绿色化学_第5章(专业课)
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《绿色化学化工技术》课件
• 总结词：绿色化学化工技术的应用领域非常广泛，包括制药、农业、能源、环保等。通过采用绿色化学化工技 术，可以开发出更加安全、环保的化学品和生产工艺，为人类健康和环境保护作出贡献。
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
绿色化学原理与绿色产品设计第5章 绿色纤维与纺织品
绿色纤维的定义、标准与分类
所谓绿色纤维至少应具备以下特征中的一项或多项： （1）生产纤维的原料主要来自于再生资源或可利用废弃物， 不会造成生态平衡的失调和掠夺性资源的开发； （2）纤维在生产或生产过程中未受污染，特别指原料种植过 程中农药、化肥的污染或生产中的一些有毒化工原料的污染； （3）纤维在生产过程中不会对环境造成污染； （4）纤维制成品用后可回收或能自然降解，不会对生态环境 造成危害； （5）纤维及其制成品对人体具有某种或多种保健功能。
绿色纤维简介
NMMO，H2O
纤维素浆粕
混合
NMMO，H2O
溶解
排放废水
洗涤 漂白 上油 干燥
过滤
纺丝
纺丝浴
NMMO回收
Lyocell
绿色纤维简介
Modal（莫代尔）纤维
Modal纤维是高湿模量的纤维素再生纤维，是从高质量的木桨 纤维中提炼后纺制而成的一种特殊的粘胶纤维。原料采用欧洲的榉 木。因该产品原料全部为天然材料，是100%的天然纤维，对人体 无害，并能够自然分解，对环境无害。Modal纤维的产品特点包括： 以天然原木为原料，柔软、顺滑、丝质感，穿着舒适、顺滑的质地、 真丝一般的光泽，频繁水洗后依然柔顺，极好的吸湿性和透气性， 富有亮丽的色彩，不会产生原纤化，是改善织物性能理想的混纺纤 维。
绿色纤维简介
目前，天然彩棉色谱不全，主要有棕色和绿色两种。与白色 常规棉相比，仍存在产量潜力不高的缺点。从棉花纤维品质方面 来看，无论是棕色还是绿色彩棉，与常规白色棉相比，纤维品质 性状仍较低，主要表现在纤维长度短，不利于纺精梳纱和高支纱。 纤维比强度低，形成的产品耐劳度不够，易损坏和变形。
绿色纤维简介
绿色纤维简介
山羊毛
绒毛山羊和普通山羊身上取下的粗毛和死毛统称为山羊毛， 山羊的毛发分为内外两层。内层为柔软、纤细、滑糯、短而卷曲 的绒毛，称山羊绒；外层为粗长而无卷曲的粗毛，即为山羊毛。 山羊毛由鳞片层、皮质层和髓质层组成，髓质层占纤维直径的一 半。山羊毛的平均直径为50～200μm，细并离散较大，长度束齐 度较差，皮质层多呈皮芯结构，其正皮质细胞主要集中在毛的中 心，而偏皮质细胞分布在周围，故山羊毛粗长而无卷曲。山羊毛 特定的结构使其具有粗、长、刚硬的外形，光滑、明亮、卷曲少、 摩擦系数小等特性，因而纤维间的抱合力小，可纺性差，末经处 理不能纺织加工。
绿色化学课件
中，而能降解为无害的物质； （11）分析方法必须进一步发展，以使在有害物质
生成前进行实时的和在线跟踪及控制； （12）在化学转换过程中，所选用的物质和物质形
态应尽可能地降低发生化学事故的可能性。
9
Twelve Principles of Green Chemistry
10
1: It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it is formed.
13
10: Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products.
11
4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.
生成前进行实时的和在线跟踪及控制； （12）在化学转换过程中，所选用的物质和物质形
态应尽可能地降低发生化学事故的可能性。
9
Twelve Principles of Green Chemistry
10
1: It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it is formed.
13
10: Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products.
11
4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.
