(完整版)绿色化学与生物催化-2014讲解
合集下载
第五章-绿色化学方法ppt课件(2024版)
可编辑课件PPT
39
一、总体性分析
分析催化剂设计参数的几个要素：
活性、选择性、稳定性或寿命、对 人、对环境是否无害。
可根据反应类型、反应分子的活化方 式等选择催化剂的类型和可选用材料， 找出最适宜催化剂。
用实验证实设计的可行性，若实验 证明设计不合理，则又从头开始重新进 行设计。
可编辑课件PPT
步骤多,生成大量的盐副产物 还要多次使用硫酸、盐酸等有腐蚀 性的物质。
可编辑课件PPT
33
新的环境友好方法：
CH3CH=CH2
CH(CH3)2
O2 catalyst
CHC3O2HCH3 H+
CH(CH3)2
CO2H CH3 CH3
OH OH
优点: 这一新方法，虽然也不是原子经济的反
应，但由于反应步骤减少，且只有最后一步会 有副产物生成，其对环境的友好程度已大大优 于传统方法。
可编辑课件PPT
44
清洁氧化剂及其特点
分子氧(O2): 最清洁的氧化剂，但有
时受反应条件限制，也采用 过氧化氢或臭氧作为氧化剂。
可编辑课件PPT
45
清洁氧化剂及其特点
过氧化氢(H2O2)：
过氧化氢比氧和臭氧贵得 多，但过氧化氢中含有47%的 活性氧，其氧化产物为水，是 环境可接受的副产物。
可编辑课件PPT
活
洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型
化
催化剂
10
单组分沉淀法
制备非贵金属的单组分催化剂或载体
Al3+ + OH-
载体Al2O3
Al2O3.nH2O ຫໍສະໝຸດ 焙α- Al2O3， γ- Al2O3， η-Al2O3
可编辑课件PPT
绿色化学的定义及其核心内容_概述及解释说明
绿色化学的定义及其核心内容概述及解释说明1. 引言：1.1 概述绿色化学作为一种新兴的科学理念和方法，旨在通过最小化或消除对环境的危害，实现高效、可持续的化学反应和过程。
它注重资源的有效利用和废物的减少，以及对人类健康和生态系统安全的保护。
绿色化学关注的不仅是产品开发过程中各个环节的绿色改进，更重要的是将这种理念贯穿于整个化学产业链中。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述，首先介绍了引言部分，接着阐述了绿色化学的定义及其背景起源。
接下来将详细讨论绿色化学的核心内容，包括原料选择与设计、反应条件优化与改进以及废物处理与资源回收利用等方面。
然后会探讨绿色化学在不同领域中的应用情况，包括化工行业、能源领域以及材料科学与工程领域。
最后，在结论部分总结了绿色化学的重要性和影响力，并对未来发展方向和挑战进行了展望。
1.3 目的本文旨在介绍和解释绿色化学的定义及其核心内容，并探讨其在不同领域中的应用情况。
通过对绿色化学的深入了解，可以更好地认识到它对环境保护和可持续发展的重要性，以及在实践中所面临的挑战。
同时，本文也希望能够为各个领域从事研究和应用的人员提供一定的参考和借鉴，促进绿色化学理念在工业界的广泛推广与应用。
2. 绿色化学的定义2.1 定义解释绿色化学是一种以最大限度减少环境污染、降低对可持续资源的需求、提高产品能源效率和安全性为目标的新型化学范式。
它旨在通过设计和开发环境友好型化学反应、原料和产品，推动可持续发展和生态平衡。
绿色化学强调的是整个生命周期的可持续性，包括原材料选择、合成过程优化、废物处理与资源回收利用。
2.2 背景和起源绿色化学的概念最早于1990年由美国化学家Paul T. Anastas和John C. Warner提出，并于2001年正式被美国化学会（ACS）采纳并广泛传播。
绿色化学的起源是为了回应传统化工行业带来的巨大环境压力及其对人类健康和生态系统造成的威胁。
这一新颖理念促使科学家们重新思考传统有机合成方法，优先考虑可再生资源利用、无毒无害物质使用以及工艺条件优化。
绿色化学—催化剂
固体超强酸的失活
①表面促进剂SO42-流失 酯化、脱水、 醚化过程中有水或水蒸气存在 ②催化剂表面吸附、脱附及表面反应 或积碳 ③体系中有毒物 ④促进剂被还原 S从+6价降至+4价， 使硫的电负性显著下降，配位方式变 化，导致酸强度减小而失活。
