反应原料后，通常可获得几个方面的环境效益。我们还需要注意的是，有时在某一步改变原料后可以达到该步需要注意的是，有时在某一步改变原料后可以达到该步不使用有毒有害原料的目的，但对于某物合成的总过程不使用有毒有害原料的目的，但对于

53、某物合成的总过程而言，则总结果未必比不改变好，因此，在实际工作中，而言，则总结果未必比不改变好，因此，在实际工作中，要对总过程进行全面绿色化学分析，方能作出正确的决要对总过程进行全面绿色化学分析，方能作出正确的决定。定。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务2以可再生资源为原料以可再生资源为原料150年前，大都数工业有机化学品都是来自植物提年前，大都数工业有机化学品都是来自植物提供的生物质（供的生物质（biomass），少数来自动物。后来工业革），少数来自动物。后来工业革命采用煤作为化工原料，在发明了从地下抽取石油的便命采用煤作为化工原料，在发明了从地下抽取石油的便宜方法后

54、，石油就成了主要的化学化工原料，目前宜方法后，石油就成了主要的化学化工原料，目前95%以上的有机化学品都是由石油加工而得到的以上的有机化学品都是由石油加工而得到的。如。如前所述，石油煤等均是不可再生的资源，因此，除了要前所述，石油煤等均是不可再生的资源，因此，除了要考虑这些资源的有效合理的使用外，还应考虑用可再生考虑这些资源的有效合理的使用外，还应考虑用可再生的生物资源来代替煤和石油等生产人类需要的化学物质，的生物资源来代替煤和石油等生产人类需要的化学物质，因此，用生物质作化学化工原料的研究受到人们的普遍因此，用生物质作化学化工原料的研究受到人们的普遍重视，也是保护环境和实现可持续发展的一个长

55、远和重重视，也是保护环境和实现可持续发展的一个长远和重要的发展方向，是绿色化学的重要研究方向之一。要的发展方向，是绿色化学的重要研究方向之一。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务1996年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖就授予了年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖就授予了TexasA&M大学的大学的Haltzapple教授，他主持开发了一教授，他主持开发了一系列技术，把废弃生物质转化成动物饲料、工业化学品系列技术，把废弃生物质转化成动物饲料、工业化学品和燃料和燃料。生物质主要有两类，即淀粉和木质纤维素生物质主要有两类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小。玉米、小麦、土豆等是淀粉类

56、的代表，农业废料（如玉米杆、麦麦、土豆等是淀粉类的代表，农业废料（如玉米杆、麦苗杆等）、森林废物和草类等是木质纤维素的典型，木苗杆等）、森林废物和草类等是木质纤维素的典型，木质纤维素是地球上最丰富的生物质，而且每年以质纤维素是地球上最丰富的生物质，而且每年以1640亿吨的速度不断再生，但至今人类仅利用了其亿吨的速度不断再生，但至今人类仅利用了其1.5%。淀粉和木质纤维素都含有糖类聚合物，把它们破碎成单淀粉和木质纤维素都含有糖类聚合物，把它们破碎成单体后就可用于发酵，比如，从生物质中提取出的蔗糖和体后就可用于发酵，比如，从生物质中提取出的蔗糖和葡萄糖就可以作为化学化工原料，在酶催化或细菌作用葡萄

57、糖就可以作为化学化工原料，在酶催化或细菌作用下生产我们需要的化学物质。下生产我们需要的化学物质。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务一般生物质都是由有机高分子或超分子组成的，在有效一般生物质都是由有机高分子或超分子组成的，在有效利用它们之前，通常需要首先把它们降解为小分子，纤利用它们之前，通常需要首先把它们降解为小分子，纤维素也可降解为葡萄糖，但纤维素常处结晶状态且难溶维素也可降解为葡萄糖，但纤维素常处结晶状态且难溶于水，故难于水解，另外，在纤维素中，葡萄糖单体之于水，故难于水解，另外，在纤维素中，葡萄糖单体之间是由间是由-1,4化学键连结在一起的化学键连结在一起的,它比

58、淀粉中的它比淀粉中的-1,4键更难水解，再者，纤维键更难水解，再者，纤维与半纤维素紧密地联接在一与半纤维素紧密地联接在一起，也妨碍了纤维素的降解，故纤维素的降解过程十分起，也妨碍了纤维素的降解，故纤维素的降解过程十分复杂。在自然生态系统中，无论是农作物枯杆还是动物复杂。在自然生态系统中，无论是农作物枯杆还是动物胶原蛋白，其降解都是通过酶催化来进行的。为了不破胶原蛋白，其降解都是通过酶催化来进行的。为了不破坏生态又提高降解反应的转化率，就需要找出每种木质坏生态又提高降解反应的转化率，就需要找出每种木质素或动物胶原蛋白降解反应的高效酶催化剂或仿酶催化素或动物胶原蛋白降解反应的高效酶催化剂或仿酶催化

59、剂，实现生物质大分子的选择性降解。剂，实现生物质大分子的选择性降解。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务Cross等等等的工作在这方面开辟了一个新的局面，他们等的工作在这方面开辟了一个新的局面，他们用农业废料聚多糖类物质来合成新的聚合物。该工作同用农业废料聚多糖类物质来合成新的聚合物。该工作同时解决了几个绿色化学和环境问题，该工作用可再生的时解决了几个绿色化学和环境问题，该工作用可再生的农业废料作原料，解决了原料的可持续性问题，原料的农业废料作原料，解决了原料的可持续性问题，原料的污染问题，其合成原理是生物催化转化，因而无需象传污染问题，其合成原理是生物催化转化，因而无需

60、象传统聚合物合成时一样，需要用许多试剂，其产物可以完统聚合物合成时一样，需要用许多试剂，其产物可以完全生物降解，因而不存在使用后对环境的污染。全生物降解，因而不存在使用后对环境的污染。我国四川大学、中国科技大学、山东大学、中科院化我国四川大学、中国科技大学、山东大学、中科院化学所等已开展了多年生物质尤其是木质素降解方面的基学所等已开展了多年生物质尤其是木质素降解方面的基础研究础研究，可望在不外取得突破。，可望在不外取得突破。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务当原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好当原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好与否就具有十分重要的影

61、响。美国斯坦福大学与否就具有十分重要的影响。美国斯坦福大学PaulAWender曾指出，一条理想的合成路线应该是采用价格曾指出，一条理想的合成路线应该是采用价格便宜的、易得的反应原料，经过简单的、安全的、环境便宜的、易得的反应原料，经过简单的、安全的、环境可接受的和资源有效利用的操作，快速和高产率地得到可接受的和资源有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子，不管这一目标分子是天然物分子还是我们根目标分子，不管这一目标分子是天然物分子还是我们根据需要设计的分子。大多数合成都是由相对简单的原料据需要设计的分子。大多数合成都是由相对简单的原料合成更为复杂的分子，故通常有两种方法来逼近以最少合成更为

62、复杂的分子，故通常有两种方法来逼近以最少步骤获得最大复杂性增加这一理想合成目标，即可采用步骤获得最大复杂性增加这一理想合成目标，即可采用已知的由一步反应增大分子复杂性的反应的方法，也可已知的由一步反应增大分子复杂性的反应的方法，也可采用每一步增大一点分子复杂性由此逐步增大的复杂性采用每一步增大一点分子复杂性由此逐步增大的复杂性的多步反应方法。的多步反应方法。三、寻找安全有效的合成路线三、寻找安全有效的合成路线 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务因此，设计和发展增大目标分子复杂性的反应路线对因此，设计和发展增大目标分子复杂性的反应路线对复杂合成十分重要。在寻找安全有效的合

63、成路线时，一复杂合成十分重要。在寻找安全有效的合成路线时，一个特别需要考虑的问题就是合成路线的原子经济性。个特别需要考虑的问题就是合成路线的原子经济性。1991年美国著名化学家年美国著名化学家BarryM.Trost提出了化学反应提出了化学反应原子经济性的概念，认为高效的合成反应应最大限度地原子经济性的概念，认为高效的合成反应应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标分子，利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标分子，理想的原子经济反应是原料分子中的原子全部转变为产理想的原子经济反应是原料分子中的原子全部转变为产物，因而也就不生成副产物，实现废物的零排放。在寻物，因而也就不生成副