绿色化学第五章PPT资料(正式版)
毒的化合物(天然的生物毒素除外)之一，被称为“毒中之王 ”。 案例：1999年，比利时等国的“二噁英事件”
第五章 绿色化学的应用实例
二、绿色消毒与漂白
2、绿色漂白剂、消毒剂的开发 氯气的代用品：二氧化氯(ClO2)、过氧化氢H2O2、臭氧O3
、高铁酸盐K2FeO4等。 (1) 二氧化氯 ➢ 二氧化氯只具有氧化作用，可以代替氯气(Cl2)用于自来水
第五章 绿色化学的应用实例
三、绿色涂料的开发
1、绿色涂料的含义 ➢ 涂料是由高分子材料、颜料、填料、助剂和有机溶剂等组
成的混合物，能涂覆在基材表面，形成牢固附着连续涂膜 的新型高分子材料。 ➢ 涂料常用于建筑装修、汽车制装、海洋船舶制造等行业， 起到装饰及保护基体材料的作用。 ➢ 绿色涂料的开发主要是指控制涂料中挥发性有机物(如甲 醛、卤化物或芳香族碳氢化合物等)的总量，不用或少用 有机溶剂，严格限制有毒溶剂的使用，追求低公害(或无 公害)和低毒(或无毒)的涂料。
2
1P、bB可r2作为3.绿用色漂其白剂生、消毒成剂的次化学氯试剂酸有（H）C。lO的氧化性。
(4) 高铁酸盐(K2FeO4、Na2FeO4)
HOOC-COOH 19.
C l+ H O 2 2 E、氯气 F、次氯酸钠 G、氯酸钾 H、超临界水
2、涂料本身的绿色化——海洋涂料 第五章 绿色化学的应用实例
绿色化学第五章
第五章 绿色化学的应用实例
一、新型汽油添加剂
➢ 传统汽油添加剂：四乙基铅 Pb(CH2CH3)4 ➢ 危害：会产生二溴化铅PbBr2，进入大气会造成严重的铅
Pb污染，对人体健康，特别是对儿童智力会有严重影响。 ➢ 无铅的替代品：含有有机物，如乙醇、二甲醚、甲基叔丁
基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)，以及茂金属化合物如 甲基环戊二烯三羰基锰等。
第五章 绿色化学的应用实例
二、绿色消毒与漂白
2、绿色漂白剂、消毒剂的开发 氯气的代用品：二氧化氯(ClO2)、过氧化氢H2O2、臭氧O3
、高铁酸盐K2FeO4等。 (1) 二氧化氯 ➢ 二氧化氯只具有氧化作用，可以代替氯气(Cl2)用于自来水
第五章 绿色化学的应用实例
三、绿色涂料的开发
1、绿色涂料的含义 ➢ 涂料是由高分子材料、颜料、填料、助剂和有机溶剂等组
成的混合物，能涂覆在基材表面，形成牢固附着连续涂膜 的新型高分子材料。 ➢ 涂料常用于建筑装修、汽车制装、海洋船舶制造等行业， 起到装饰及保护基体材料的作用。 ➢ 绿色涂料的开发主要是指控制涂料中挥发性有机物(如甲 醛、卤化物或芳香族碳氢化合物等)的总量，不用或少用 有机溶剂，严格限制有毒溶剂的使用，追求低公害(或无 公害)和低毒(或无毒)的涂料。
2
1P、bB可r2作为3.绿用色漂其白剂生、消毒成剂的次化学氯试剂酸有（H）C。lO的氧化性。
(4) 高铁酸盐(K2FeO4、Na2FeO4)
HOOC-COOH 19.
C l+ H O 2 2 E、氯气 F、次氯酸钠 G、氯酸钾 H、超临界水
2、涂料本身的绿色化——海洋涂料 第五章 绿色化学的应用实例
绿色化学第五章
第五章 绿色化学的应用实例
一、新型汽油添加剂
➢ 传统汽油添加剂：四乙基铅 Pb(CH2CH3)4 ➢ 危害：会产生二溴化铅PbBr2，进入大气会造成严重的铅
Pb污染，对人体健康，特别是对儿童智力会有严重影响。 ➢ 无铅的替代品：含有有机物，如乙醇、二甲醚、甲基叔丁
基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)，以及茂金属化合物如 甲基环戊二烯三羰基锰等。
2024版高中化学校本课程教材《绿色化学》
水作为溶剂可以溶解许多无 机物和有机物，且对环境和 人体无害。
在有机合成中，水相合成可 以避免使用有机溶剂，从而 减少环境污染和废弃物处理 成本。
水作为溶剂在化学反应中具 有独特的性质，如促进某些 有机反应的进行、提高反应 速率和选择性等。
2024/1/27
18
离子液体作为溶剂的特点及应用
离子液体由阴阳离子组 成，具有极低的蒸气压、 高热稳定性、宽电化学 窗口等特性。
06 绿色化学品评价标准与方法
2024/1/27
35
绿色化学品定义及分类
2024/1/27
绿色化学品定义
指在生产、使用和废弃处理过程中 对人类健康和环境无害或危害极小 的化学品。
绿色化学品分类
包括可生物降解化学品、低毒低害 化学品、可再生资源化学品等。
36
绿色化学品评价标准建立
评价标准制定原则
01
生物酶催化剂的特点
2024/1/27
02
高催化活性和选择性
反应条件温和
03
29
生物酶催化剂在绿色合成中的应用
无毒无害
1
2
生物酶催化剂在绿色合成中的应用
手性药物合成
3
2024/1/27
30
生物酶催化剂在绿色合成中的应用
生物柴油生产
功能性食品添加剂合成
2024/1/27