固体超强酸载体的改性
表面积，增加酸量、酸的种类，增强抗毒物 的能力。 ①其他金属或金属氧化物改性 如Al、 Al2O3、MoO3，金属氧化物的电负性和配 位数对与促进剂SO42-形成的配位结构有很大 影响有单配位、螯合双配位和桥式配位几种 形式，能产生较强的L酸和B酸中心。
更新换代时期
（20世纪70~80年代）
在这一阶段，高效率的络合催化剂
相继问世；为了节能而发展了低压作 业的催化剂；固体催化剂的造型渐趋 多样化；出现了新型分子筛催化剂； 开始大规模生产环境保护催化剂；生 物催化剂受到重视。
1、高效络合催化剂
60年代，曾用钴络合物为催化剂生产。1970 年左右孟山都公司开发了低压法甲醇羰基化过 程，使用选择性很高的铑络合物催化剂。后来 又开发了膦配位基改性的铑络合物催化剂，用 于从丙烯氢甲酰化制丁醛。这种催化剂与原有 的钴络合物催化剂比较，具有很高的正构醛选 择性，而且操作压力低。
杂多酸是很强的质子酸。杂多酸酸性强度可 用以下方法来调控: （1）调整杂多酸负离子的组成元素。 （2）部分中和，形成酸性盐。 （3）形成不同金属正离子的酸性盐。 （4）形成有机碱的鎓盐。 （5）固载在不同的载体上。固载型杂多酸的酸 强度和催化活性取决于载体的类型、固载量和 预处理条件，最常用的载体是SiO2。
二、 催 化 剂 大发展时期 （20世纪30～ 发 60年代） 规模 展 扩大品种增加 阶 更新换代时期 段 （20世纪70～
生物催化ppt
酶专一性类型
立体异构专一性——指酶对催化底物的立体结构有高度 选择性。即一 种酶只能作用于底物立体异构中的一种 几何异构专一性 延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸
COOH CH2 CH2 COOH
HOOC + FAD SDH H C C
H + FADH2 COOH
酶作用专一性机制
锁钥学说（Lock and key theory)：
Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA
2人共同获1989年诺贝尔化学奖。
生物催化剂的来源
8%
4%
2 3
88%
微生物 动物 植物
目前，少数生物催化剂是从动物肝脏或植物中提取的，多数 来自于微生物细胞。除真核生物和单细胞酵母外，原核微生物是 生物催化剂的主要来源。
HOOCCH=CHCOOH H2O HOOCCH2CHCOOH OH
合成酶 Ligase or Synthetase
合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及 C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互 偶联。 A + B + ATP + H-O-H ===A B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
2 3
19
“三点结合”催化理论
认为酶与底物的结合处至少有三个点，只有在完全结 合情况下，不对称催化作用才能实现。
2 3
20
生物催化酶的类别
水解酶 氧化还原酶 转移酶
异构酶
生物催化酶 生物催化酶
裂合酶 合成酶
复合酶
21
新型生物催化剂在绿色化学合成中的应用
新型生物催化剂在绿色化学合成中的应用近年来，随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，绿色化学的概念在许多领域受到广泛关注。
绿色化学追求使用环境友好的化学方法和催化剂来替代传统的污染性化学合成过程。
在这一背景下，新型生物催化剂成为了一个备受研究关注的领域。
本文将聚焦于新型生物催化剂在绿色化学合成中的应用。
一、生物催化剂的概念及特点生物催化剂是指生物体内的酶或微生物，它们具备高效、选择性和绿色环保的特点。
与传统的化学催化剂相比，生物催化剂具有以下优势：首先，生物催化剂可以在温和的条件下完成反应，能够避免高温和高压对环境和催化剂的损害，从而减少能源和原料的消耗。
其次，生物催化剂具有很高的反应选择性，可以以极高的产率和纯度合成目标产品，避免了副反应和废旧产物的生成，降低了废物处理的成本。
