学年论文——绿色化学的研究现状

_______--化学专业学年论文
题目：绿色化学的研究现状
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完成日期： 2011 年 11 月 31 日
绿色化学的研究现状
摘要：绿色化学不是一门独立的学科，它是一门从源头上阻止污染的化学。

绿色化学不仅可以从源头上解决环境污染问题，还可以大大提高经济效益，节约能源和资源，是人类社会可持续发展的需要。

关键词：绿色化学研究进程研究意义
众所周知，化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的，当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。

近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质，于是绿色化学便应运而生了。

绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。

绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。

它是一门从源头上阻止污染的化学[1]。

1 绿色化学的研究内容及其实现方式
1.1 绿色化学研究的核心内容是原子经济性
这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。

理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。

他用原子利用率衡量反应的原子经济性，认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中。

绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放[2]。

近年来，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。

国内外均在开发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。

此外，针对钛硅分子筛催化反应体系，开发降低钛硅分子筛合成成本的技术，开发与反应匹配的工艺和反应器仍是今后努力的方向。

BHC工艺是一个典型的原子经济性反应，不但合成简单，原料利用率高，而且无需使
用大量溶剂和避免产生大量废物，对环境造成的污染小。

Boots工艺肟化法从原料到产物要经过4步反应，每步反应中的底物只有一部分进入产物，所用原料中的原子只有40%进入最后产品中。

而BHC工艺只需3步反应即可得到产品布洛芬，其原子经济性达到77%，也就是说新方法可少产废物37%。

如果考虑副产物乙酸的回收，BHC 合成布洛芬工艺的原子有效利用率则高达99%[3]。

环氧乙烷的生产，原来是通过氯醇法两步制备，采用银催化剂后，改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济性反应。

而合成乙二醇二乙酸酯(EGDA)的经典方法是采用无水醋酸钾(或无水醋酸钠)1，2-二溴乙烷反应，工艺复杂，收率低于60%[4]，利用Mg- Al基复合物为催化剂，环氧丙烷与乙酸酐在等摩尔条件下的嵌入反应，只需一步即可合成1，2-丙二醇二乙酸酯(PGDA)，反应温度130～135℃，采取滴加环氧丙烷(0.75g/min)方式投料，单环氧丙烷加成选择性达98.2%[5]。

对于已在工业上应用的原子经济反应，也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究并加以改进。

1.2 使用无毒、无害的原料实现转换
为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。

为了人类健康和社区安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。

二氧化碳作为一种可更新资源，工业社会中大量化石燃料的燃烧为其提供了丰富的的来源。

由于二氧化碳价廉易得，用二氧化碳加氢合成甲醇、甲酸是一条很有意义的有机合成路线。

由于它能与氢气互溶，在超临界二氧化碳流体中，二氧化碳生成甲酸的氢化反应具有很高的反应效率。

Jessop 等[6]用Ru(II)化合物催化高浓度氢，反应初期速率达到400mol(甲酸)/[mol(催化剂)·h]，比同样条件下有机溶剂中的反应速率高一个数量级。

二氧化碳加氢合成有机物的研究与碳资源的有效利用和环境保护具有重要的意义，二氧化碳作原料采用类似的方法亦可制备二甲基甲酰胺和甲酸甲酯[7]。

关于代替剧毒氢氰酸原料方面的研究，Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发，经过催化蜕氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺。

此工艺改变了过去的拟氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线，并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖。

1.3 使用无毒、无害的催化剂催化剂提高产率
目前烃类的烷基化反应一般使用氧氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂。

这些液
体催化剂共同缺点是：对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。

2001年诺贝尔化学奖的得主Sharp less、Novori 和Knowles 获得许多绿色化学方面的奖励就不足为怪了[8]。

从20世纪70年代开始，经过几十年的研究与探索，生物催化的应用日趋广泛和成熟。

生物催化在药物生产中用于开发经济的化学酶法合成工艺，在绿色化学领域中最大程度地减少废物的产生和危险试剂的应用，在天然化学领域中对天然产物进行修饰以发现具有更好生物活性的新药物[9]。

为了保护环境，多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂，其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃他技术引人注目，这种催化剂选择性很高。