31
光催化技术在绿色合成中的应用
原子经济性
绿色化学追求高效利用 原料，减少废物生成， 实现原子经济最大化。
能源节约
通过优化反应条件和采 用高效催化剂等手段， 降低能源消耗。
环境友好
使用无毒无害的原料、 溶剂和催化剂，减少对 环境的污染。
2024/1/27
绿色化学原理与绿色产品设计第5章 绿色纤维与纺织品
绿色纤维简介
竹纤维由于分子结构的特点，其细度、白度与普通粘胶纤维接 近，结晶度较普通粘胶纤维高，强力较好，染色吸收、渗透性强， 韧性、耐磨性较高。竹纤维表面光滑，横截面接近圆形，纵向呈 多条较浅的凹槽孔隙，这些凹槽孔隙能够产生毛细管效应，使得 竹纤维具有优良的吸湿、放湿性能。竹纤维的干强大于湿强，伸 长率在干、湿状态下相差较大，弹性回复率较好，且湿态弹性回 复率较干态大，因而具有一定的抗皱性能。竹纤维的不足之处是 耐酸、耐碱性较差，由于竹纤维中纤维素分子对酸的稳定性较差， 在高温下酸对纤维有较强的破坏作用。此外，由于竹纤维多孔隙 的结构，又使其在碱中的膨润和溶解作用较为强烈，因而竹浆粕 纤维对酸碱的耐受能力均较低。
第五章 绿色纤维与纺织品
根据国际生态纺织品标准Oko-Tex Standard l00，对纺织品 中的禁用染料、有机氯载体、甲醛残留量、防腐剂、可溶性重金 属残留物、农药（杀虫剂）残留量、织物酸碱度（pH值）、染 色牢度和特殊气味（如霉味、恶臭味、鱼腥味或其他异味）等都 提出了检测标准。只有通过这种检测并合格后才能挂生态纺织品 标签，在国际市场上才能通行无阻。因此，绿色纺织品已成为当 今世界纺织品开发的主旋律。
棉花在栽培中，会受到农药杀虫剂、除草剂以及化肥的严重 污染。棉花中含有大约35种杀虫和除草剂，一些国家棉花作物一 季喷洒农药30~40次，这些对人体健康和生态环境有害的物质会残 留在纤维内，成为潜在的健康危害。因此，在棉花种植过程中， 应采用有机耕作，多施有机农肥，对棉铃虫害采用生态防治方法， 尽量少用或不用农药和化肥，以保证收获的棉花是不含毒害物质 的绿色有机棉纤维。
绿色化学电子课件——第五章
第五章 绿色纤维与纺织品
➢ 绿色纤维 ➢ 绿色纺织印染助剂 ➢ 绿色染料 ➢ 绿色纺织品 ➢ 绿色纺织品清洁化生产工艺
绿色化学(全套课件)四川大学(2024)
2024/1/29
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
绿色化学教学大纲
绿色化学教学大纲一、教学目标绿色化学是一门旨在培养学生环保意识、提升学生环境保护能力的课程。
本教学大纲的目标旨在通过绿色化学的学习，使学生掌握绿色化学基本概念，了解环境问题与化学技术之间的关系，培养学生的创新意识和环境保护责任感。
希望学生通过绿色化学的学习，能够有效地应用所学知识解决环境问题，为促进可持续发展贡献自己的力量。
二、教学内容1. 绿色化学概念与基本原理1.1 绿色化学的定义与特点1.2 绿色化学的基本原则1.3 绿色合成与绿色催化2. 绿色化学的应用2.1 绿色环保材料2.2 绿色催化剂在有机合成中的应用2.3 绿色药物合成中的应用3. 绿色化学实验3.1 绿色实验设计3.2 绿色合成实验3.3 绿色催化实验4. 绿色化学技术的发展4.1 绿色工艺的创新与应用4.2 绿色化学在产业中的应用4.3 绿色化学对环境的影响三、教学方法1. 理论教学与实践相结合通过课堂教学结合实验课程，使学生对绿色化学有更深入的认识。
2. 小组讨论与案例分析通过小组讨论和案例分析，培养学生的研究能力和解决问题的能力。
3. 实践操作与创新设计鼓励学生进行绿色化学实验，培养学生的实践能力和创新意识。
四、教学评价1. 学习成绩评定通过平时作业、实验报告、期中考试和期末考试等方式评定学生的学习成绩。
2. 教学效果评估定期进行教学效果评估，倾听学生的反馈意见，不断改进教学方法，提升教学质量。
五、教学资料教学资料主要包括教材、实验指导书、教学课件等，以及相关的绿色化学领域的文献资料。
六、教学资源1. 实验室设备提供必要的实验设备和器材，确保学生的实验条件。
2. 阅览室提供相关的文献资料和研究报告，为学生的学习和研究提供支持。
七、教学计划根据本教学大纲的内容安排，合理安排教学进度，确保教学任务的完成。
同时要根据学生的实际情况灵活调整教学计划，保证教学效果的达成。
以上是本绿色化学教学大纲的相关内容，希望通过这份大纲可以达到培养学生环保意识和环境保护能力的目的，为创造更美好的未来做出贡献。
高中化学校本课程教材绿色化学-
绿色化学化工
• 9 .海洋污染 目前，全球每年都有数十亿吨的淤泥、污水、工
业垃圾和化工废物等直接流入海洋，河流每年也将 近百亿吨的淤泥和废物带入沿海水域。 • 赤潮现象1.rm • 赤潮现象2.rm
绿色化学化工
• 10. 垃圾围城 固体废物侵占大量土地，对农田破坏严重；严重
污染空气和水体。 垃圾填埋产生的垃圾渗漏液呈红棕色或深黑色、