另外，生物催化剂可与其他反应物或催化剂进行相对容易的回收和再利用。
这种可重复使用的特性使得生物催化剂成为一种经济高效的选择。
二、新型生物催化剂的分类和应用新型生物催化剂主要包括酶和微生物两大类，下面将对其进行分类并探讨其在绿色化学合成中的应用。
1. 酶类生物催化剂酶是一类高效的生物催化剂，可以催化多种化学反应，在绿色化学合成中具有广泛的应用潜力。
(1) 氧化还原酶的应用氧化还原酶是一类能够催化氧化还原反应的酶，如过氧化物酶和双氧水酶等。
这些酶在有机合成中可以替代传统的有毒氧化剂，例如磷酸铃和高价金属氧化剂。
通过催化氧化还原反应，这些酶能够高效、选择性地合成目标化合物。
(2) 转移酶的应用转移酶是一类能够催化化学物质转移反应的酶，如酰基转移酶和甲基转移酶等。
这些酶在合成有机化合物时能够替代传统的有毒试剂，例如有机氧化剂和有机卤化物。
通过催化转移反应，这些酶可以高效、选择性地合成特定的功能化合物。
2. 微生物类生物催化剂除了酶类生物催化剂之外，微生物也具备优异的催化能力，可以在绿色化学合成中发挥重要作用。
(1) 细菌的应用细菌是一类常见的微生物催化剂，具有广泛的应用潜力。
绿色化学(Green讲解
无毒无害 催化剂
无ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ无害 溶剂
绿色化学发展阶段
美国1990年通过了污染预防法（Pollution Prevention Act of 1990）。它促进美国环保局于1991年建立了绿 色化学规划 。 1994年8月于美国华盛顿市召开的208届美国化学会全 国年会环境化学分会，首次以“绿色化学”为主题。 1997年5月在美国先是由工业界、学术界、国家重点 实验室等联合在互联网上组成了一个虚拟非盈利组织， 以后演变建立了世界第一个绿色化学研究院（Green Chemistry Institute, GCI） 。 同年6月在美国首都召开了第一届绿色化学和工程年 会。 1999年初，英国皇家化学会创办了国际性的 “Green Chemistry”学术刊物。
为了预防污染进行实时分析（Real-Time Analysis for Pollution Prevention）。需要进一步开发新的分析方 法使可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之 前予以控制； 催化作用（Catalysis）。采用具有高选择性的催化剂 比化学计量学的助剂优越的多。 防止事故发生的固有安全化学（Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention）。在化学过程中 使用的物质和物质形态的选择，应使其尽可能地减少 发生化学事故的潜在可能性，包括释放、爆炸以及着 火等。
问题：化学工业带来严重的环境污染
2 绿色化学（Green Chemistry)定义
——又称环境友好化学（Environmentally Friendly Chemistry）、清洁化学（Clean Chemistry）。
定义：采用最少的资源和能源消耗，并产生最小的
介绍绿色化学
绿色化学技术：
生物技术：基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程。特点 ：能充分利用生物质资源，节约能源，实现清洁生产，并且实 现一般化工技术难以实现的化工过程。 催化技术：酶催化技术、纳米材料、光催化氧化法。 膜技术： 包括：膜分离技术和膜催化技术。优点：成本低、耗能少、效率 高、无污染、可回收有用物质等。
绿色化学的提出
绿色化学的口号最化学会（ACS）提出，按照美国《绿色化学》
