第三节绿色溶剂1012

2）散热问题：有些无溶剂反应在固体状态下进行，反 应系统无流动性，反应放出的热量难以散失，大规模 的生产比较困难。
3）分离问题： 如果反应不是定量完成，仍有分离问 题，又有可能使用有机溶剂。
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四、无溶剂有机合成的反应方法及实例
（一）用球磨法反应
在圆筒形金属制反应器中加入金属球和要 进行反应的物质，使反应器旋转，进行研磨以 实现反应。
按化学结构分类
无机溶剂：水、液氨、液体二氧化硫、氟化氢、浓 硫酸、熔融氢氧化钠和氢氧化钾、四氯 化钛、三氯化磷合三氯氧磷等。
有机溶剂：脂烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、醇、醚、 酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、 胺、腈、酰胺、砜和亚砜、杂环化合物等。
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有机溶剂 (Organic Solvent)
• 是一大类在生活和生产中广泛应用的有机化合物； • 分子量不大，常温下呈液态。 • 有机溶剂包括多类物质,如烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、 酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含 氮化合物及含硫化合物等； • 多数对人体有一定毒性。 • 它存在于涂料、粘合剂、漆和清洁剂、农药中。
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有机溶剂毒作用表现
7. 致癌作用
苯是目前公认的致癌物
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有机溶剂毒作用表现
8. 致畸作用
NN PF6 BF4 NN NO3
N
BMIM
C6H13 BMIM
• 母亲孕期接触化学物质与子代先天缺陷的关系进行了研究， 结果表明，母亲孕期接触汞、及苯等有机溶剂，所生婴儿中 先天缺陷发生率可达2.736％～3.361％，明显高于对照组。
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有机溶剂毒作用表现
2. 中枢神经系统
慢性接触
• 长期接触低浓度有机溶剂可导致慢性神经行为 障碍，如性格或情感改变，智能障碍等；还可能 因小脑受累导致前庭一动眼神经功能失调。
•有时接触低浓度有机溶剂蒸气后，虽前庭试验 正常，但仍出现眩晕、恶心和神经衰弱，称为获 得性有机溶剂超耐量综合征。
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有机溶剂毒作用表现
第三章 绿色溶剂
溶剂定义： 能够使溶剂自身以外的物质溶解或分散
的液体。 一种可以溶化固体，液体或气体溶质，
继而成为溶液的液体。
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许多已工业应用的合成反应均是在溶液 中进行的。因此，在合成化学中经常要 考虑“选用什么样的溶剂？”这一问题， 当然我们也可以进一步考虑这样一个问 题：“反应必须要使用溶剂吗？”
• 在接触时间长、剂量大的情况下，任何有机 溶剂均可导致肝脏损害。
• 急性肾小管坏死性肾衰竭, 慢性暴露可导致肾 功能不全。
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有机溶剂毒作用表现
6.造血系统 对造血系统的毒性，是慢性苯中毒的主要特征， 可导致白细胞和全血细胞减少症，以致发生再 生障碍性贫血和白血病。
儿童白血病人增多与家庭装修有关
为除去环境污染物中的有害有机氯化物， 如DDT（双对氯苯基三氯乙烷 (ClC6H4)2CH(CCl3)） 、 PCB（多氯化联(二)苯） 、氯苯、二恶英等把污 染物与Mg、或Ca、CaO 等混合用球磨法研磨 6h 可脱氯。
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又如烯胺类物质1 与物质2， 用球磨法反应3h ， 再加热到80°C 、5min，150°C、5min ，系统 经一系列反应得产物3：
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包结化合物
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利用上述方法反应之后，再根据原料及产物 的溶解性能，选择适当的溶剂，将产物从混合物 中提取出来或将未反应完原料除去，即可得较纯 净产品。所用溶剂为无毒或毒性较低的水、乙醇、 丙酮、乙酸乙酯等。
显然，上述方法中，室温下的反应能耗最少， 最为简单。其次是加热方法，能耗较高的是机械 方法。
室内空气中每立方米的VOCs含量应小于
0.6mg
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VOCs产生原因
➢ 石油、煤炭、天然气等的开采、加工、贮运过程中， 部分有机物料进入空气
➢ 煤、石油、石油制品、天然气、木材燃烧时的不完全 燃烧产物进入空气
➢ 作为溶剂的有机物使用时挥发到空气中的，油漆、喷 漆中的溶剂挥发有机农药、消毒剂、防腐剂加工与使 用时，使部分有机物进入空气
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（二）无溶剂有机合成的不足
