绿色化学的发展趋势

材料是生物可以降解的，因此不会长久存 在在环境中。
• 这些反应是典型选择性的并有特别高
的收率，而且酶能够催化单一反应器中的 整个系列的反应，导致总收率的很大改进 和高的位置特效性，以及大多数情况下 100%的手性合成。
• 整个细胞催化的酶催化技术的改良使
用，用单种酶或复合酶催化的反应和化学 合成对于新的催化技术的发展都是很重要 的。
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第四节： 清洁的能源
• 世界人口的持续增长，能源和食品问题
将成为下世纪主要难题
• 传统燃料燃烧方式放出的化学能受热力
学第二定律的限制，只有一部分（低于 40%）被转化为有用能，其余的能量则 以种种不可避免的方式损耗了，如活动 部件之间的摩擦消耗，作为废热从烟囱 和冷却塔排放出等等。
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• 纯氧作氧化剂是重要发展方向，它 大量减少了尾气排放量，从而减少了随 尾气带入大气的挥发性有机物造成的污 染。
• 因此新发展的氧化催化剂应是在缓
和条件下能活化分子氧，通过这种活泼 的催化氧化物种，使反应物分子高选择 性转化为产物。模拟酶氧化的金属络合 物和分子筛将成为氧化催化剂的主要研 究对象，它们将在开拓清洁的氧化工艺 中发挥重要作用。
• 因此发展新的高选择性氧化十分重
要[2]。
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• 绿色氧化过程应是采用无毒无害
的催化剂，它应具有很高的氧化选择 性，不产生或很少产生副反应产物， 达到尽可能高的原子经济性。
• 对氧化剂的要求是，它们参与反
应后不应有氧化剂分解的残留有害物。
• 因此，最好的氧化剂是氧，其次
是H2O2。
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• 氢气燃料电池早已研究成功，
而且用它驱动的汽车已问世。
• 但由于氢气成本较高，无论
烃类制氢或电解制氢作为燃料使 用，都缺乏竞争力。
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廉价获取氢的方法研究
• 生物制氢技术： • 以制糖废液，纤维素废液和
污泥废液为原料，采用微生物培 养法制取氢是很有希望的途径， 其关键是保持氢化酶的稳定性， 以便能采用通常发酵法连续生产 制氢的技术。
它和发酵不同，不对称催化工艺不局 限于“生物”类型的底物，并且R-异构 体和S-异构体同样容易生成，只要采用 不同构型的手性催化剂就可实现。不对 称催化也避免了发酵过程中产生的大量 失效营养媒介物的处理问题，而且根据 现在应用于工业上的不对称催化过程的 生产效率看，它远高于发酵法。
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• 单一对映体的手性化合 物的重要性不仅限于医药， 在农药和光电新材料发展中， 已经证明单一对映体的手性 化合物具有更高效率和更优 异性能，因此越来越受到重 视。
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第三节： 分子氧的活化和高选择性氧化反应
• 全世界生产的主要化学品中50%以上 是和选择氧化过程有关的。
• 包括：碳氢化合物氧化成含氧化合
物和含氧化合物的氧化转化。
• 现在有机化学品的制造大多是以石
油为原料，而石油烃分子又都是处于还
原状态，因此通过氧化将它们转化为带
有不同含氧基团的有机化合物在有机化
于用催化剂来控制燃料与氧的反应，
而此反应温度高达1000oC左右。
• 要在如此高的温度下维持长期
运转，还需要解决一些技术障碍，
包括：
• 在高温下催化剂不被破坏的方法，
• 避免陶瓷结构的破裂和泄漏
• 设计在足够小的体积内能传导充
•
足的氧离子的陶瓷材料等。
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氢气燃料
• 氢气由于燃料热效高，而且 产物为水，因此被认为是未来最 理想的高效清洁能源。
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第二节： 酶催化和生物降解
• 分子生物技术还能用来加强工业过程 催化剂使用的酶的性能，这同传统催化技 术是非常类似的。
• 酶和其他生物系统在温和的温度、压
力和pH值条件下，在稀水溶液中能很好地 工作。
• 这些系统催化的反应是典型对环境友
好的，因为生成的副产物或废物很少。
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• 通常，这些酶催化剂和由它们Fra Baidu bibliotek成的
第五章 绿色化学发展趋势
第一节： 不对称催化合成 第二节： 酶催化和生物降解 第三节： 分子氧的活化和高选择性氧化反应 第四节： 清洁的能源 第五节： 可再生资源的利用
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第一节：不对称催化合成
制造光学纯化合物的方法有 ：化学合成-拆 分法，不对称化学合成法，不对称催化合成法 和发酵法。
化学合成所得到的是外消旋化合物，两种 对映体各占一半，因此必须经拆分才能得到单 一的对映体。这意味着有一半产物是无用的。
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发展燃料电池是一条重要出路
• 燃料电池直接将化学能转化 为电能没有任何机械和热的中间 媒介。燃料电池取决于不同用途， 其效率可高达90%。
• 靠这种高效率，以燃料电池
技术为基础的发电厂，比起普通 发电厂将消耗更少的燃料，同时 相应地减少了污染物的排放。
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• 燃料电池高转化效率的关键在
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• 国内：
• 以厌氧活性污泥为原料的有
机废水发酵法制氢技术研究取得 了重要突破，已实现中试规模连 续非固定菌生物制氢，生产成本 据称已低于电解法制氢。
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贮氢材料的研究
• 贮氢材料的研究：
• 因为氢气单位体积的能量密度
低，要靠高压压缩贮存，能耗很高， 而且存在安全隐患。
学中占有重要的地教学位ppt 。
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• 氧化反应是有机反应中最难控制反 应方向的，它们往往在生成主产物的同 时，生成许多副产物，这使得氧化反应 的选择性较低。
• 至今不少氧化反应仍然采用的是化
学计量的氧化剂，特别是含重金属的无 机氧化物，反应完成后还有大量的残留 物需要处理，它们对环境会造成严重污 染。
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• 国外的研究：
• 主要集中于固定化微生物制氢
技术，现在已发现以聚丙烯酰胺将 氢产生菌丁酸梭菌包埋固定化，可 用于由葡萄糖发酵生产氢。
• 最近又发现用琼脂固定化，生
产氢的速度是聚丙烯酰胺固定化菌 种的三倍。
• 利用这种固定化氢产生菌，可
以用工业废水中的有机物有效地生 产氢。
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不对称化学合成较之一般化学合成法前进 了一大步，它采用化学计量的手性试剂选择性 合成手性化合物，但由于手性试剂昂贵，限制 了它在工业上的推广应用。
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不对称催化具有独特优势，主要是由 于它有“手性增殖”或“手性放大”作 用，即通过使用催化量的手性催化剂可 以立体选择性地生成大量手性化合物。