(GreenChemistry)杂志的定义，绿色化学是指:在制造 和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除 废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的 绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用 自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利 用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的 开发，并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。 /greenchemistry/
绿色化学
绿色化学的提出
绿色化学的特点和原则 绿色化学的应用
绿色化学的研究成果
绿色化学的提出
传统的化学工业给环境带 来的污染已十分严重，目前全 世界每年产生的有害废物达3亿 吨～4亿吨，给环境造成危害， 并威胁着人类的生存。严峻的 现实使得各国必须寻找一条不 破坏环境，不危害人类生存的 可持续发展的道路。化学工业 能否生产出对环境无害的化学 品？甚至开发出不产生废物的 工艺？
生物质：生物质能在世界能源消耗中居第四位，仅次于煤 炭、石油、天然气，占世界总能耗的1 5％～ 1 8％。我 国生物质能资源丰富，但大部分生物质资源没有得到有效 利用。与化石能源相比生物质能具有的优点如下： 一、炭排放少，对环境友好 ； 二、具有可再生性；
绿色化学催化剂和溶剂
绿色催化剂定义：绿色化学要求化学品的生产最大限度 地合理利用资源，最低限度地产生环境污染和最大限度地 维护生态平衡。它对化学反应的要求是：采用无毒、无害 的原料；在无毒无害及温和的条件下进行；反应必须具有 高效的选择性；产品应是环境友好的。这四点要求之中有 两点涉及到催化剂，人们将这类催化反应成为绿色催化反 应，其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。绿色催化剂主 要有：固体酸催化剂，杂多酸催化剂，固体碱催化剂，生 物催化剂，膜催化剂等。 绿色溶剂研究热点：用超临界流体(SCF)或水溶液、离子 液体、固定化溶剂为反应介质取代易挥发的有毒有机溶剂。
《环境催化与材料》课程设计《绿色化学的生物催化》
目录1 绿色化学呼唤生物催化 (1)2 生物催化在绿色化学中的的应用 (2)3 生物催化在药物合成中的应用 (7)4 生物催化在天然产物修饰中的应用 (9)4.1卤化反应 (9)4.2大环化作用 (10)4.3糖基化作用 (11)5 结语 (12)参考文献 (13)1 绿色化学呼唤生物催化绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。
它是指在生产过程中不用或少用对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂，同时在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品。
绿色化学着重于分子水平上的可持续发展(即通过采用更优化的路线从源头提高化学过程的效率)．比起消除固有有害物质的环境保护措施。
绿色化学能产生更大的环境优势。
在降低生产消耗的同时也提高化学过程的效率。
其中一条重要的途径就是了解自然界是如何合成各种化学物质的。
即研究生物体如何通过基因编码的各种酶催化合成各种物质，在这种生物催化过程中酶是有效的合成工具，既可以合成各种分子。
包括氧气、氨气、甲烷等简单的分子和葡萄糖等碳水化合物，也可合成青霉素等抗生素、青蒿素等抗疟疾药物、紫杉醇等抗癌症药物，还可合成生物质(能再生的有机物质，包括农产品及农业废料、木材及木材废料、动物废料、城镇垃圾及水生植物)的主要成分——纤维素、木质素。
随着大规模基因测序技术、生物信息学和高通量筛选技术的发展．目前分析基因序列和发现新酶的速度是十几年前无法想象的。
宏基因组学和序列挖掘的方法大大缩短了新酶发现的周期。
利用宏基因组学的方法，可从不可培养的微生物样品中直接抽提DNA，然后进行克隆表达和功能筛选，它克服了许多特殊微生物不可人工培养的障碍，大大提高了发现新酶的可能性。
由于公布的基因库数据迅速增长，序列挖掘的方法变得越来越吸引人，即通过比对已知酶的序列来发现具有类似序列的新酶。