64、产物，实现废物的零排放。在寻找安全有效的合成路线时，在路线的每一步均利用原子找安全有效的合成路线时，在路线的每一步均利用原子经济的化学反应，则这一合成路线必然也是原子经济的。经济的化学反应，则这一合成路线必然也是原子经济的。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务但由于化学反应本身受到化学原理的制约，大多数情况但由于化学反应本身受到化学原理的制约，大多数情况下要在一条合成路线中达到每一步都是原子经济的有一下要在一条合成路线中达到每一步都是原子经济的有一定的困难，此时，就要对合成路线进行全面的分析，通定的困难，此时，就要对合成路线进行全面的分析，通过合成路线中各步的整合，达到最

65、终整条合成路线的原过合成路线中各步的整合，达到最终整条合成路线的原子经济性。子经济性。比如，比如，由硝基苯合成对苯二胺，我们可以选择如下四条由硝基苯合成对苯二胺，我们可以选择如下四条合成路线合成路线：2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务反应物中原子的质量之和为反应物中原子的质量之和为1062，而目标产物仅为，而目标产物仅为108，即生，即生产产108克克对苯二胺就要生成对苯二胺就要生成954克克废物废物2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务反应物中原子的质量之和为反应物中原子的质量之和为300，目标产物仅为，目标产物仅为108，即每生产，即每生产108

66、克克对苯对苯二胺就会有二胺就会有192克克废物生成。废物生成。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务原料中原子的总质量为原料中原子的总质量为543，而目标产物的质量仅为，而目标产物的质量仅为108，即每，即每生产生产108克克对苯二氨就会产生对苯二氨就会产生435克克废物。废物。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务(4)总包总包反应反应为：为：原料中原子的总质量为原料中原子的总质量为162，目标产物的质量为，目标产物的质量为108，即生产，即生产108克克对氨二氨要生成对氨二氨要生成54克克废物水。废物水。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿

67、色化学的任务在合成路线（在合成路线（1）中，由于要保护）中，由于要保护NH2基团不在硝基团不在硝化过程中被氧化，所以与合成路线（化过程中被氧化，所以与合成路线（2）相比每生产）相比每生产1分子目标产物总要多使用分子目标产物总要多使用1分子醋酐，多生成分子醋酐，多生成2分子醋分子醋酸废物。（酸废物。（a）、（）、（b）两条路线相比，又是（）两条路线相比，又是（b）路）路线原料中的原子进入目标产物的比例大大高于（线原料中的原子进入目标产物的比例大大高于（a）路）路线。因此，在没有更好路线的情况下，路线（线。因此，在没有更好路线的情况下，路线（2）（）（b）是由硝基苯合成对苯二胺的原子经济性较好的路

68、线，）是由硝基苯合成对苯二胺的原子经济性较好的路线，这正是孟山都公司合成对苯二胺的特色路线这正是孟山都公司合成对苯二胺的特色路线。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务在设计新的安全有效的合成路线时，即要考虑在设计新的安全有效的合成路线时，即要考虑到产品的性能优良价格低廉，又要产生最少的到产品的性能优良价格低廉，又要产生最少的废物和副产品，相当于做衣服既要求完全合身、废物和副产品，相当于做衣服既要求完全合身、美观漂亮，还要不出一点边角余料，同时还要美观漂亮，还要不出一点边角余料，同时还要求对环境无害，其难度是可想而知的，计算机求对环境无害，其难度是可想而知的，计算机是人脑的

69、延伸，利用计算机来辅助设计，可以是人脑的延伸，利用计算机来辅助设计，可以减轻人脑的劳动。减轻人脑的劳动。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务20多年前，多年前，Corey等和等和Bersohn9就开始用计算机来就开始用计算机来辅助设计合成路线。现在这个方法已经越来越成熟了。辅助设计合成路线。现在这个方法已经越来越成熟了。其做法是：其做法是：*建立一个尽可能全的化学反应的资料库，对计算机进建立一个尽可能全的化学反应的资料库，对计算机进行训练，告诉并教会计算机，哪些物质在一起在什么样行训练，告诉并教会计算机，哪些物质在一起在什么样的条件下会发生什么样的化学反应。的条件下会发生

70、什么样的化学反应。*提出我们的要求，即确定目标产物和可能采用的原料。提出我们的要求，即确定目标产物和可能采用的原料。*让计算机找出能生产目标产物的反应及所需原料。让计算机找出能生产目标产物的反应及所需原料。*以上一步的原料为目标产物再做搜寻，找出该目标产以上一步的原料为目标产物再做搜寻，找出该目标产物的合成反应及原料。物的合成反应及原料。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务*直到得出我们预定的原料。直到得出我们预定的原料。*比较各可能反应路线的经济技术及环境效应，从中选比较各可能反应路线的经济技术及环境效应，从中选出最佳途径。出最佳途径。这种方法的一个问题是，在搜索过程中

71、，可能出现的选这种方法的一个问题是，在搜索过程中，可能出现的选择很多，且合成路线越长，可能的选择越多。择很多，且合成路线越长，可能的选择越多。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务比如，对于结构较为复杂的分子很容易找出比如，对于结构较为复杂的分子很容易找出30种合种合成方法，那么进行第二步搜寻时，就可找出成方法，那么进行第二步搜寻时，就可找出3030=900种方法种方法,如此类推，到第五步就可找出如此类推，到第五步就可找出305约约为为2400万条可能的路线，如果我们一条一条的路线实万条可能的路线，如果我们一条一条的路线实验，要花多少时间、多少经费！如果让操作者仅靠人脑验，

72、要花多少时间、多少经费！如果让操作者仅靠人脑确定取舍，从确定取舍，从2400万条路线中找出一条路线，那也是万条路线中找出一条路线，那也是不可想象的。只有借助于计算机，赋予计算机某种不可想象的。只有借助于计算机，赋予计算机某种“智智能能”，让计算机按我们制定的方法自动地比较所有可能，让计算机按我们制定的方法自动地比较所有可能的合成路线，随时排除不合适的以便最终找出价廉物美、的合成路线，随时排除不合适的以便最终找出价廉物美、不浪费资源、不污染环境的最佳合成路线。不浪费资源、不污染环境的最佳合成路线。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务在化学过程中要减少有毒有害物质的使用，可以

73、采用多在化学过程中要减少有毒有害物质的使用，可以采用多种方法，近年来的研究发现，采用一些特别的非传统化种方法，近年来的研究发现，采用一些特别的非传统化学方法，可获得多种环境效果。学方法，可获得多种环境效果。例如，要由例如，要由二氧化碳和甲烷合成燃料油二氧化碳和甲烷合成燃料油，按传统的，按传统的思维方式是，先由二氧化碳与甲烷重整生成合成气，再思维方式是，先由二氧化碳与甲烷重整生成合成气，再采用采用FT合成工艺把合成气转化为燃料油。合成工艺把合成气转化为燃料油。四、寻找新的转化方法四、寻找新的转化方法 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务这一过程的缺点是，合成气制备是一个高耗

74、能的过程，这一过程的缺点是，合成气制备是一个高耗能的过程，且使用的催化剂易积炭而失活。天津大学刘昌俊等采用且使用的催化剂易积炭而失活。天津大学刘昌俊等采用催化等离子体方法实现了一步直接合成燃料油，改善了催化等离子体方法实现了一步直接合成燃料油，改善了产品的选择性，降低了单位产量的能耗。在这一过程中产品的选择性，降低了单位产量的能耗。在这一过程中催化剂增强等离子体的非平衡性，而等离子体又促进催催化剂增强等离子体的非平衡性，而等离子体又促进催化剂的催化作用。化剂的催化作用。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务又如，采用电化学过程也可以消除有毒有害原料的使用，又如，采用电化学过

75、程也可以消除有毒有害原料的使用，而且还可以使反应在常温常压下进行。自由基反应是有而且还可以使反应在常温常压下进行。自由基反应是有机合成中一类非常重要的碳机合成中一类非常重要的碳碳键形成反应，传统实现碳键形成反应，传统实现自由基环化的方法是，使用过量的三丁基锡烷。这样的自由基环化的方法是，使用过量的三丁基锡烷。这样的过程不但原子使用效率低，而且锡试剂是有毒又难于除过程不但原子使用效率低，而且锡试剂是有毒又难于除去的，造成污染。采用去的，造成污染。采用维生素维生素B12作催化剂进行电还作催化剂进行电还原环化原环化，就完全避免了传统方法的缺陷。维生系，就完全避免了传统方法的缺陷。维生系B12是天然的