特别是对以往使用有机溶剂较为普遍的固体物质 参与的反应，会存在如下一些问题。 1）反应能否进行？ 并非所有有机反应都能在无溶剂 条件下进行，因为固体反应物粉末混合时，异种分子 间难以接近到一个小距离(如< 1nm)，碰撞几率降低； 需要进一步研究采用什么方法促进反应的进行。
有机溶剂毒作用表现
4. 呼吸系统--- 对呼吸道均有一定刺激作用
--- 过量接触水溶性低、刺激性较弱的溶剂， 常可到达呼吸道深部而可引起急性肺水肿。 --- 长期接触刺激性较强的溶剂可致慢性支 气管炎。
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有机溶剂毒作用表现
5. 心、肝、肾脏
• 对心脏的影响主要是由于心肌对内源性肾上 腺素的敏感性增强所致。
物
苯酚
醛和酮类
甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲基丙酮、乙基 丙酮
脂肪烃
丙烯酸甲脂、邻苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯
醇
甲醇、乙醇、异戊二醇、丁醇、戊醇
乙二醇衍生物 甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲 氧基丙醇
酸和酸酐
乙酸、丙酸、丁酸、乙二酸、邻苯二甲酸酐
胺和酰胺
苯胺、二甲基甲酰胺
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VOCS排放总量中：80％来源于溶剂使用、 运输和VOCS储存过程。
• 橡胶生产女工子女中，先天缺陷发生率为3.062%。
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有机溶剂毒作用表现
许多有机溶剂对器官组织的损伤不是孤立的， 可产生多器官组织的损伤，同时使用的有溶剂几 乎都为混合物，人们有可能同时接触多种有机溶 剂，联合作用往往可使毒作用增强、相加。
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有机溶剂
有机溶剂
理化特点
吸收分布
毒作用
苯系物
无色没；芳香气 呼吸道皮肤消化
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对环状的酮分子11 与主体8a 以1:1 的包接化合物粉 末，用NaBH4 还原，混合两种粉末，放置3d ，使 之反应，得到100ee%光学纯的(R,R)-(-)-12 分子， 收率54%～ 55% 。反应物11 分子左下角的O 原子 与主体8 形成氢键故未还原。
工艺品黄色有烂 皮肤吸收少 萝卜气味
神经系统多发周围神经和 中枢神经病变并存； 视觉系统； 心血管系统； 生殖系统
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溶剂绿色化
目前研究的有效方法有： （一）、无溶剂化 （二）、超临界流体 （三）、水溶液系统 （四）、离子溶液
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（一）无溶剂有机合成
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在有机化学物质的合成过程中(尤其是 固体物质参与的反应)使用有机溶剂是较为 普遍的，这些有机溶剂会散失到环境中造 成污染。各国化学家创造并研究了许多取 代传统有机溶剂的绿色化学方法。如：以 水为介质、以超临界流体(如CO2)为溶剂、 以室温离子液体为溶剂等方法，而最彻底 的方法是完全不用溶剂的无溶剂有机合成。
➢ 各种合成材料、有机黏合剂及其他有机制品遇到高温 时氧化与裂解，产生部分低分子有机污染物进入空气
➢ 淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、糖类等氧化与分解时 产生部分有机物进入空气
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VOCs种类
分类
VOCs
烷烃类
乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷
烯烃类
乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯、环 戊烯
芳香烃及其衍生 苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、苯乙烯、
2. 中枢神经系统 --- 非特异性的抑制或全身麻醉,表现为功
能紊乱。
急性接触
• 急性接触高浓度: 主要表现为定 向力障碍、眩晕、精神错乱、头痛、 恶心、呕吐、倦怠、嗜睡、神经衰 弱、言语不清、步态不稳、易激惹、 神经过敏、抑郁、意识丧失，最后 因呼吸抑制而死亡。24小时内症 状大都可逐渐缓解。 • 如果严重超量接触有机溶剂后可 对中枢神经系统产生持续性损害。
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（二）用高速振动粉碎法反应
是比球磨法更强的机械作用方法，在密封的不锈 钢制反应器中加入不锈钢球，反应器以3500rpm 的转速旋转，使加入的物质发生反应。
如C60 的(2+2)加成生成二聚体C120 的反应，是将 C60 与KCN 或KOAc、K2CO3 及微量的Li或Na、K 等碱金属一起进行高速振动粉碎条件下的反应，无 机物是作触媒的，反应30min 达到平衡，二聚体含 量为30%。
（甲苯；二甲苯）味； 易挥发液 道
体
含脂丰富的组织
中枢神经系统 皮肤
二氯乙烷
无色液体；有氯 呼吸道皮肤消化
仿样气味
道
神经系统
肝脏；肾脏