随着功能基因组研究的深入，已能够找到催化剂的功能基因，它所表达的酶催化剂能在完全“绿色”的溶剂(水)中表现出高度的区域选择性(即对底物分子不同位置的相同基团具有识别作用)、立体选择性(即对底物分子的不同立体异构体具有辨别功能)，并且反应条件温和、高效节能。
《无机化学》第4版 教学课件 17生态环境与无机化学 17-5绿色化学
1第71.57.章1 绿生色态环化境学与的无机基化本学概念
17.5 绿色化学
绿色化学
最大化原子经济性（即尽量使参加过程的原 子都进入最终产物）
使用安全溶剂和温和的反应条件（低温低压） 提高能源效率 设计使用可降解的化学产品，并能进入自然
生态循环 发展适时分析技术以便监控有害物质的形成 选择参加反应过程的物质，尽量减少发生意
外事故的风险
1第71.57.章1 绿生色态环化境学与的无机基化本学概念
17.5 绿色化学
绿色化学 是用化学的技术和方法去减少或消
除有害物质的产生和使用，但它不是 一般的控制污染，而是从根本上消灭 污染，它不再使用有毒、有害的物质， 不再产生废物，是一门从源头上防止 污染的化学。
1第71.57.章1 绿生色态环化境学与的无机基化本学概念
17.5 绿色化学
绿色化学
防止废物的产生优于在其生成后再进行处理 或清理
设计具有高使用效益、低毒性的化学产品 设计危险性较小的化学合成工艺 尽量使用可再生资源，特别是用生物质代替
石油和煤等矿物原料 使用高选择性的催化剂,而不是化学计量试剂 避免不必要的衍生化（阻断基团、第十七章 生态环境与无机化学
17. 5 绿色化学
1第71.57.章1 绿生色态环化境学与的无机基化本学概念
17.5 绿色化学
绿色化学 又称环境友好化学 （Environmentally Friendly Chemistry） 环境无害化学 （Environmentally Benign Chemistry） 清洁化学 （Clean Chemistry）
绿色化学(全套课件)四川大学(2024)
2024/1/29
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
绿色化学课件
• 不会形成光化学烟雾，也不会破坏臭氧层 • 来源丰富，价格低廉 • 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物
21
2 离子液体
完全由一种正离子和一种负离子组成，在室温下呈液态 的化合物，称之为室温离子液体。
离子之间作用力降低，晶格能下降，熔点下降，所以在 室温下呈液态。室温离子液体的特性：
1Байду номын сангаас 蒸汽压极小。
12
7: A raw material or feed stock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. 8: Unnecessary derivations should be avoided whenever possible. 9: Catalytic reagent (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents
11
4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.
21
2 离子液体
完全由一种正离子和一种负离子组成，在室温下呈液态 的化合物，称之为室温离子液体。
离子之间作用力降低，晶格能下降，熔点下降，所以在 室温下呈液态。室温离子液体的特性：
1Байду номын сангаас 蒸汽压极小。
12
7: A raw material or feed stock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. 8: Unnecessary derivations should be avoided whenever possible. 9: Catalytic reagent (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents
11
4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.