绿色化学化工
• 3. 人类活动污染宇宙
人类在太空活动40年来，留在太空的垃圾如废弃卫星、 火箭残骸、爆炸碎片等已满布太空，数以百万计。这些高 速飘游的太空垃圾已成为危险的太空“飘流炸弹”，对在 轨道上运转的太空器造成了严重威胁。
1983年，苏联一颗核动力间谍卫星烧毁，反应堆中的 110磅放射性铀有80%被释放出来，使高层大气中的放射性 最强的铀235含量增加了50%。
• Introduction to Green Chemistry, by Albert S. Matlack, Marcel Dekker, Inc, 2019
绿色化学化工
Resources are available on the Internet
• USEPA’s Green Chemistry Program,
国石化出版社，2019 • 《Pollution Prevention: Fundamentals and Practice》
Paul L. Bishop, 清华大学出版社，2019
绿色化学化工
• Green Chemistry: Theory and Practice by Paul T. Anastas, John C. Warner, New York; Oxford University Press, 2019
• 9 .海洋污染 目前，全球每年都有数十亿吨的淤泥、污水、工
业垃圾和化工废物等直接流入海洋，河流每年也将 近百亿吨的淤泥和废物带入沿海水域。 • 赤潮现象1.rm • 赤潮现象2.rm
绿色化学化工
• 10. 垃圾围城 固体废物侵占大量土地，对农田破坏严重；严重
污染空气和水体。 垃圾填埋产生的垃圾渗漏液呈红棕色或深黑色、
绿色化学化工
• 3. 人类活动污染宇宙
人类在太空活动40年来，留在太空的垃圾如废弃卫星、 火箭残骸、爆炸碎片等已满布太空，数以百万计。这些高 速飘游的太空垃圾已成为危险的太空“飘流炸弹”，对在 轨道上运转的太空器造成了严重威胁。
1983年，苏联一颗核动力间谍卫星烧毁，反应堆中的 110磅放射性铀有80%被释放出来，使高层大气中的放射性 最强的铀235含量增加了50%。
• Introduction to Green Chemistry, by Albert S. Matlack, Marcel Dekker, Inc, 2019
绿色化学化工
Resources are available on the Internet
• USEPA’s Green Chemistry Program,
国石化出版社，2019 • 《Pollution Prevention: Fundamentals and Practice》
Paul L. Bishop, 清华大学出版社，2019
绿色化学化工
• Green Chemistry: Theory and Practice by Paul T. Anastas, John C. Warner, New York; Oxford University Press, 2019
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F N N Si N
代谢
F OH Si CH3
F
F
绿色化学
第五章 设计更加安全化学品的应用
5.2 设计可生物降解的化学品
5.2.1 生物降解的细菌基础 化学物质在生物体内的作用靶位主要有5个： ① 细胞复制和蛋白质合成部位； ② 酶(代谢活性)：制造新分子的地方； ③ 接受体(传播信息物质)：通过荷尔蒙作用改变细胞活性的地方； ④ 传输系统：有选择性的穿透组织(如细胞壁)； ⑤ 储存地：分子以非活性形式被储存、以后使用的地方。
（2）脂肪的微生物降解
1）脂肪水解成脂肪酸和甘油 2）甘油的转化 3）脂肪酸的转化
（3）蛋白质的微生物降解
基本途径 1）蛋白质水解成氨基酸
2）氨基酸脱氨成脂肪酸
（4）甲烷发酵
绿色化学
第五章 设计更加安全化学品的应用
二、 有毒有机污染物质生物转化类型
有毒有机物质生物转化的主要反映类型如下：
（1）耗氧反应类型 1）脱氢酶脱氢氧化
-
OOC
H2 C
H2CH2 C N N H2CH2C N
CH2COO
-
CH2COO CH2COO CH2COO
-
-
（6） 有机金属化合物
要预防有机金属化合物的毒性，应遵循以下设计原则：
① 增大logP ，使其大于8； ② 增大熔点；
③ 增大相对分子质量使其大于1000。
绿色化学
Green Chemistry 中国矿业大学化工学院
绿色化学
绪论
设计更加安全化学品的应用
绿色化学方法 绿色化学
绿色化学的应用 绿色化学原理 绿色化学发展趋势 设计安全无毒化学 品的基本原理和方法
绿色化学
第五章 设计更加安全化学品的应用
5.1 用硅对碳进行等电排置换设计更加安全的化学品
5.2 设计可生物降解的化学品
乙酰胆碱
(CH3)3CCH2CH2OCONH2