神经系统 肝脏；肾脏 致癌，致畸，
正己烷
微有异臭的液体 呼吸道皮肤消化 神经系统
道
多发周围神经病变；
血液；神经系统； 心血管系Biblioteka Baidu；
肾脏；脾脏
生殖系统
二硫化碳
液体
呼吸道
工业溶剂 5
有机溶剂 (Organic Solvent)
工业溶剂 》30,000
6
有机溶剂 (Organic Solvent)
理化特点 ===========
- 挥发性 - 可溶性（脂溶性和水溶性) - 易燃性
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有机溶剂 (Organic Solvent)
吸收和分布 =====================
由于合成化学中常用的溶剂是挥发性有 机物，对环境有较大的污染，故绿色化学 研究可完成相同反应的无害溶剂系统或无 溶剂系统。
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溶剂的作用
萃取、分离； 清洗； 分散； 作为反应介质； 选择适当的溶剂可以提高反应速率，提
高反应的可重复性和操作的便利性，并 且能够确保目标产物的质量和产率。
3
溶剂的分类
==========
以原形经肺呼出； 少量以代谢形式经尿排出； 生物半衰期较短， 数分至数天
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挥发性有机物
（Volatile Organic Compounds, VOCs)
常温下饱和蒸气压大于约70Pa，常压下沸点小 于260ºC的液体或固体有机化合物。
炭原子数小于12的大多数有机物都是VOCs。
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二、无溶剂反应的操作方法
无溶剂反应机理与溶液中的反应一样，反应 的发生起源于两个反应物分子的扩散接触，接着 发生反应，生成产物分子。此时生成的产物分子 作为一种杂质和缺陷分散在母体反应物中，当产 物分子聚集到一定大小，出现产物的晶核，从而 完成成核过程，随着晶核的长大，出现产物的独 立晶相。
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三、无溶剂有机反应的优点和不足 （一）无溶剂合成的优点
1）低污染、低能耗、操作简单： 无溶剂固态有机合成中由于没有溶剂的参与，减 少了溶剂的挥发和废液的排放，降低了污染； 只需室温搅拌、研磨，不需要加热操作，因此节
能、方便；由于不用溶剂降低了生产成本。
2) 较高的选择性:
3） 控制分子构型:
(4) 提高反应效率:
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VOCs的危害
（1）大多数有毒，部分有致癌性； （2）大气中的氮氧化物、VOCs与氧化剂发
生光化学反应，生成光化学烟雾。 （3）卤烃类VOCs可破坏臭氧层。
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有机溶剂毒作用表现
1. 皮肤---职业性皮炎20%
急性刺激性皮炎
慢性裂纹性湿疹
红斑和水泡
干燥，表皮及角质层裂纹
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有机溶剂毒作用表现
3.周围神经和中枢神经
• 可引起周围神经损害， • 少数溶剂对周围神经系统呈特异毒性。
如二硫化碳、正己烷和甲基正一丁酮能 使远端轴突受累，引起感觉运动神经的对称性 混合损害，主要表现为：早期出现手套型、袜 套型肢端感觉神经炎症状。
三氯乙烯能引起三叉神经麻痹，导致三 叉神经支配区域的感觉功能丧失。
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无溶剂反应主要采用如下方法：
(1) 室温下，用研钵粉碎、混合、研磨固体反应原 料即可反应。
(2) 将固体原料搅拌混合均匀之后或加热或静置即可， 加热时既可采用常规加热亦可用微波加热的方法
(3) 用球磨机或高速振动粉碎等强力机械方法以及 超声波的方法。
(4) 主- 客体方法，以反应底物为客体，以一定比例 的另一种适当分子为主体形成包结化合物，然后再 设法使底物发生反应，这时反应的定位选择性或光 学选择性等都会因主体的作用而有所改变或改善， 甚至变成只有一种选择。
挥发性 --- 40-80%肺吸收 脂溶性 --- 分布于富含脂肪的组织：神经系
统和肝脏；脂肪；血流丰富的肌肉和骨骼 水溶性 --- 易经皮肤摄入 其他 --- 母婴传递
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有机溶剂 (Organic Solvent)
生物转化与排出
（个体化差异， 不同溶剂差异） ========================
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传统有机溶剂的优点： 1、能很好地溶解有机反应物； 2、使反应物分子在溶液中均匀分散； 3、稳定地进行能量交换。
传统有机溶剂的缺点： 1、毒性、挥发性； 2、难以回收。
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一、无溶剂有机反应
无溶剂有机反应最初被称为固态有机反应， 因为它研究的对象通常是低熔点有机物之间的 反应。 反应时，除反应物外不加溶剂，固体物 直接接触发生反应。 实验结果表明，很多固态 下发生的有机反应，较溶剂中更为有效和更能 达到好的选择性。因此，90 年代初人们明确提 出“无溶剂有机合成”，它既包括经典的固— 固反应，又包括气—固反应和液—固反应。