绿色化学
日本Toshiba Plant kensetsu Co. 1000t/a规模工厂 将融化后的塑料在管式反应器，高温高压下分解， 再真空蒸馏分离出苯乙烯单体 苯乙烯单体纯度99.83%, 收率约70％ 估计处理3000t/a废泡沫塑料的工厂需投资约300万 美元
42
聚烯烃的回收与利用 聚烯烃通常指聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）， 聚丁烯（PB）。 聚烯烃主要是由不可逆聚合反应制成，这些材 料化学性质稳定，其回收主要是指重新熔融挤压的 机械回收。 废料经适当处理可制成再生料，用于制多层瓶、 油容器、框子、箱子等，也用于与其它塑料共混， 改善性能。聚乙烯废料是制备氯化聚乙烯添加剂的 原料。聚烯烃还有一大用处是裂解产油。
北卡罗莱纳大学的J M Desimone等：
使用超临界二氧化碳代替氟利昂进行了氟化 丙烯酸酯的聚合反应
33
发展可再生生物质资源的利用技术
以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大 资源宝库，用之不竭，利用可再生生物质资源 消除污染，实现可持续发展
开发生物催化技术是关键
34
美国国家研究委员会
（National Research Council)
9
例2：
10
例3：用乙烯合成环氧乙烷 传统的氯醇法原子利用率只有25%。
采用乙烯催化环氧化方法原子利用率达到100%， 产率99%。
11
四、不同工业部门生产中的废物排放量
工业部门 炼油 大宗化学品 精细化工 制药
每吨产品排放的废物（Kg/吨） ~0.1 1~5 5~20 25~100
可以看出，产品越精细复杂，E值越大。这是 因为产品越复杂，生产步骤越多，原子利用率越 低的缘故。 12
第一章绿色化学
(包括醋酸)
BHC公司新发 明的绿色方法
获2019年美国“总统 绿色化学挑战奖”
设计安全化学品奖、 更新合成路线奖、 变更溶剂和反应条件奖、 学术奖和小企业
2020/2/16
27
高效有机合成法
一瓶多步串联反应
F
形 成 四 个 新 建F 7 个 手 性 中 心
T M S 产 率 6 5 % ～ 7 0 % H
环境因子 （ｋｇ副产物 /ｋｇ主产物）
< 0.1 <1～ 5
5～ 50 2 5～ 1 0 0以上
精细化工生产对生态环境造成的影响最为突出 。
2020/2/16
8
绿色化学和绿色化工
绿色化学(Green Chemistry) ——环境无害化学 ——环境友好化学 ——清洁化学
绿色化学，即如何从源头上减少、甚至消除污染的产生。其目 标为任何一个化学的活动，包括使用的化学原料、化学和化工 过程、以及最终的产品，对人类的健康和环境都应该是友好的。
这类催化剂的特点： ⑴ 只需通过简单的过滤即可达到与产物的分离； ⑵ 可重复使用，有时达到50次。
2020/2/16
25
发现新合成方法提高反应的原子经济性
布洛芬—镇静、止痛药 的生产
Boots公司的 Brown方法
原子经济性～40%
2020/2/16
26
发现新合成方法提高反应的原子经济性
原子经济性 ～99%
Cl
Pd催化剂 3000t Lazabemide
N Cl +CO+H2N(CH2)2NH2 65%
2020/2/16
23
开发新催化剂提高反应的原子经济性（2）
Baeyer-Villiger反应—用于生产医药、塑料添加剂 ➢ 传统工艺
BHC公司新发 明的绿色方法
获2019年美国“总统 绿色化学挑战奖”
设计安全化学品奖、 更新合成路线奖、 变更溶剂和反应条件奖、 学术奖和小企业
2020/2/16
27
高效有机合成法
一瓶多步串联反应
F
形 成 四 个 新 建F 7 个 手 性 中 心
T M S 产 率 6 5 % ～ 7 0 % H
环境因子 （ｋｇ副产物 /ｋｇ主产物）
< 0.1 <1～ 5
5～ 50 2 5～ 1 0 0以上
精细化工生产对生态环境造成的影响最为突出 。
2020/2/16
8
绿色化学和绿色化工
绿色化学(Green Chemistry) ——环境无害化学 ——环境友好化学 ——清洁化学
绿色化学，即如何从源头上减少、甚至消除污染的产生。其目 标为任何一个化学的活动，包括使用的化学原料、化学和化工 过程、以及最终的产品，对人类的健康和环境都应该是友好的。
这类催化剂的特点： ⑴ 只需通过简单的过滤即可达到与产物的分离； ⑵ 可重复使用，有时达到50次。
2020/2/16
25
发现新合成方法提高反应的原子经济性
布洛芬—镇静、止痛药 的生产
Boots公司的 Brown方法
原子经济性～40%
2020/2/16
26
发现新合成方法提高反应的原子经济性
原子经济性 ～99%
Cl
Pd催化剂 3000t Lazabemide
N Cl +CO+H2N(CH2)2NH2 65%
2020/2/16
23
开发新催化剂提高反应的原子经济性（2）