尿烷
(CH3)3SiCH2CH2OCONH2 蝇覃碱拮抗咬
氨基甲酸酯杀虫剂及其硅等电置换物，对苍蝇有相似的毒性， 但后者却更 易于降解。因此，前者用硅取代后，分子具有相同的杀虫功效，但对环境的危 害却减少了。
O
O Si
o
氨基甲酸酯
NHCH 3
o
NHCH 3
pH=7
H2C=C(CH 3)COOCH 2CH2OH
pH=7
CH2=CHCOOCH 2CH2OH
LC50=227mg/l
LC50=4.8mg/l
绿色化学
第五章 设计更加安全化学品的应用
（3） 染料
Cl N N
1）中性染料
2）阴离子染料 3）金属化酸性染料
SO3H SO3H
4）阳离子染料
5）两性染料
－ + N(CH 2CH 3)2
SO3
+ －
NaO3S
N(CH 2CH3)2
绿色化学
第五章 设计更加安全化学品的应用
5.3.3 对分子结构进行修饰
（1） 麻醉与超额毒性
（2） 利用结构修饰减轻超额毒性
CH 3
CH
C
C
CH
OH
OH
N
NH
COOH
CH
C
三炔丙基胺
96h,LC50=47mg/l 96h,LC50>1000mg/l
绿色化学
第五章 设计更加安全化学品的应用
一、耗氧有机污染物质的微生物降解 耗氧有机污染物质是生物残体、排放废水和废弃物中的糖 类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。 （1）糖类的微生物降解 降解途径： 1）多糖水解成单糖 2）单糖酵解成丙酮酸 3）丙酮酸的转化
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降解途径：
ห้องสมุดไป่ตู้
第五章 设计更加安全化学品的应用
5.3 设计对水生生物更加安全的化学品
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.1 用硅对碳进行等电排置换设计更加安全的化学品
5.1.1 硅是碳的等电排原子
等电排置换是设计更加安全的化学农药的有效方法之一。硅是自然界存 量丰富、价格低廉且可以各种形式存在的元素，对于一些有毒有机物而言， 有时其中一个碳原子被硅原子取代后，不仅可以大大降低其毒性，而且还可 以增大其可降解性等对环境友好的性能。因此，硅作为碳的等电排原子是最 自然不过了的。
及结构差异引起的相对生物活性的差异，把构效关系定量化，可更 未精确地预测毒性。在对水生生物的定量构效关系中，常用的物理 性质有：辛醇－水分配系数、水溶性、离解常数、相对分子量。胺 氮百分数等。
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.3.2 结构和物理化学性质的调变
1 辛醇－水分配系数（logP 或 logKo-w） 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 螯合作用
3）Si和C原子大小不同，化学反应性能有重大差异。
H2C＝CH2
H2Si＝CH2
[ CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ] [ SiH2CH2SiH2CH2SiH2CH2 ]
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第五章 设计更加安全化学品的应用
R
Si
H+
R
Si
H 2O
R
+
HO
Si
H
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.1.3 有机硅化合物的降解和氧化代谢 （1） 非生物降解
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第五章 设计更加安全化学品的应用
（3） 水解反应类型 1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解 2）芳香酯酶使芳香簇脂水解 3）磷脂酶使磷酸酯水解 4）酰胺酶使酰胺水解
RCOOR' H 2O RCOOH R' OH
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.2.2 化学结构与生物降解性
-
O
N CH3
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第五章 设计更加安全化学品的应用
设计对水生生物更加安全的染料化学品须遵循的原则： ① 负离子数大于正离子数（电荷数） ② 磺酸基由于羧酸基 ③ 尽可能使相对分子量大于1000 ④ 尽可能增大分子的最小横截面积
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第五章 设计更加安全化学品的应用
