绿色有机化学研究进展

绿色有机化学研究进展

摘要

现代社会中，科技已成为发展一个国家经济的重要指标，科技的进步就是一个国家的进步。绿色有机化学作为科技的不可或缺的力量，其发展前景一直备受关注。

绿色有机化学也就是我们在有机合成过程中怎样做到绿色有机，用新反应，新技术，新工艺获得所需要的目标产物。那么，现在社会中，在发展经济的同时，环境也在不同程度上受到污染，影响我们的健康的同时，还威胁着我们的子孙后代，于是，绿色有机化学在资源的合理开发和利用、减少或消除环境污染等可持续发展问题提出了更高的要求。近年来绿色化学，洁净技术，环境友好过程已成为合成化学追求的目标和方向。本世纪，有机合成的有效性，选择性，经济性，环境影响和反应速率将是绿色有机化学研究的重中之重。

关键词环己烯绿色实验改进催化剂

正文

绿色有机合成是指采用无毒、无害的原料、催化剂和溶剂，选择具有高选择性、高转化率，不生产或少生产副产品的对环境友好的反应进行合成，其目的是通过新的合成反应和方法，开发制备单位产品产污系数最低，资源和能源消耗最少的先进合成方法和技术，从合成反应入手，从根本上消除或减少环境污染。进入21世纪以后，在人类物质生活不断提高和工业化高度发展的同时，大量排放的工业和生活污染物却反过来使人类的生存环境迅速恶化，这就使化学家面临新的挑战，即要去发展对人类健康和环境较少危害的化学。这一问题近年来已受到相当重视，并出现了一系列新名词，如绿色化学、环境友好化学、洁净化学、原子经济性等。所谓绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。

绿色化学研究过程中应遵循12条原则：1.防止污染优于治理污染2.注重原子经济性3.无害化学合成4.

设计安全化学品5.使用安全溶剂和助剂6.设计能源经济性反应7.使用可再生原料8.尽量避免不必要的衍生步骤9.催化剂优于化学计量试剂10.降解设计11.预防污染中的实时分析12.防止意外事故的安全工艺。以这十二条原则为准则，化学家们不断寻求实现绿色合成的方法、技术与途径。比如：采用无毒、无害的高效催化剂、采用无毒、无害的溶剂、反应方式的改变、采用高效合成法、固态反应、利用可再生的生物质资源等。微波有机合成技术是近年来发展起来的一种新型有机绿色合成新技术。他不但能使不能发生的化学反应能进行，而且也能使有些化学反应的效率大大提高。

我们以环己烯的制备实验为例，了解其反应过程

环己烯反应原理：环己醇通常可用浓磷酸或浓硫酸作催化剂[1]

脱水制备环己烯，本实验是以浓磷酸作脱水剂来制备环己烯的。 主反应：OH

H 3P04

副反应： OH

O

OH

O H +

130-140o C

[O]

实验试剂药品与仪器装置

试剂药品：环己醇(10 g)， 浓磷酸(4 ml)，食盐(1g)， 无水氯化钙(1~2 g)，5%碳酸钠(4 mL)。仪器与设备：圆底烧瓶(50 mL)，分留住，分液漏斗，锥型瓶。

实验步骤

1．粗环己烯的制备

在50 mL 干燥的圆底烧瓶中，放入10 g 环己醇(10.4 mL ，0.1 mol)、4 mL 浓磷酸和几粒沸石，充分振摇使混合均匀。烧瓶上装一短的分馏柱作分馏装置，接上冷凝管（见图2-21），用锥形瓶作接受器，外用冰水冷却。将烧瓶在石棉网上用小火慢慢加热，控制加热速度使分馏柱上端的温度不要超过90℃[2]

，慢慢的蒸出生成的环己烯和水（混浊液体[3]。当烧瓶中只剩下很少量的残渣并出现阵阵白雾时，即可停止蒸

馏。全部蒸馏时间约需l h 。

2． 环己烯的精制

将蒸馏液用精盐饱和，然后加入3~4 mL 5%碳酸钠溶液中和微量的酸。将此液体倒入小分液漏斗中，振摇后静置分层。将下层水溶液自漏斗下端活塞放出、上层的粗产物自漏斗的上口倒入干燥的小锥形瓶中，加入1~2 g 无水氯化钙干燥[4]

。将干燥后的产物滤入干燥的蒸馏瓶中，加入沸石后用水浴加热蒸馏。收集80~85℃的馏分于一已称重的干燥小锥形瓶中。产率 3.8~4.6 g （产率 46%~56%）。纯粹环己烯的沸点为82.98℃，n 20

D = 1.4465。

图3-1 环己烯的红外光谱

绿色化学的特点

绿色化学是从源头上减少或消除在设计、 生产和应

用化学产品过程中产生或使用有害物质 的安全环保的化学方法。通过选择安全的物质去替代危险的原料和避免危险物排放的手段 来消除化学研究和生产对环境和人类的危害 本文依据绿色化学方法．对环己烯制备实验进行了绿色化改进，由以前实验可知，实验生成的环己烯具有令人不快的味道，为避免挥发到空气中危害师生健康，一般要求实验在通风橱中进行，安装通风橱和持续保持通风费用昂贵，大大增加了教学成本。在实验时，我们可以采用廉价的气球缓冲密封装置，使得蒸发出的环己烯不会挥发到空气中，保证了师生的安全，也节约了教学成本。

催化剂的绿化 相对于化学当量的反应，高选择性、高效的催化反应更符合绿色化学的基本要求。许多有机合成反应中，液体酸或碱是最常用的催化剂，其价格便宜、催化效率高，但对设备腐蚀严重、污染大、副反应多、后处理困难。为克服传统催化带来的危害，研究和开发新型绿色催化剂自然就成为目前最前沿的热点之一。较成功的有各种新型分子筛催化剂、固体超强酸或碱催化剂、杂多酸催化剂、夹层固体催化剂及相转移催化剂。这些新型催化剂的催化能力均优于传统的酸碱催化剂，同时对环境友好，目前正大量应用于有机合成中。在环己烯的制备实验中，所用的催化剂为具有强腐蚀性的浓硫酸，然而，浓硫酸有两个限制，一是具有高腐蚀性，对学生安全存在潜在危害，操作不当极易被浓硫酸毁伤，二是浓硫酸具有极强的反应能力，在生成环己烷的同时还常常伴随碳化，生成废物较多，加重了环境污染，降低了反应效率。为解决上述问题，我们采用了低腐蚀，反应活性低很多的磷酸做催化剂。不仅提高了反应收率，而且还降低了安全风险，