Baeyer-Villiger反应—用于生产医药、塑料添加剂 ➢ 传统工艺
绿色化学-第五章-绿色催化剂
原理
模板法是一种通过使用模板作为形状导向剂，制 备具有特定形貌和结构的催化剂的方法。
特点
模板法制备的催化剂具有高比表面积、高孔隙率 和良好的机械稳定性。
应用
广泛应用于制备有序介孔材料、多孔碳材料以及 多孔金属材料等。
05 绿色催化剂的未来发展与 挑战
提高催化效率与选择性
优化催化剂结构
通过调整催化剂的组成 和结构，提高其活性和 选择性，从而提高催化 效率。
绿色化学-第五章-绿色催化剂
目录
• 绿色催化剂概述 • 常见绿色催化剂的种类与特性 • 绿色催化剂的应用领域 • 绿色催化剂的制备方法与技术 • 绿色催化剂的未来发展与挑战
01 绿色催化剂概述
定义与特点
• 定义：绿色催化剂是一种在催化反应过程中能尽 可能减少或消除对人类健康、 磷酸、硅酸盐、沸石等。
特性
固体酸催化剂具有高活性、高选择 性、低腐蚀性、易回收等优点，适 用于酯化、烷基化、水解等反应。
应用
固体酸催化剂在化工、医药、农药 等领域广泛应用，如生产苯酚、异 丙醇等。
金属氧化物催化剂
01
02
03
种类
常见的金属氧化物催化剂 包括氧化铝、氧化锌、氧 化钛等。
特点
溶胶凝胶法制备的催化剂具有高活性和高选择性，同时操作简单、 条件温和。
应用
广泛应用于制备氧化物、复合氧化物以及金属氧化物催化剂。
化学气相沉积法
原理
化学气相沉积法是一种在加热条件下，使气态物质发生化学反应并 沉积在固体表面形成催化剂的方法。
特点
化学气相沉积法制备的催化剂具有高纯度、高密度和均匀的微观结 构。
药物合成
绿色催化剂在药物合成中，能够实现高效、环保 的药物合成过程，降低生产成本和减少环境污染。
模板法是一种通过使用模板作为形状导向剂，制 备具有特定形貌和结构的催化剂的方法。
特点
模板法制备的催化剂具有高比表面积、高孔隙率 和良好的机械稳定性。
应用
广泛应用于制备有序介孔材料、多孔碳材料以及 多孔金属材料等。
05 绿色催化剂的未来发展与 挑战
提高催化效率与选择性
优化催化剂结构
通过调整催化剂的组成 和结构，提高其活性和 选择性，从而提高催化 效率。
绿色化学-第五章-绿色催化剂
目录
• 绿色催化剂概述 • 常见绿色催化剂的种类与特性 • 绿色催化剂的应用领域 • 绿色催化剂的制备方法与技术 • 绿色催化剂的未来发展与挑战
01 绿色催化剂概述
定义与特点
• 定义：绿色催化剂是一种在催化反应过程中能尽 可能减少或消除对人类健康、 磷酸、硅酸盐、沸石等。
特性
固体酸催化剂具有高活性、高选择 性、低腐蚀性、易回收等优点，适 用于酯化、烷基化、水解等反应。
应用
固体酸催化剂在化工、医药、农药 等领域广泛应用，如生产苯酚、异 丙醇等。
金属氧化物催化剂
01
02
03
种类
常见的金属氧化物催化剂 包括氧化铝、氧化锌、氧 化钛等。
特点
溶胶凝胶法制备的催化剂具有高活性和高选择性，同时操作简单、 条件温和。
应用
广泛应用于制备氧化物、复合氧化物以及金属氧化物催化剂。
化学气相沉积法
原理
化学气相沉积法是一种在加热条件下，使气态物质发生化学反应并 沉积在固体表面形成催化剂的方法。
特点
化学气相沉积法制备的催化剂具有高纯度、高密度和均匀的微观结 构。
药物合成
绿色催化剂在药物合成中，能够实现高效、环保 的药物合成过程，降低生产成本和减少环境污染。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绿色化学形成的背景
➢ 1984年，美国环保局(EPA)提出“废物最小化”，这是绿色化 学的最初思想
➢ 1987年联合国提出关于“Our Common Future”的报告，率先 提出了可持续发展的概念
➢1990年，美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令，将污 染的防止确立为国策，该法案条文中第一次出现了“绿色化学” 一词
绿色化学与生物催化
郑高伟 许建和
gaoweizheng@
2012.10
化学的贡献 化学造就了现代物质世界
化学带来的环境问题
全世界每年产生的有害废物达3～4亿吨，给环境造成危 害，并威胁着人类的生存。
化学带来的资源问题
矿产资源枯竭
水资源枯竭
石油资源枯竭
不可持续的元素
化学带来的健康问题
➢1992年，美国环保局又发布了“污染预防战略”
➢ 1995年，通过美国EPA，学术界，工业界，政府部门等 协作提出利用化学开发新的污染预防技术并建议设立总统 绿色化学挑战奖以资鼓励。美国于1995年建立了此种特殊 奖励，每年颁发一次。
➢ Dr. Paul T. Anastas 和麻州大学的John C. Warner教授提出 了有关绿色化学的12条原则，为绿色化学奠定了理论基础
无害（或少害）的化学合成：无论在哪里行得通，所设计
的合成方法都应该使用和产生对人类健康和环境具有小的