76、无毒的手性合物，由它作催化剂进行电还原反是天然的无毒的手性合物，由它作催化剂进行电还原反应，产生自由基类中间体，从而实现温和条件下的自由应，产生自由基类中间体，从而实现温和条件下的自由基环化反应基环化反应。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务例如，传统的二恶烷、氧硫杂环已烷的开环反应要用重例如，传统的二恶烷、氧硫杂环已烷的开环反应要用重金属作催化剂，在一定试剂作用下才能进行，而金属作催化剂，在一定试剂作用下才能进行，而Epling等则可见光作为等则可见光作为“反应试剂反应试剂”直接使保护基团开环，避直接使保护基团开

77、环，避免了使用重金属造成的环境污染。免了使用重金属造成的环境污染。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务在合成化学品的过程中，采用的反应条件对整个过程对在合成化学品的过程中，采用的反应条件对整个过程对环境的影响的大小起着决定性的作用。经济上比较容易环境的影响的大小起着决定性的作用。经济上比较容易估价而目前考虑较多的是能耗。过程对环境的影响程度估价而目前考虑较多的是能耗。过程对环境的影响程度由于估价比较困难，因此，目前仍然考虑不多。化学化由于估价比较困难，因此，目前仍然考虑不多。化学化工产业对人类、对环境的影响不仅来自

78、于其原料及产物，工产业对人类、对环境的影响不仅来自于其原料及产物，而且与整个过程中相关的一切因素对人类和环境都有很而且与整个过程中相关的一切因素对人类和环境都有很大的影响。在这些因素中，反应所用的催化剂和溶剂是大的影响。在这些因素中，反应所用的催化剂和溶剂是两个重要的因素。两个重要的因素。五、寻找安全有效的反应条件五、寻找安全有效的反应条件 2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务1寻找安全有效的催化剂寻找安全有效的催化剂由于催化剂在化学反应中起到多种作用，因此，几由于催化剂在化学反应中起到多种作用，因此，几乎所有的化学化工过程均要使用催化剂。在石油炼制过乎所有的化学化工过程

79、均要使用催化剂。在石油炼制过程中的烃类裂解、重整、异构化等反应及石油化工中的程中的烃类裂解、重整、异构化等反应及石油化工中的烯烃水合、芳烃烷基化、醇酸酯化等反应中，常采用氢烯烃水合、芳烃烷基化、醇酸酯化等反应中，常采用氢氟酸、硫酸、三氯化铝、磷酸、三氟化硼等作为催化剂氟酸、硫酸、三氯化铝、磷酸、三氟化硼等作为催化剂，这类酸催化反应都是在均相条件下进行的，在生产中，这类酸催化反应都是在均相条件下进行的，在生产中带来许多缺点，如在工艺上带来许多缺点，如在工艺上难以实现连续生产，难以实现连续生产，催化剂催化剂不易与原料和产物相分离不易与原料和产物相分离、催化剂、催化剂对设备有较大的腐蚀对设备有较大的

80、腐蚀作用作用，对环境造成污染对环境造成污染，危害人体健康和社区安全等。，危害人体健康和社区安全等。这就需要研究开发环境友好的催化剂来取代这些传统的这就需要研究开发环境友好的催化剂来取代这些传统的催化剂。催化剂。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务克服这些酸催化剂缺点的方法之一，就是使其负载化克服这些酸催化剂缺点的方法之一，就是使其负载化，把这些液体酸固载在蒙脱土等类多孔性固体物质上，使把这些液体酸固载在蒙脱土等类多孔性固体物质上，使有毒有害催化剂转变为环境友好催化剂。例如，把有毒有害催化剂转变为环境友好催化剂。例如，把AlCl3负载于蒙脱土上构成的负载型催化剂负载于蒙脱土

81、上构成的负载型催化剂K10-AlCl3，用，用于芳香族化合物的烷基化反应，不但具有与传统于芳香族化合物的烷基化反应，不但具有与传统AlCl3同样高的催化活性，且其单烷基化选择性还高于同样高的催化活性，且其单烷基化选择性还高于AlCl3及其他传统催化剂。又如，把及其他传统催化剂。又如，把ZnCl2负载于蒙脱土上，负载于蒙脱土上，得到一种新型的傅氏反应催化剂，已构成了一种新的工得到一种新型的傅氏反应催化剂，已构成了一种新的工业催化剂的基础业催化剂的基础。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务用用固体酸代替传统的液体酸也是固体酸代替传统的液体酸也是使有毒使有毒有害催化剂转变为绿色

82、催化剂的有害催化剂转变为绿色催化剂的有效方有效方法法。利用酸性白土、混合氯化物、分子。利用酸性白土、混合氯化物、分子筛等代替液体酸是酸催化上的一大转折，筛等代替液体酸是酸催化上的一大转折，这不仅可以在一定程度上缓解或彻底解这不仅可以在一定程度上缓解或彻底解决均相反应常来的不可避免的问题，而决均相反应常来的不可避免的问题，而且由于可在高达且由于可在高达700800K的温度范围的温度范围内使用，大大扩展了热力学上可能进行内使用，大大扩展了热力学上可能进行的酸催化反应的应用范围。的酸催化反应的应用范围。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务例如，在例如，在Friedel-Craf

83、ts酰基化反应中，传统方法需要酰基化反应中，传统方法需要用用1当量腐蚀性、易水解的无水三氯化铝催化剂，依此当量腐蚀性、易水解的无水三氯化铝催化剂，依此法法生产生产1吨酰化产物将同时生成吨酰化产物将同时生成3吨对环境有害的酸性吨对环境有害的酸性富铝废弃物及蒸气富铝废弃物及蒸气。为克服传统酸催化剂带来的环境危。为克服传统酸催化剂带来的环境危害，学术界和化工界致力于发展环境友好的催化剂，比害，学术界和化工界致力于发展环境友好的催化剂，比较成功的有无毒的较成功的有无毒的Evirocats系列系列。其中异相催化。其中异相催化EavirocatEPZG被用于催化对氯二被用于催化对氯二苯甲酮的合成反应，苯甲

84、酮的合成反应，对氯二苯甲酮为一合成药物中间体，由苯与对氯苯甲酰对氯二苯甲酮为一合成药物中间体，由苯与对氯苯甲酰氯经傅氏反应生成：氯经傅氏反应生成：2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务该催化剂取代传统该催化剂取代传统AlCl3，催化剂的用量降为原来的十分之，催化剂的用量降为原来的十分之一，废弃物一，废弃物HCl的排放量减少了的排放量减少了3/4，而产率比传统方法有较大，而产率比传统方法有较大提高，增大到提高，增大到70%，且产物选择性增大，邻位产物量极少。，且产物选择性增大，邻位产物量极少。又如，由苯与乙烯发生烷基化反应生成乙苯的反应，又如，由苯与乙烯发生烷基化反应生成乙苯

85、的反应，传统方法是利用传统方法是利用AlCl3、BF3、HF作催化剂，传统工作催化剂，传统工艺存在设备的腐蚀严重，操作条件苛刻，收率低，脱艺存在设备的腐蚀严重，操作条件苛刻，收率低，脱HCl、RCl困难，催化剂与反应物产物难于分离，有困难，催化剂与反应物产物难于分离，有废水需要处理，废水需要处理，HF有毒等诸多缺点，而有毒等诸多缺点，而Mobil公司与公司与Badger公司共同开发的渗磷公司共同开发的渗磷ZSM-5分子筛就是克服了分子筛就是克服了上述缺点。再如，我国石油化工科学研究院研制成功的上述缺点。再如，我国石油化工科学研究院研制成功的Co-沸石沸石-氧化铝固体酸催化剂用于苯的烷基化反应氧

86、化铝固体酸催化剂用于苯的烷基化反应也很好地克服了液体酸的缺点。也很好地克服了液体酸的缺点。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务2寻找安全有效的反应介质寻找安全有效的反应介质在化学反应中，大量使用作为反应介质的溶剂，同在化学反应中，大量使用作为反应介质的溶剂，同时分离过程、制剂过程等也要使用溶剂，许多情况下，时分离过程、制剂过程等也要使用溶剂，许多情况下，化学化工过程中都要用到有机溶剂化学化工过程中都要用到有机溶剂，而仔细研究就会发，而仔细研究就会发现，这些有机溶剂不仅危害人体健康，对水、大气也有现，这些有机溶剂不仅危害人体健康，对水、大气也有污染。例如，在从蒸汽裂解的污染