（4） 表面活性剂
CH2OH (H2C)11H3C
1 不易生物降解的化学结构
⑴ 卤代物，氯化物和氟化物
⑵ 支链物质 ⑶ 硝基、亚硝基、偶氮基、芳氨基
⑷ 多环残基
⑸ 杂环残基 ⑹ 脂肪族醚键
⑺ 高取代的化合物比较低取代的化合物不易降解
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第五章 设计更加安全化学品的应用
2 可生物降解的化学结构 ⑴ 具有水解酶潜在作用位的物质（脂、胺） ⑵ 在分子中引入以羟基、醛基、羧基形式存在的氧 ⑶ 存在未取代的直链烷基和苯环 ⑷ 水中溶解度大的物质 ⑸ 相对低取代的化合物 3 物质在水中的溶解度与可降解性 ⑴ 微生物生物利用度
CH3(CH2)n
N CH3
(CH2)nCH3
n＝9～17
H
H3C N
n(H2C)H3C
N
(CH2)nCH3
n＝14～16
O
N
CH3
H H
n(H 2C)H3C
N
N
N
O
(CH2)nCH3
n＝14～16
O
OH
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第五章 设计更加安全化学品的应用
例3 烷基酚乙氧基化物
CH3 CH3 CH3 CH3
n＝12～14
⑵ 溶解速率
⑶ 水溶液中的低浓度
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.2.3 基团贡献法预测生物降解能力
Boethling等用基团贡献法原理建立了一套四个模型用以预测 可生物降解能力。 两个模型 预测容易降解的物质和不容易降解的物质，降
解性与分子结构特征之间采用线性和非线性对数关系。 两个模型 针对水溶液中的降解速率作半定量的估价，适
( OCH2CH2 )n OH
CH3
OCH2CH2OH
CH3 CH3 CH3 NP1EO
CH3
OCH2CH2OCH2CH2OH
CH3 CH3 CH3
NP2EO
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.3 设计对水生生物更加安全的化学品
5.3.1 利用构效关系预测水生毒性
利用构效关系（SARs），参考一组类似物产生的生物效应以
NH X
CH3
+ -
(H2C)11H3C
SO3 X
- +
阳离子表面活性剂
阴离子表面活性剂
CH3(CH2)11(CH2CH2O)xH
中性表面活性剂
CH3(CH 2)11NH(CH 3)CH 2COO
两性表面活性剂
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第五章 设计更加安全化学品的应用
（5） 多负离子单体 设计更加安全的多酸的方法有： ① 改变酸的种类（即：羧酸、磺酸、磷酸等） ② 改变酸基之间的距离以确定多酸既对水生生 物无毒又仍 然可以用作螯合剂。
碳是典型的非金属；硅的 外表虽然像金属，但在化 学反应中多显示非金属性， 通常被认为是非金属。
金刚石
碳化硅
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第五章 设计更加安全化学品的应用
C正四面体结构单元 Si正四面体结构单元
金刚石晶体结构示意图
硅晶体结构示意图
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第五章 设计更加安全化学品的应用
例如，早期研究发现，神经传递质乙酰胆碱(A cetylcho line) 的天然类似物 尿烷就是乙酰胆碱的拮抗药，硅取代物与其对应碳化合物的药剂反应曲线完全 相同，但老鼠实验发现， 硅取代物的毒性要比对应的碳化合物低得多。 (CH3)2NCH2CH2OCOCH3
N N N SO3Na N Cu NH N
代谢
F OH Si CH3
F
F
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.2 设计可生物降解的化学品
5.2.1 生物降解的细菌基础 化学物质在生物体内的作用靶位主要有5个： ① 细胞复制和蛋白质合成部位； ② 酶(代谢活性)：制造新分子的地方； ③ 接受体(传播信息物质)：通过荷尔蒙作用改变细胞活性的地方； ④ 传输系统：有选择性的穿透组织(如细胞壁)； ⑤ 储存地：分子以非活性形式被储存、以后使用的地方。
（2）脂肪的微生物降解
1）脂肪水解成脂肪酸和甘油 2）甘油的转化 3）脂肪酸的转化
（3）蛋白质的微生物降解
基本途径 1）蛋白质水解成氨基酸
2）氨基酸脱氨成脂肪酸
（4）甲烷发酵
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第五章 设计更加安全化学品的应用
二、 有毒有机污染物质生物转化类型
有毒有机物质生物转化的主要反映类型如下：
（1）耗氧反应类型 1）脱氢酶脱氢氧化
