(完整版)第五章绿色化学

What’s Happening to the Frogs ?
二、绿色化学的定义和特点
1. 绿色化学（Green Chemistry）定义
用化学的方法和技术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。
环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）、 环境友好化学（Environmentally Friendly Chemistry）、 清洁化学（Clean Chemistry）。
理想的原子经济反应要求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。
影响化学反应“原子经济性”的主要因素：
1）化学反应类型； 2）化学衍生化过程； 3）化学反应途径。
1）化学反应类型 对“原子经济性”的影响 重排反应：
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连 接、键的形式等产生一个新分子的反应。将原料分子中的 原子重新组合以形成新的分子。因此，所有的反应物均转 化至产物中，其通式为：
水体富营养化问题
Red tide Water bloom
废物多了！
生物少了!
“腾腾”
2006年12月，由海洋生物学家组成的国际小组在这条 世界上最繁忙的河流（长江）上进行了为期6周的密集搜索， 但最终没有找到一条白鳍豚。今年7月，关于该物种灭绝的 科学论文正式确认，白鳍豚已经在地球上消失了。
实现这种目标的方法是先使这个位置产生一个易于 同反应物的衍生物基团，而该基团又容易离开。这就需 要消耗化学试剂来产生衍生物，而该化学试剂最终将成 为一种废弃物。
“后十二条” 原则：
1）鉴别与量化副产品； 2）报道转化率、选择性与生产率； 3）建立整个工艺的物料衡算； 4）测定催化剂、溶剂在空气与废水中的损失； 5）研究基础的热化学； 6）估算传热与传质的极限；
“后十二条” 原则：
7）向化学或工艺工程师咨询； 8）考虑全过程中选择化学品与工艺的效益； 9）促进开发并应用可持续性量度； 10）量化和减用辅料与其他投入； 11）了解何种操作是安全的，并与减废要求
“前十二条”原则：
7）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品； 8）减少不必要的衍生化步骤； 9）采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂； 10）产物的易降解性； 11）发展分析方法，对污染物实行在线监测和控制； 12）减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患。
《Environ. Sci. & Tech.》杂志的编辑W.H.Glage 认 为化学转化的绿色程度，只有在放大、应用与实践中才 能评估。为此，利物浦大学化学系催化创新中心的Neil Winterton 提出 “后十二条” 原则。
本章主要内容
绿色化学的起源与意义 绿色化学的定义、特点 绿色化学的研究内容 各国政府对绿色化学的政策措施 生活中的绿色化学
一、绿色化学的起源与意义
1. 近代化学与化学工业的贡献
20世纪，化学与化学工业的发展为人类生存、生活 质量的提高起着重要作用。
年代 1928 1913 1941 1921 1930 1938 1939
沙尘暴来啦！
全球气温上升
洪水“进”城啦！
Statue carved in 1702； photographed in 1908 (left) and 1969 (right).
正常生长的水稻
受酸雨伤害的水稻
“酸雨的世界”
臭氧层空洞
危害
水质变了!
水生动物受到伤害! 人民的身心受到伤害!
2. 绿色化学的特点
1）从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维 方式的创新和发展，是化学科学基础内容的更新 ；
2）从经济观点看，绿色化学为人类提供合理利 用资源和能源、降低生产成本、符合经济持续发展的 原理和方法;
3）从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污 染，保护环境的新科学和新技术方法；
4）绿色化学是更高层次的化学 。
产品名称 青霉素 合成氨 杀虫剂DDT 乙烯 聚氯乙稀 尼龙 顺丁橡胶
作用 人均寿命大大延长。 提高粮食, 果蔬产量。
人类生产、生活的各个方面 均得到了改善。
2. 近代社会面临的社会危机
1）消耗大量资源； 2）产生许多有毒有害物质。 传统的化学工业 “过度”发展造成了严重的环境 污染和生态破坏！
大气变了!
100%的原子经济反应。 实例：Claisen重排和Beckmann重排反应等。
加成反应：
加成反应是不饱和分子与其它分子在反应中相互加合 生成新分子的反应。由于加成反应是将反应物的原子加到 某一基质上，因此是原子经济性反应。其通式为：
原子利用率为100%。 实例：丙烯催化加氢生成丙烷；六氯环戊二烯与双 环戊二烯的Diels-Alder加成反应。
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。
3、绿色化学的基本原理 （双十二条原则）
R. T. Anastas 和J . C. Waner 曾提出了著名的12 条绿色 化学原则，作为开发环境无害产品与工艺的指导：
“前十二条”原则：
1）防止污染优于污染治理； 2）提高原子经济性； 3）尽量减少化学合成中的有毒原料、产物； 4）设计安全的化学品； 5）使用无毒无害的溶剂和助剂控、报道并减少实验室废弃物的排放。
三、绿色化学的研究内容
绿色化学的研究内容
对于一个化学反应主要受四方面的影响： （1）原料或起始物的性质； （2）试剂或合成路线的特点； （3）反应条件； （4）产物或目标分子的性质。
绿色化学研究的重点领域
1、原子经济反应的开发 原子经济性的定义：1991年，由Trost首先提出，是指 在化学反应过程中，原料分子中的原子进入到产品的份额。
取代反应：
取代反应是有机化合物分子中的原子或基团被其他 原子或基团所取代的反应。它是用某一基团取代离开的基 团，因而被取代的基团不出现在产物中而成为废弃物，其 效益取决于所用的试剂及基质。其通式为：
2）衍生化过程对反应原子经济性的影响
在化学合成过程中，为了使一个特别转换发生，需 要进行分子修饰或者产生所需物质的衍生物来辅助实现。