乙苯重量收率超过99.6%，而且催化剂寿命长，还有一种生产线性烷基苯的固体酸催化剂替代了氢氟酸催化剂，改善了生产环境，此技术目前已工业化。

在固体酸烷基化的研究中，还应进一步提高催化剂的选择性，以降低产品中的杂质含量，提高催化剂的稳定性，以延长运转周期，降低原料中的苯烯比，以提高经济效益。

异丁烷与丁烯的烷基化是炼油工业申提供高辛烷值组分的一项重要工艺。

近年新配方汽油的出现，限制汽油中芳烃和烯烃含量更增添了该工艺的重要性，目前这种工艺使用氢氟酸或硫酸为催化剂。

1.4 使用廉价的、可再生的绿色溶剂
大量的与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质，最常见的是在反应介质、分离和配方中所用的溶剂。

当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物(VOC)，其在使用过程中有的会引起地面臭氧的形成，有的会引起水源污染，因此，需要限制这类溶剂的使用。

采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。

在离子液体中进行加成反应的突出优点是体系有足够低的蒸汽压、可再循环、无爆炸性、热稳定且易于操作[10]。

Hagiwara 等[11]在离子液体([bmin]PF6)中对未改性的醛与乙烯酮进行1，4 共轭加成，由于使用了离子液体，使得催化剂可在不降低性能的情况下丝毫无损地回收再利用。

Doherty 等[12]在非对称性Diels-Alder 反应中采用离子液体作溶剂，获得了比常用的三氯甲烷溶剂更高的对映选择性和反应速率。

在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF)，特别是超临界二氧化碳作溶剂。

超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点(3llC、7477.7gkPa)以上的二氧化碳流体，它通常具有液体的密度，因而有常规液态溶剂的溶解度；在相同
条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。

而且由于具有很大的可压缩性，流体的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。

超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价廉等。

2 绿色化学的应用领域
利用生物量(生物原料)(Biomass)代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。

随着环境保护要求的日益严格，1990年美国清洁空气法(修正案)规定，逐步推广使用新配方汽油，减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学烟雾等对空气的污染。

新配方汽油要求限制汽油的蒸汽压、苯含量，还将逐步限制芳烃和烯烃含量。

还要求在汽油中加入含氧化合物，比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。

这种新配万汽油的质量要求已推动了汽油的有关炼油技术的发展。

近年来，我国已经生产了一些植物源农药，用于绿色食品生产中，如苦楝素、鱼藤酮、苦参碱、藜芦碱等，绝大部分植物源杀虫剂都具有对人畜安全、不污染环境、不易使害虫产生抗药性等优点。

开发单一活性异构体农药或降低产品中无效、低效性异构体的比例是当代农药生产的发展方向之一，如顺式氰戊菊酯、顺式氯氰菊酯的药效分别是氰戊菊酯、氯氰菊酯的4倍和2～3倍。

目前生物农药还不能实现大规模的生产，进行大面积快速防治时效果不理想，很难在短时期内成为农药的主力军。

模拟天然物质结构合成、开发新剂型以及采用绿色合成技术生产低毒无害的绿色化学农药，将是未来农药的重要发展方向[14]。

3 我国的绿色化学活动
我国非常重视在绿色化学方面的研究。

1996 年，召开了"工业生产中绿色化学与技术"研讨会，并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》；1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会；2004年《化学进展》杂志出版了"绿色化学与技术"专辑；2006 年7月11日，由中国化学会主办、吉林大学承办的中国化学会第25届学术年会在吉林大学开幕，本届化学年会的主题是“化学与社会———化学在社会可持续发展中的地位与责任”，大会由主会场和绿色化学等19 个相对独立的分会场构成，大会就化学的发展趋势开展热烈的讨论和交流。

2008 年3 月31 日～4 月2 日，建设部、科技部、国家发展和改革委员会、国家环境保护总局、财政部在北京共同举办“第四届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会”，会议以“智能、绿色建筑与建筑节能技术标准、政策措施、评价体系、节能检测，分享国际国内发展智能、绿色建筑与建筑节能工作新经验”为主要内容。

4 绿色化学的意义
今天的绿色化学告诉我们通过使用自然能源，避免给环境造成负担、避免排放有害物质，同时它也告诉我们化学工业造成的严重的环境污染是可以避免的。

绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用，是化学科学高度发展以及社会对化学科学发展的作用的产物，对化学本身而言是一个新阶段的到来。

参考文献
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Green Chemistry Research
liudongju
(College of Science and Engineering，Qiongzhou University，Wuzhishan Hainan 572200，China) Abstract:green chemistry was not an independent discipline，it is a door stop pollution at the source of chemistry.Green Chemistry not only from the source to solve environmental problems，you can significantly increase economic efficiency，conserve energy and resources，is mankind's society to sustainable development.
Keyword：green chemistry ，Study process ，Research Significance。