-
OOC
H2 C
H2CH2 C N N H2CH2C N
CH2COO
-
CH2COO CH2COO CH2COO
-
-
（6） 有机金属化合物
要预防有机金属化合物的毒性，应遵循以下设计原则：
① 增大logP ，使其大于8； ② 增大熔点；
③ 增大相对分子质量使其大于1000。
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Green Chemistry 中国矿业大学化工学院
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绪论
设计更加安全化学品的应用
绿色化学方法 绿色化学
绿色化学的应用 绿色化学原理 绿色化学发展趋势 设计安全无毒化学 品的基本原理和方法
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.1 用硅对碳进行等电排置换设计更加安全的化学品
5.2 设计可生物降解的化学品
乙酰胆碱
(CH3)3CCH2CH2OCONH2
尿烷
(CH3)3SiCH2CH2OCONH2 蝇覃碱拮抗咬
氨基甲酸酯杀虫剂及其硅等电置换物，对苍蝇有相似的毒性， 但后者却更 易于降解。因此，前者用硅取代后，分子具有相同的杀虫功效，但对环境的危 害却减少了。
O
O Si
o
氨基甲酸酯
NHCH 3
o
NHCH 3
pH=7
H2C=C(CH 3)COOCH 2CH2OH
pH=7
CH2=CHCOOCH 2CH2OH
LC50=227mg/l
LC50=4.8mg/l
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第五章 设计更加安全化学品的应用
（3） 染料
Cl N N
1）中性染料
2）阴离子染料 3）金属化酸性染料
SO3H SO3H
4）阳离子染料
5）两性染料
－ + N(CH 2CH 3)2
SO3
+ －
NaO3S
N(CH 2CH3)2
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5.3.3 对分子结构进行修饰
（1） 麻醉与超额毒性
（2） 利用结构修饰减轻超额毒性
CH 3
CH
C
C
CH
OH
OH
N
NH
COOH
CH
C
三炔丙基胺
96h,LC50=47mg/l 96h,LC50>1000mg/l
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一、耗氧有机污染物质的微生物降解 耗氧有机污染物质是生物残体、排放废水和废弃物中的糖 类、脂肪和蛋白质等较易生物降解的有机物质。 （1）糖类的微生物降解 降解途径： 1）多糖水解成单糖 2）单糖酵解成丙酮酸 3）丙酮酸的转化
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降解途径：
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5.3 设计对水生生物更加安全的化学品
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5.1 用硅对碳进行等电排置换设计更加安全的化学品
5.1.1 硅是碳的等电排原子
等电排置换是设计更加安全的化学农药的有效方法之一。硅是自然界存 量丰富、价格低廉且可以各种形式存在的元素，对于一些有毒有机物而言， 有时其中一个碳原子被硅原子取代后，不仅可以大大降低其毒性，而且还可 以增大其可降解性等对环境友好的性能。因此，硅作为碳的等电排原子是最 自然不过了的。
及结构差异引起的相对生物活性的差异，把构效关系定量化，可更 未精确地预测毒性。在对水生生物的定量构效关系中，常用的物理 性质有：辛醇－水分配系数、水溶性、离解常数、相对分子量。胺 氮百分数等。
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.3.2 结构和物理化学性质的调变
1 辛醇－水分配系数（logP 或 logKo-w） 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 螯合作用
3）Si和C原子大小不同，化学反应性能有重大差异。
H2C＝CH2
H2Si＝CH2
[ CH2CH2CH2CH2CH2CH2 ] [ SiH2CH2SiH2CH2SiH2CH2 ]
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R
Si
H+
R
Si
H 2O
R
+
HO
Si
H
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5.1.3 有机硅化合物的降解和氧化代谢 （1） 非生物降解