87、。例如，在从蒸汽裂解的C4馏分中抽提丁二烯时，馏分中抽提丁二烯时，有一些工厂仍在使用有一些工厂仍在使用剧毒的乙腈剧毒的乙腈（ACN）作溶剂，有）作溶剂，有一些工厂则使用有毒的二甲基甲酰胺（一些工厂则使用有毒的二甲基甲酰胺（DMF）作抽提）作抽提剂。丁二烯聚合生成顺丁橡胶时，使用剂。丁二烯聚合生成顺丁橡胶时，使用有毒的甲苯有毒的甲苯作溶作溶剂。在一些国家，油漆、涂料仍使用剂。在一些国家，油漆、涂料仍使用C9、C10芳烃芳烃作溶剂，由于作溶剂，由于C9、C10芳烃有毒性，因此经常发生芳烃有毒性，因此经常发生油漆工人中毒事件。油漆工人中毒事件。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任

88、务因此，为了减少对人、对环境的危害，我们必须研究对因此，为了减少对人、对环境的危害，我们必须研究对人、对环境友好的溶剂。当前绿色化学研究中，在溶剂人、对环境友好的溶剂。当前绿色化学研究中，在溶剂方面最活跃的是方面最活跃的是超临界流体超临界流体（SCF），特别是超临界），特别是超临界二氧化碳，超临界二氧化碳二氧化碳，超临界二氧化碳+H2O，和水作溶剂的有，和水作溶剂的有机反应。机反应。通常超临界流体具有价格低廉、无毒无害且其性质具通常超临界流体具有价格低廉、无毒无害且其性质具有可调节性等特点。由于超临界流体在不同的超临界区有可调节性等特点。由于超临界流体在不同的超临界区域内有不同的流体性质，因此

89、，可以通过控制超临界流域内有不同的流体性质，因此，可以通过控制超临界流体的超临界条件来调整其性能，以满足化学反应所需要体的超临界条件来调整其性能，以满足化学反应所需要的介质条件。的介质条件。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务Tanko等等用超临界二氧化碳作溶剂，研究了烷基化芳香用超临界二氧化碳作溶剂，研究了烷基化芳香族化合物的溴化反应，发现，与传统溶剂体系相比，对族化合物的溴化反应，发现，与传统溶剂体系相比，对一些反应而言，卤化反应的收率和选择性都与传统溶剂一些反应而言，卤化反应的收率和选择性都与传统溶剂一致，而对有一些反应，则在超临界二氧化碳中反应时，一致，而对有一些

90、反应，则在超临界二氧化碳中反应时，其产率和选择性均高于传统溶剂。使用超临界二氧化碳其产率和选择性均高于传统溶剂。使用超临界二氧化碳作溶剂需要克服的一个问题是许多物质在二氧化碳中的作溶剂需要克服的一个问题是许多物质在二氧化碳中的溶解度较小，采用二氧化碳中的表面活性剂等研究已取溶解度较小，采用二氧化碳中的表面活性剂等研究已取得较大进展得较大进展，为广泛使用二氧化碳作溶剂开辟了道路。，为广泛使用二氧化碳作溶剂开辟了道路。我国在二氧化碳作溶剂方面也开展了一些研究工作。我国在二氧化碳作溶剂方面也开展了一些研究工作。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务例如，中科院广州化学所在烯烃羰基

91、化反应中例如，中科院广州化学所在烯烃羰基化反应中进行了二氧化碳既作溶剂又作反应物的研究，进行了二氧化碳既作溶剂又作反应物的研究，取得了可喜的结果；在丙烯酸自由基沉淀聚合取得了可喜的结果；在丙烯酸自由基沉淀聚合中，使用二氧化碳作溶剂，通过链转移和交联中，使用二氧化碳作溶剂，通过链转移和交联剂控制聚合物相对分子量及相对分子量分布取剂控制聚合物相对分子量及相对分子量分布取得了比较理想的效果。中国科学院广州化学所得了比较理想的效果。中国科学院广州化学所用二氧化碳用二氧化碳-作溶剂，四氢呋喃作共溶剂研究作溶剂，四氢呋喃作共溶剂研究了了2，5-对二十烷基苯乙烯和丙烯酸的聚合反对二十烷基苯乙烯和丙烯酸的聚合

92、反应，取得了一些新的结果应，取得了一些新的结果。2024/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务在采用安全无害溶剂方面另一个重要的研究方向就是采在采用安全无害溶剂方面另一个重要的研究方向就是采用两相催化方法，以水为溶剂。利用水溶性均相络合催用两相催化方法，以水为溶剂。利用水溶性均相络合催化剂，催化剂在水中有很大溶解度，它和有机反应物组化剂，催化剂在水中有很大溶解度，它和有机反应物组成两相催化体系，反应在有机相和水相的界面上进行，成两相催化体系，反应在有机相和水相的界面上进行，利用催化剂中心原子配体性质、表面活性剂等，使体系利用催化剂中心原子配体性质、表面活性剂等，使体系在两相界面上形

93、成胶束，以增大两相接触界面，并增大在两相界面上形成胶束，以增大两相接触界面，并增大界面上反应物的局部浓度，利用胶束的的结构效应还可界面上反应物的局部浓度，利用胶束的的结构效应还可控制产物的立体选择性。这样，不仅反应条件温和、活控制产物的立体选择性。这样，不仅反应条件温和、活性高、选择性好，反应之后有机相与水相也极易分离，性高、选择性好，反应之后有机相与水相也极易分离，同时，用水作溶剂也避免了有机溶剂对环境的污染。例同时，用水作溶剂也避免了有机溶剂对环境的污染。例如，如，丙烯的氢甲酰化反应，传统方法是用丙烯的氢甲酰化反应，传统方法是用Co作催化剂，作催化剂，在高压下进行反应在高压下进行反应。20

94、24/7/20第五节第五节绿色化学的任务绿色化学的任务同时，产物与催化剂分离困难，同时，产物与催化剂分离困难，Co还要造成一定的污还要造成一定的污染。但采用染。但采用Rh和和Pd的水溶性配合物作催化剂进行两的水溶性配合物作催化剂进行两相反应，不仅克服了上述缺点，生成正构醛的选择性也相反应，不仅克服了上述缺点，生成正构醛的选择性也由由90%增大到了增大到了98%。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则 PaulAnastas等把绿色化学的原则总结为如下十二条：等把绿色化学的原则总结为如下十二条：一、不让废物产生优于当废物生成后处理废物或清除废一、不让废物产生优于当废物生成

95、后处理废物或清除废物物通常可以预料，制造和使用化学品均有其正常成本。通常可以预料，制造和使用化学品均有其正常成本。我们必须支付原料的费用和试剂的费用。最近二十几年我们必须支付原料的费用和试剂的费用。最近二十几年来，化学物质的储存和处理费用也十分可观，物质越危来，化学物质的储存和处理费用也十分可观，物质越危险，处理的费用就越高，不管是实验小规模研究活动还险，处理的费用就越高，不管是实验小规模研究活动还是大模工业生产，情况都是一样的。是大模工业生产，情况都是一样的。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则很难想象，美国的许多大化学工业公司用于研很难想象，美国的许多大化学工业公

96、司用于研究和发展的经费与其用于环境保护和安全的费究和发展的经费与其用于环境保护和安全的费用相当。由此可以看出，使用和生产危险物质用相当。由此可以看出，使用和生产危险物质的费用的受害者之一正是化学科学和化学工业。的费用的受害者之一正是化学科学和化学工业。化学科学和工业的成长和新发明由于上述费用化学科学和工业的成长和新发明由于上述费用而受到抑制。大学和研究院所均受到来自环境而受到抑制。大学和研究院所均受到来自环境的挑战，他们需要处理化学实验室教学和科研的挑战，他们需要处理化学实验室教学和科研过程中产生的废物。过程中产生的废物。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则而处理危险

97、物品的费用一直呈上升趋势。而这而处理危险物品的费用一直呈上升趋势。而这一费用目前就必须计入成本之中，除非可以预一费用目前就必须计入成本之中，除非可以预防。而要想不付出这一代价，唯一的方法就是防。而要想不付出这一代价，唯一的方法就是利用绿色化学技术，通过设计化学避免使用和利用绿色化学技术，通过设计化学避免使用和产生有害物质，只有这样，我们才能最大可能产生有害物质，只有这样，我们才能最大可能地减少花费，比如，工程控制费，个人用保健地减少花费，比如，工程控制费，个人用保健手套等费用等等。手套等费用等等。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则最常见的废物之一就是未转化的原料和试