或没有毒性。
(Anastas and WarnChemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity. 设计无危险的化学品：化学产品应该设计的使其有效地显示期望的功能而 毒性最小
原子经济：设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过 程的材料都进入最后的产品中
3. Wherever practicable, synthetic methodologies should be designed to use
and generate substances that possess little or no toxicity to human health and the environment.
(Green Chemistry: Theory and Practice, P. T. Anastas and J. C. Warner, Oxford University
Press, Oxford, 1998)
“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”
(Paul Anastas)
(John C. Warner)
6. Energy requirements should recognized for their environmental and economic impacts and should be minimized. Synthetic methods should be conducted at ambient temperature and pressure. 设计要有能效：化学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和经济的 影响并应该尽量节省。如果可能，合成方法应在室温和常压下进行。
➢ 1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》 杂志，标志着绿色化学的正式产生
绿色化学的定义
Green Chemistry is the utilisation of a set of principles that reduces or eliminates the use or generation of hazardous substances in the design, manufacture and application of chemical products.
畸形儿比率上升
在1950年代后期到1962年曾用作处理孕妇作呕的药剂，然而 后来发现在46个国家中有12000个儿童具有出生缺陷。
多种癌症频发
自1999年以来，西堤头村和刘快庄村各种癌症患者有232人，已经 死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病比例最高。两个村的总 人口大约是1.3万，癌症发病率达到了178/万，是全国癌症平均发病 率7/万的25倍多。
绿色化学的12原则
7. A raw material feedstock should be renewable rather than depleting whenever technically and economically practical. 使用可再生的原料：当技术上和经济上可行，原料和加工厂粗料都应可 再生
5. The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents, etc.) should be made unnecessary whenever possible and, innocuous when used. 安全的溶剂和助剂：所使用的辅助物质包括溶剂，分离试剂，和其它物当 使用时都应是无害的
化学工业的发展不能再走先污染后治理之路
1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元，清理 已污染地区花去7000亿美元；
1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元，环保 费用为10亿美元。
可见，从环保、经济和社会的要求看，化学工业的发展不能 再走先污染后治理之路。
第二章 绿色化学基本概念及原则
绿色化学的12原则
1. It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it is formed.
预防：防止产生废物比在它产生后再处理或清除更好
2. Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product.