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（3） 水解反应类型 1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解 2）芳香酯酶使芳香簇脂水解 3）磷脂酶使磷酸酯水解 4）酰胺酶使酰胺水解
RCOOR' H 2O RCOOH R' OH
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5.2.2 化学结构与生物降解性
-
O
N CH3
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设计对水生生物更加安全的染料化学品须遵循的原则： ① 负离子数大于正离子数（电荷数） ② 磺酸基由于羧酸基 ③ 尽可能使相对分子量大于1000 ④ 尽可能增大分子的最小横截面积
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第五章 设计更加安全化学品的应用
（4） 表面活性剂
CH2OH (H2C)11H3C
1 不易生物降解的化学结构
⑴ 卤代物，氯化物和氟化物
⑵ 支链物质 ⑶ 硝基、亚硝基、偶氮基、芳氨基
⑷ 多环残基
⑸ 杂环残基 ⑹ 脂肪族醚键
⑺ 高取代的化合物比较低取代的化合物不易降解
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2 可生物降解的化学结构 ⑴ 具有水解酶潜在作用位的物质（脂、胺） ⑵ 在分子中引入以羟基、醛基、羧基形式存在的氧 ⑶ 存在未取代的直链烷基和苯环 ⑷ 水中溶解度大的物质 ⑸ 相对低取代的化合物 3 物质在水中的溶解度与可降解性 ⑴ 微生物生物利用度
CH3(CH2)n
N CH3
(CH2)nCH3
n＝9～17
H
H3C N
n(H2C)H3C
N
(CH2)nCH3
n＝14～16
O
N
CH3
H H
n(H 2C)H3C
N
N
N
O
(CH2)nCH3
n＝14～16
O
OH
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第五章 设计更加安全化学品的应用
例3 烷基酚乙氧基化物
CH3 CH3 CH3 CH3
n＝12～14
⑵ 溶解速率
⑶ 水溶液中的低浓度
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.2.3 基团贡献法预测生物降解能力
Boethling等用基团贡献法原理建立了一套四个模型用以预测 可生物降解能力。 两个模型 预测容易降解的物质和不容易降解的物质，降
解性与分子结构特征之间采用线性和非线性对数关系。 两个模型 针对水溶液中的降解速率作半定量的估价，适
( OCH2CH2 )n OH
CH3
OCH2CH2OH
CH3 CH3 CH3 NP1EO
CH3
OCH2CH2OCH2CH2OH
CH3 CH3 CH3
NP2EO
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第五章 设计更加安全化学品的应用
5.3 设计对水生生物更加安全的化学品
5.3.1 利用构效关系预测水生毒性
利用构效关系（SARs），参考一组类似物产生的生物效应以
NH X
CH3
+ -
(H2C)11H3C
SO3 X
- +
阳离子表面活性剂
阴离子表面活性剂
CH3(CH2)11(CH2CH2O)xH
中性表面活性剂
CH3(CH 2)11NH(CH 3)CH 2COO
两性表面活性剂
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第五章 设计更加安全化学品的应用
（5） 多负离子单体 设计更加安全的多酸的方法有： ① 改变酸的种类（即：羧酸、磺酸、磷酸等） ② 改变酸基之间的距离以确定多酸既对水生生 物无毒又仍 然可以用作螯合剂。
碳是典型的非金属；硅的 外表虽然像金属，但在化 学反应中多显示非金属性， 通常被认为是非金属。
金刚石
碳化硅
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第五章 设计更加安全化学品的应用
C正四面体结构单元 Si正四面体结构单元
金刚石晶体结构示意图
硅晶体结构示意图
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例如，早期研究发现，神经传递质乙酰胆碱(A cetylcho line) 的天然类似物 尿烷就是乙酰胆碱的拮抗药，硅取代物与其对应碳化合物的药剂反应曲线完全 相同，但老鼠实验发现， 硅取代物的毒性要比对应的碳化合物低得多。 (CH3)2NCH2CH2OCOCH3
N N N SO3Na N Cu NH N