98、剂。最常见的废物之一就是未转化的原料和试剂。原料作为废物排放是很不经济的，同时也会造原料作为废物排放是很不经济的，同时也会造成环境污染。当原料作为废物排放时，我们为成环境污染。当原料作为废物排放时，我们为之付出了双倍的代价。首先我们要花费金钱购之付出了双倍的代价。首先我们要花费金钱购买这些原料，然后我们又要用钱把它处理掉买这些原料，然后我们又要用钱把它处理掉（废物），这样，对于这部分原料，它未给我（废物），这样，对于这部分原料，它未给我们带来任何效益，而我们却付出了双倍的代价。们带来任何效益，而我们却付出了双倍的代价。而且通常处理而且通常处理“废物废物”的费用又往往数倍于其的费用又往往数倍于其

99、作为原料时的费用。因此，事实上我们付出的作为原料时的费用。因此，事实上我们付出的不止是双倍的代价。不止是双倍的代价。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则通常考虑是否需要处理化学物品的标准是废物产生是否通常考虑是否需要处理化学物品的标准是废物产生是否造成了造成了“破坏破坏”。在许多情况下，。在许多情况下，“破坏破坏”就是无用地就是无用地使其转化，耗能、耗费钱、时间来使其与产物分离，然使其转化，耗能、耗费钱、时间来使其与产物分离，然后将它们抛弃或减少其危险性。当使用了可避免使用的后将它们抛弃或减少其危险性。当使用了可避免使用的危险品，就产生了危险品，就产生了“危害危害”。

100、如果一个过程产生废物，就说明需要分离、处理、如果一个过程产生废物，就说明需要分离、处理、和放置和放置“危险危险”品，需要采取特殊防范措施。这些费用品，需要采取特殊防范措施。这些费用应计入成本中。应计入成本中。因此，在可能情况下，应尽可能把污染消除在源头，因此，在可能情况下，应尽可能把污染消除在源头，即不让其产生，而不是让其产生以后再去处理。即不让其产生，而不是让其产生以后再去处理。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则二、应尽可能有效地设计合成方法，最大可能地使过程二、应尽可能有效地设计合成方法，最大可能地使过程中所用物质进入产物中。中所用物质进入产物中。20世纪的传统

101、化学通常没有考虑这一平衡。通常我们并世纪的传统化学通常没有考虑这一平衡。通常我们并不经意标明合成过程的副产物等。不经意标明合成过程的副产物等。1重排反应重排反应重排反应是组成分子的原子重组为新的分子。因此，这重排反应是组成分子的原子重组为新的分子。因此，这类反应往往有很高的原子利用率，通常为类反应往往有很高的原子利用率，通常为100%。反应。反应物中的原子全部进入新的分子。物中的原子全部进入新的分子。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则2加成反应加成反应加成反应是新元素加到反应物上，因此也是原子经济反加成反应是新元素加到反应物上，因此也是原子经济反应。应。3取代反应取

102、代反应取代反应必然有一离去的基团，而被取代的离去基团必取代反应必然有一离去的基团，而被取代的离去基团必然是废物，故不是原子经济反应，其原子利用率根据底然是废物，故不是原子经济反应，其原子利用率根据底物和试剂的大小而定。物和试剂的大小而定。4消去反应消去反应消去反应中原子要减少，因此也不是原子经济反应，消消去反应中原子要减少，因此也不是原子经济反应，消去的原子就作为废物消耗掉了。去的原子就作为废物消耗掉了。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则三、只要可能就应设计合成方法，以不使用和不产生对三、只要可能就应设计合成方法，以不使用和不产生对人的健康和环境有毒有害的物质。人的

103、健康和环境有毒有害的物质。绿色化学的基础就是要尽可能减少危险品的使用。过去，绿色化学的基础就是要尽可能减少危险品的使用。过去，我们曾采用限制、规则或减少化学品的使用的方法来保我们曾采用限制、规则或减少化学品的使用的方法来保护环境，而绿色化学是要给出解决问题的方案而不是问护环境，而绿色化学是要给出解决问题的方案而不是问题本身。题本身。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则在为了环境效益而设计化学品时，必须考虑危险品。只在为了环境效益而设计化学品时，必须考虑危险品。只有两种方法可避开被危险品伤害的危险：减少与危险品有两种方法可避开被危险品伤害的危险：减少与危险品的接触或消除

104、危险品的使用。可采用许多方法来减少接的接触或消除危险品的使用。可采用许多方法来减少接触，比如穿救护衣、工程控制、戴防毒面罩等等。认为触，比如穿救护衣、工程控制、戴防毒面罩等等。认为在评价和设计化学时不应考虑危险品的人认为，在评价和设计化学时不应考虑危险品的人认为，“他们他们知道怎样处理危险品，因为他们是化学专家，他们可以知道怎样处理危险品，因为他们是化学专家，他们可以使用他们需要的一切物质，不管这些物质是否有毒害。使用他们需要的一切物质，不管这些物质是否有毒害。”这是不正确的。必须考虑危险品的实际原因有多层：这是不正确的。必须考虑危险品的实际原因有多层：首先，我们不可能在不增加费用的情况下控制

105、与危险品首先，我们不可能在不增加费用的情况下控制与危险品的接触。所有的预防方法，比如穿救护衣、工程控制等的接触。所有的预防方法，比如穿救护衣、工程控制等均需要费用。这样我们就增大了成本。其次，一旦控制均需要费用。这样我们就增大了成本。其次，一旦控制失败，人就有极大危险。其三，我们能够控制。其四，失败，人就有极大危险。其三，我们能够控制。其四，我们必须这样做。我们必须这样做。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则四、应尽可能有效地设计化学品，使其功效卓越而毒性四、应尽可能有效地设计化学品，使其功效卓越而毒性等危险性大减等危险性大减1设计更加安全的化学品设计更加安全的化学品

106、通过分子结构的知识，我们能够在很大程度上确定通过分子结构的知识，我们能够在很大程度上确定化合物的特性。化学已发展出了强有力的估计和测量化化合物的特性。化学已发展出了强有力的估计和测量化学物质性质的方法。学物质性质的方法。另一方面，毒物学家和药学家也已开发了其他有效另一方面，毒物学家和药学家也已开发了其他有效工具，利用化学结构知识来表征分子的毒性。设计更加工具，利用化学结构知识来表征分子的毒性。设计更加安全的化学品的目的，就是要在获得最大的功效的前题安全的化学品的目的，就是要在获得最大的功效的前题下，尽可能把毒性和危险性降到尽可能低的程度，由于下，尽可能把毒性和危险性降到尽可能低的程度，由于化学

107、目前已能有效地表征分子结构，故这一目标是能实化学目前已能有效地表征分子结构，故这一目标是能实现的。现的。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则2设计更加安全的化学品是可能的，为什么？设计更加安全的化学品是可能的，为什么？因为对化学毒性的认识有了很大进步，所以因为对化学毒性的认识有了很大进步，所以设计更加安全的化学品是可能的。通常，我们直设计更加安全的化学品是可能的。通常，我们直接测量化学品的性质，以视察它是否能满足我们接测量化学品的性质，以视察它是否能满足我们设计的要求。而要鉴别出分子中什么因素导致分设计的要求。而要鉴别出分子中什么因素导致分子有毒并不容易。上一代人在鉴

108、别物质对人体和子有毒并不容易。上一代人在鉴别物质对人体和环境作用机理方面已做了大量的工作。弄清了作环境作用机理方面已做了大量的工作。弄清了作用机理的细节，我们就可改变分子结构，使毒害用机理的细节，我们就可改变分子结构，使毒害反应不再发生，从而减少毒性。反应不再发生，从而减少毒性。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则设计更加安全的化学品有多种方法设计更加安全的化学品有多种方法。（。（1）如果知道了）如果知道了某物质的毒性机理，知道是由某物质的毒性机理，知道是由“什么反应什么反应”引发的毒性，引发的毒性，我们就可以改变和修饰该物质的结构，使得我们就可以改变和修饰该物质的结

109、构，使得“致毒反应致毒反应”不致于发生。当然，修饰后，分子的功能不能发生改不致于发生。当然，修饰后，分子的功能不能发生改变。（变。（2）如果我们并不知道毒性的确切机理。我们仍）如果我们并不知道毒性的确切机理。我们仍可以关联分子的化学结构和毒性。此时，要设法除去分可以关联分子的化学结构和毒性。此时，要设法除去分子中的子中的“毒效毒效”基团。（基团。（3）减少分子的）减少分子的“生物药效性生物药效性”也是设计更加安全有效的化学品的方法之一，如果一也是设计更加安全有效的化学品的方法之一，如果一种物质是有毒的，但不能被生物器官（如：胃、肺、肝种物质是有毒的，但不能被生物器官（如：胃、肺、肝等）吸收或不

110、能达到这些生物器官，则它就不能表现出等）吸收或不能达到这些生物器官，则它就不能表现出其毒性，因此就变成了无危险的物质。其毒性，因此就变成了无危险的物质。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则我们有多年的传统知识，知道怎样改变一个分子我们有多年的传统知识，知道怎样改变一个分子的物理和化学性质，比如，水溶性、极性等，这的物理和化学性质，比如，水溶性、极性等，这样，我们就可以控制分子使它难于或不被生物器样，我们就可以控制分子使它难于或不被生物器官吸收，这样就通过消除和降低官吸收，这样就通过消除和降低“生物药效性生物药效性”的同时，降低了毒性。因此，在改变分子的性质的同时，降低

111、了毒性。因此，在改变分子的性质而减少其而减少其“生物药效性生物药效性”的同时又不影响我们需的同时又不影响我们需要的分子的功能和对分子的使用，使分子既要的分子的功能和对分子的使用，使分子既“有有效效”又又“无毒无毒”。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则五、尽可能不使用辅助物质（例如：溶剂、分离试剂等）五、尽可能不使用辅助物质（例如：溶剂、分离试剂等），既使用，也要采用无危险性的物质作为辅助物质，既使用，也要采用无危险性的物质作为辅助物质1辅助物质的普遍使用辅助物质的普遍使用在化学品的制造、加工和使用过程中，几乎每一步在化学品的制造、加工和使用过程中，几乎每一步都要使用

112、辅助物质。辅助物质可定义为能帮助处理和操都要使用辅助物质。辅助物质可定义为能帮助处理和操作的化学品，但又不构成目标分子的物质。使用这些物作的化学品，但又不构成目标分子的物质。使用这些物质是为了在合成和生产过程中克服某些障碍。我们广泛质是为了在合成和生产过程中克服某些障碍。我们广泛使用许多辅助物质，但我们很少自问，这些辅助性物质使用许多辅助物质，但我们很少自问，这些辅助性物质的使用是否是必须的。比如溶剂和分离试剂就属于这种的使用是否是必须的。比如溶剂和分离试剂就属于这种情况。大部分情况下，这些辅助试剂对人和环境都有一情况。大部分情况下，这些辅助试剂对人和环境都有一定害处。定害处。2024/7/2

113、0第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则2溶剂问题溶剂问题在使用溶剂时，我们必须考虑许多的问题。在使用溶剂时，我们必须考虑许多的问题。卤化物，如氯代甲烷、氯仿、全氯乙烯、四氯化卤化物，如氯代甲烷、氯仿、全氯乙烯、四氯化碳等是普遍使用的溶剂。但目前的研究均发现，碳等是普遍使用的溶剂。但目前的研究均发现，这些物质是致癌物。与这类物质对人的毒害机理这些物质是致癌物。与这类物质对人的毒害机理虽不相同，苯及其他芳香族化合物也具有使人和虽不相同，苯及其他芳香族化合物也具有使人和其他动物受毒害而致癌的作用。但由于它们具有其他动物受毒害而致癌的作用。但由于它们具有良好的可溶解其他物质的能力，故已广为使用

114、，良好的可溶解其他物质的能力，故已广为使用，其代价是对人和动物健康造成上述伤害。其代价是对人和动物健康造成上述伤害。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则3溶剂对环境的影响溶剂对环境的影响上述溶剂的使用不仅对人和动物的健康有直接的伤上述溶剂的使用不仅对人和动物的健康有直接的伤害，同时，其影响还会延伸到环境和生态系统。如前所害，同时，其影响还会延伸到环境和生态系统。如前所述，氟氯烃的使用是造成臭氧层受害而产生著名的臭氧述，氟氯烃的使用是造成臭氧层受害而产生著名的臭氧空洞的重要原因，而氟氯烃对人体和其他动物的直接伤空洞的重要原因，而氟氯烃对人体和其他动物的直接伤害并不算大。

115、害并不算大。挥发性有机化合物（挥发性有机化合物（VOCs：volatileorganiccompounds），即烃类及其衍生物被广泛用作溶剂。这），即烃类及其衍生物被广泛用作溶剂。这类物质的环境效应是光化学烟雾等。类物质的环境效应是光化学烟雾等。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则4超临界流体（超临界流体（Supercriticalfluids）如前所述，采用超临界流体，比如超临界二氧化碳如前所述，采用超临界流体，比如超临界二氧化碳不仅使体系变得无危险性，而且反应选择性和分离问题不仅使体系变得无危险性，而且反应选择性和分离问题也变得容易了。也变得容易了。5非溶剂化（非

116、溶剂化（Solventless）不用溶剂，无论对人体健康还是对环境来说，好处不用溶剂，无论对人体健康还是对环境来说，好处均是十分明显的。许多企业和学术科学家均在发展使反均是十分明显的。许多企业和学术科学家均在发展使反应原料同时充当试剂和溶剂的方法，以避免溶剂的使用。应原料同时充当试剂和溶剂的方法，以避免溶剂的使用。另一方面，对其它一些体系，则让反应在熔融状态下进另一方面，对其它一些体系，则让反应在熔融状态下进行，也避免了溶剂的使用。行，也避免了溶剂的使用。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则6水作溶剂水作溶剂水是地球上最无害，最安全的溶剂。水是地球上最无害，最安全的溶

117、剂。7固定化固定化许多溶剂对人的健康和环境有危害，主要是由于它许多溶剂对人的健康和环境有危害，主要是由于它们能挥发，从而与人的接触产生毒害效应，污染空气。们能挥发，从而与人的接触产生毒害效应，污染空气。解决这一问题的方案之一就是寻找固定化的溶剂，使物解决这一问题的方案之一就是寻找固定化的溶剂，使物质的溶解性能保持不变，但是却不再具有挥发性，因而质的溶解性能保持不变，但是却不再具有挥发性，因而就不会再与人类及污染环境。例如，可以把溶剂分子固就不会再与人类及污染环境。例如，可以把溶剂分子固定在固体载体上，或者使溶剂分子与高聚物的骨架链接。定在固体载体上，或者使溶剂分子与高聚物的骨架链接。有时，新的

118、高分子化合物本身就有溶解性，可作为溶剂。有时，新的高分子化合物本身就有溶解性，可作为溶剂。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则六、在考虑环境和经济效益时，应考虑能耗因素，六、在考虑环境和经济效益时，应考虑能耗因素，尽可能使能耗最低尽可能使能耗最低1化学工业的能耗化学工业的能耗能量的产生和消耗均伴有环境效应。在获得能量的产生和消耗均伴有环境效应。在获得能量，把物质转化为能量、把已存在的能量转化能量，把物质转化为能量、把已存在的能量转化为社会可用的其他形式方面，化学均起着十分重为社会可用的其他形式方面，化学均起着十分重要的作用，很显然，必须找到一种可持续使用能要的作用，很

119、显然，必须找到一种可持续使用能量的方法。在目前情况量的方法。在目前情况下，工业化国家的工业下，工业化国家的工业用能十分巨大。用能十分巨大。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则2如何使用能量如何使用能量对于需要能量输入才能发生的反应，其处理方式大对于需要能量输入才能发生的反应，其处理方式大致相似。如果反应物和试剂在某溶剂中有很好的溶解性，致相似。如果反应物和试剂在某溶剂中有很好的溶解性，我们通常将反应混和物加热回流一定的时间，或回流直我们通常将反应混和物加热回流一定的时间，或回流直到反应完全。通常我们并不分析是否有必要加热。到反应完全。通常我们并不分析是否有必要加热。3

120、用热能加速化学反应用热能加速化学反应要让一个反应进行到其热力学允许的程度，我们通常是要让一个反应进行到其热力学允许的程度，我们通常是提供热能以达此目的，而热能通常是用于克服反应的能提供热能以达此目的，而热能通常是用于克服反应的能量的，而使用催化剂可以降低反应的能量，因此，采用量的，而使用催化剂可以降低反应的能量，因此，采用合适的催化剂可以降低能耗。合适的催化剂可以降低能耗。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则4用冷却方法控制反应用冷却方法控制反应有时，反应放热太剧烈而需要用冷却的方法对反应有时，反应放热太剧烈而需要用冷却的方法对反应进行控制。这种控制化学反应的方式在研

121、究特快速的反进行控制。这种控制化学反应的方式在研究特快速的反应时通常是必须的，在化学品生产过程中，为防止失去应时通常是必须的，在化学品生产过程中，为防止失去控制而引发事故，也需要降低反应的速度，冷却一样要控制而引发事故，也需要降低反应的速度，冷却一样要消耗能量，增大成本。消耗能量，增大成本。5分离需要的能量分离需要的能量化学工业最耗能的工艺之一就是分离和纯化，比如化学工业最耗能的工艺之一就是分离和纯化，比如用蒸馏、重结晶或超滤分离纯化时，就需要大量的能量用蒸馏、重结晶或超滤分离纯化时，就需要大量的能量来使产物与杂质分离，通过设计尽可能减少这些过程，来使产物与杂质分离，通过设计尽可能减少这些过程

122、，我们就减少了能耗。我们就减少了能耗。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则6微波微波利用微波能量可加速化学反应，尤其是可将利用微波能量可加速化学反应，尤其是可将以前在溶液中的反应转化为固相化学反应。这样以前在溶液中的反应转化为固相化学反应。这样不仅避免了溶剂的使用，同时也减少了能耗。不仅避免了溶剂的使用，同时也减少了能耗。7声纳声纳某些类型的反应，如环加成反应、周环反应某些类型的反应，如环加成反应、周环反应等，可被超声声子催化，利用这一技术，化学反等，可被超声声子催化，利用这一技术，化学反应的环境条件大为改变，当然这一部分能耗也应应的环境条件大为改变，当然这一部分能耗

123、也应计入成本之中。计入成本之中。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则8优化反应条件，使能耗最小优化反应条件，使能耗最小化学总是力图化学总是力图“优化优化”一个反应或一个反应途径。一个反应或一个反应途径。通常通常“优化优化”是指提高反应物的转化率或产物的产率。是指提高反应物的转化率或产物的产率。并不并不“考虑考虑”上述能量因素的上述能量因素的“优化优化”，而将能量平衡，而将能量平衡的问题留给作工艺过程的工程师。然而，能量的使用就的问题留给作工艺过程的工程师。然而，能量的使用就象有毒有害物质的使用，废物的产生等问题一样，化学象有毒有害物质的使用，废物的产生等问题一样，化学

124、家在设计反应时，对体系的能量需求有很大的影响力。家在设计反应时，对体系的能量需求有很大的影响力。只有通过反应体系的设计、调整和优化才能从根本上改只有通过反应体系的设计、调整和优化才能从根本上改变反应的能量需求。因此，在可能情况下，化学家在设变反应的能量需求。因此，在可能情况下，化学家在设计反应过程和反应体系时，尽考虑如何尽可能减少能耗。计反应过程和反应体系时，尽考虑如何尽可能减少能耗。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则七、在经济技术条件许可的情况下，尽可能使用可再生七、在经济技术条件许可的情况下，尽可能使用可再生的物质作反应原料，而不用一次性原料的物质作反应原料，而

125、不用一次性原料。对于可再生资源的使用从科学、工业和环境方面看对于可再生资源的使用从科学、工业和环境方面看均有重大意义。均有重大意义。“可重复使用可重复使用”与与“一次性一次性”是由时间是由时间尺度来确定的。通常尺度来确定的。通常“一次性原料一次性原料”指的是化石燃料，指的是化石燃料，尽管化石燃料从长远的角度来看也是可再生的，比如用尽管化石燃料从长远的角度来看也是可再生的，比如用几亿年也可将植物转化为石油，但这时间太长了，对人几亿年也可将植物转化为石油，但这时间太长了，对人类来说是不实际的。当然事实上，太阳和太阳能也是一类来说是不实际的。当然事实上，太阳和太阳能也是一次性能源，但从时间尺度上看，

126、太阳可延续上亿年。因次性能源，但从时间尺度上看，太阳可延续上亿年。因此，我们将其看作取之不竭的能源。此，我们将其看作取之不竭的能源。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则可重复使用的原料常指生物和植物原料，可重复使用的原料常指生物和植物原料，但只要在人的寿命尺度内可再生，就可但只要在人的寿命尺度内可再生，就可认为是可再生资源。二氧化碳可从普遍认为是可再生资源。二氧化碳可从普遍存在的资源产生，故可认为是可再生资存在的资源产生，故可认为是可再生资源，许多天然物质也可在人的寿命尺度源，许多天然物质也可在人的寿命尺度内转化为甲烷，故可认为甲烷也是可再内转化为甲烷，故可认为甲烷也

127、是可再生资源。生资源。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则八、应尽可能避免衍生反应，如阻挡基八、应尽可能避免衍生反应，如阻挡基团的使用、保护基团的使用团的使用、保护基团的使用去除保护基团，临时的物理和化学去除保护基团，临时的物理和化学修饰过程等。修饰过程等。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则1合成化学受到的挑战及目前的对策合成化学受到的挑战及目前的对策目前，合成化学尤其是有机合成化目前，合成化学尤其是有机合成化学的原理和技巧已变得越来越复杂，需学的原理和技巧已变得越来越复杂，需要解决的问题，克服的困难越来越多，要解决的问题，克服的困难越来越

128、多，比如要进行立体化学控制，要在不稳定比如要进行立体化学控制，要在不稳定基团的存在下进行化学反应等等。要解基团的存在下进行化学反应等等。要解决这些问题，通常需要对反应分子进行决这些问题，通常需要对反应分子进行修饰，或衍生为其他物质以实现需要的修饰，或衍生为其他物质以实现需要的转化。转化。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则2保护基团保护基团利用保护基团是合成化学上常采用的技术之利用保护基团是合成化学上常采用的技术之一，在要使分子的某一部位发生反应时，分子中一，在要使分子的某一部位发生反应时，分子中的敏感部分（活泼部分）也可能随之发生反应，的敏感部分（活泼部分）也可能随

129、之发生反应，而这一反应又是我们不希望的，我们就需要引入而这一反应又是我们不希望的，我们就需要引入保护基团把活泼部分保护起来。一个典型例子就保护基团把活泼部分保护起来。一个典型例子就是羟基的保护，当我们要使某分子的某部分发生是羟基的保护，当我们要使某分子的某部分发生氧化反应时，其上我们想保留的羟基也会跟着被氧化反应时，其上我们想保留的羟基也会跟着被氧化，这时我们就是使该羟基反应生成苯醚，然氧化，这时我们就是使该羟基反应生成苯醚，然后再进行氧化反应，后再进行氧化反应，2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则此时，醚键不会变氧化，氧化反应完成此时，醚键不会变氧化，氧化反应完成后

130、，再使该醚键断裂，重新生成羟基，后，再使该醚键断裂，重新生成羟基，这种类型的反应在精细化学品的合成、这种类型的反应在精细化学品的合成、药物合成、杀虫剂合成、染料合成等均药物合成、杀虫剂合成、染料合成等均极为常见，需要生成苯醚和使苯醚键断极为常见，需要生成苯醚和使苯醚键断裂均需要使用氯苯（有害）。同时使羟裂均需要使用氯苯（有害）。同时使羟基复原时又变为废物。基复原时又变为废物。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则3成盐成盐通常，为了达到某种宏观效果，比通常，为了达到某种宏观效果，比如，粘度、分散性、蒸气压、极化性、如，粘度、分散性、蒸气压、极化性、水溶性等，需要加入一物

131、质与体系混和，水溶性等，需要加入一物质与体系混和，但当其功能完成母体化合物再生后，这但当其功能完成母体化合物再生后，这些物质又变成了废物。些物质又变成了废物。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则4加上一个离去功能团加上一个离去功能团在进行合成设计时，化学家总是力图使每一反应都在进行合成设计时，化学家总是力图使每一反应都有很高的选择性。比如，分子中有多个反应位，聪明的有很高的选择性。比如，分子中有多个反应位，聪明的方法就是使反应仅在我们希望的位置发生。完成这一目方法就是使反应仅在我们希望的位置发生。完成这一目标的方法就是先使该反应位衍生成对另一反应物更有吸标的方法就是先

132、使该反应位衍生成对另一反应物更有吸引力的基团并更易于离去。例如，常用卤素衍生物来进引力的基团并更易于离去。例如，常用卤素衍生物来进行亲核取代反应，卤素的存在使得该反应位更易于亲核行亲核取代反应，卤素的存在使得该反应位更易于亲核取代反应发生，因卤素的吸附性使该位置带更多的正电取代反应发生，因卤素的吸附性使该位置带更多的正电荷，同时，卤素又是很好的离去基团。不用说，这里又荷，同时，卤素又是很好的离去基团。不用说，这里又会产生含卤素的废物。会产生含卤素的废物。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则九、催化剂优于计量反应试剂九、催化剂优于计量反应试剂由反应物由反应物A与反应与反

133、应B按化学计量式反应生按化学计量式反应生成产物成产物C，A、B中的所有原子进入中的所有原子进入C，且无，且无需其他试剂，这样的反应为数不多。这种原子经需其他试剂，这样的反应为数不多。这种原子经济反应对环境是友好的。通常计量化学反应伴随济反应对环境是友好的。通常计量化学反应伴随着如下情况：着如下情况：（1）其中一种反应物）其中一种反应物A或或B是控制试剂，即是控制试剂，即使得到使得到100%收率时，也有未反应的原料存在。收率时，也有未反应的原料存在。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则（2）仅有反应物）仅有反应物A或或B，或者，或者A和和B中的少中的少部分原子进入产物，

134、因而自然生成废物。部分原子进入产物，因而自然生成废物。（3）需要另外的试剂来使反应顺利进行，但反）需要另外的试剂来使反应顺利进行，但反应完成后，这些试剂要丢弃了废物中。应完成后，这些试剂要丢弃了废物中。正是由于这些原因，催化作用有时能对化正是由于这些原因，催化作用有时能对化学计量反应造成巨大的有利影响，因催化剂本身学计量反应造成巨大的有利影响，因催化剂本身并不消耗，且不出现在产物中。并不消耗，且不出现在产物中。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则1催化剂提高选择性催化剂提高选择性催化剂可控制反应进行的程度，如催化剂可控制反应进行的程度，如加成反应，氧化反应等，提高选择

135、性。加成反应，氧化反应等，提高选择性。催化剂可控制反应，如催化剂可控制反应，如C上甲基化、上甲基化、O上甲基化等，提高选择性。上甲基化等，提高选择性。催化剂可控制立体选择性。催化剂可控制立体选择性。2催化剂降低能耗。催化剂降低能耗。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则十、应设计这样的化学品，即在其功能完成后，它不会十、应设计这样的化学品，即在其功能完成后，它不会长期残留于环境中，而是降解为无害物质。长期残留于环境中，而是降解为无害物质。在考虑化学品与环境的关系时，一个重要问题就是在考虑化学品与环境的关系时，一个重要问题就是其其“持续性持续性”和持续生物聚集性。当把化学

136、品弃于环境和持续生物聚集性。当把化学品弃于环境后，它们会保持其性状且被植物或动物物种吸收而发生后，它们会保持其性状且被植物或动物物种吸收而发生聚集，而且这一聚集对该生物物种有一定危害。目前，聚集，而且这一聚集对该生物物种有一定危害。目前，我们在生产某一化学时对这一问题考虑得很少。我们在生产某一化学时对这一问题考虑得很少。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则1塑料在环境中的持久性塑料在环境中的持久性历史上，历史上，我们曾经认为耐久性和长寿命是塑料的优我们曾经认为耐久性和长寿命是塑料的优良特性，其结果是在废渣埋填地点，海洋和其他水介质良特性，其结果是在废渣埋填地点，海洋和

137、其他水介质中，塑料均引起了环境污染，因其物理性质与化学性质中，塑料均引起了环境污染，因其物理性质与化学性质是矛盾的，海鸟咽下这些不消化的塑料而中毒，因此，是矛盾的，海鸟咽下这些不消化的塑料而中毒，因此，目前关于可生物降解塑料的研究引人入胜。目前关于可生物降解塑料的研究引人入胜。2杀虫剂杀虫剂许多杀虫剂均是有机卤化物。这些药剂虽然有效，许多杀虫剂均是有机卤化物。这些药剂虽然有效，但也趋向于在许多种植物和动物物种中聚集。通常是在但也趋向于在许多种植物和动物物种中聚集。通常是在脂肪组织和脂肪细脆中。这会造成这一物种本身以及消脂肪组织和脂肪细脆中。这会造成这一物种本身以及消费这一物种的人类的危害，费这

138、一物种的人类的危害，DDT就是第一个被发现有就是第一个被发现有这一特性的杀虫剂。这一特性的杀虫剂。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则3象设计分子的其他功能一样，把降解作为一个功能象设计分子的其他功能一样，把降解作为一个功能加以设计加以设计化学品应具有某些使用功能，同时还应具有可降解化学品应具有某些使用功能，同时还应具有可降解这一功能。这一功能。4生物降解性设计生物降解性设计可通过在分子结构中引入特殊功能团来促使其降解，可通过在分子结构中引入特殊功能团来促使其降解，比如引入可水解、光解或其它因素引起的化学键断裂基比如引入可水解、光解或其它因素引起的化学键断裂基团以保证

139、分子可生物降解。在设计可生物降解性能时，团以保证分子可生物降解。在设计可生物降解性能时，我们应考虑降解后的产物是什么。我们应考虑降解后的产物是什么。降解产生的产物的毒性如何，如果降解产物对人的降解产生的产物的毒性如何，如果降解产物对人的健康和环境有害，则这种降解就惝有达到绿色化学的目健康和环境有害，则这种降解就惝有达到绿色化学的目的。的。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则十一、应发展现场、现时分析仪器，以监测和控十一、应发展现场、现时分析仪器，以监测和控制有害物质的生成，使有毒有害物质在生成前就制有害物质的生成，使有毒有害物质在生成前就被控而生不成。被控而生不成。这

140、一问题受到如下原理的制约，这一问题受到如下原理的制约，“我们不能我们不能控制我们不能控测到的物质控制我们不能控测到的物质”。要完成这一使命，。要完成这一使命，就需要精确可信的敏感元器件，监测器件和分析就需要精确可信的敏感元器件，监测器件和分析技术。同时，要满足绿色化学的需要，就需要发技术。同时，要满足绿色化学的需要，就需要发展现场的，与时间有关的分析技术。这样当有极展现场的，与时间有关的分析技术。这样当有极少量有毒物质生成的就可反馈而调节过程参数，少量有毒物质生成的就可反馈而调节过程参数，以减少和消除这些物质的生成。以减少和消除这些物质的生成。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色

141、化学十二原则另一关于分析化学应用的例子是监测反另一关于分析化学应用的例子是监测反应是否已进行完全。在许多情况下，要应是否已进行完全。在许多情况下，要向反应体系连续加入反应试剂直到反应向反应体系连续加入反应试剂直到反应进行完全，如有现时现场的分析方法，进行完全，如有现时现场的分析方法，就可避免加入过量的试剂，从而造成废就可避免加入过量的试剂，从而造成废物污染。物污染。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则十二、在化学过程中使用的物质应尽可能选择好，十二、在化学过程中使用的物质应尽可能选择好，可最大可能减少化学事故（包括释放毒物、瀑炸、可最大可能减少化学事故（包括释放毒物、

142、瀑炸、起义等）的发生起义等）的发生。在化学和化学工业中预防事故的重要性是不在化学和化学工业中预防事故的重要性是不言而喻的，许多有名的化学事故已对公众关于控言而喻的，许多有名的化学事故已对公众关于控制化学品使用的观点起了动员作用。在进行化学制化学品使用的观点起了动员作用。在进行化学品和化学过程的设计时，应同时考虑其毒性、爆品和化学过程的设计时，应同时考虑其毒性、爆炸性、可燃性等。绿色化学应考虑广泛的危险性炸性、可燃性等。绿色化学应考虑广泛的危险性而不仅仅是污染和生态毒性。而不仅仅是污染和生态毒性。2024/7/20第六节第六节绿色化学十二原则绿色化学十二原则在预防污染减少废物的过程中，可能不经意

143、地增大了发在预防污染减少废物的过程中，可能不经意地增大了发生危险的可能性。有时，为预防污染而回收溶剂，这可生危险的可能性。有时，为预防污染而回收溶剂，这可能有许多益处，但可能同时也增加了引起事故或火灾的能有许多益处，但可能同时也增加了引起事故或火灾的可能性。因此，一个过程应在预防污染与预防事故之间可能性。因此，一个过程应在预防污染与预防事故之间找到平衡点。找到平衡点。在设计更安全的化学方面可采用的方法包括，使用在设计更安全的化学方面可采用的方法包括，使用固体或低蒸气压的物质，而不用可挥发性物质及气体。固体或低蒸气压的物质，而不用可挥发性物质及气体。不直接使用卤素单质而采用更加无危害的方法引入卤素。不直接使用卤素单质而采用更加无危害的方法引入卤素。“现时技术（现时技术（just-in-time）”，即让有毒有害物，即让有毒有害物质立时生成同时就以很快的速度消耗掉。这样化工厂就质立时生成同时就以很快的速度消耗掉。这样化工厂就可免去存放危险品的仓库，这样就大幅度降低了危险性。可免去存放危险品的仓库，这样就大幅度降低了危险性。#2024/7/20