第十章化学制药和环境保护

H3C C CHCOOC2H5 O
NaOH
CH2CH(CH3)2
Ë® Õô Æû
CH2CH(CH3)2 AgNO3 ,KOH
CH2CH(CH3)2 HCl
CH2CH(CH3)2
H3C C CHCOONa O
化学制药工艺学
H3C CH CHO
H3C CH COOK
H3C CH COOH
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采用新发明的方法生产布洛芬，废物量可减少37%， BHC公司因此获得了1997年度美国“总统绿色化学挑 战奖”的变更合成路线奖。
(CH3CO)2O (6-2)
HF
异丁苯
CH2CH(CH3)2 Raney Ni H2
COCH3
CH2CH(CH3)2 CO, Pd
(6-1)
H3C CH OH
布洛芬
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(3)无污染的绿色生产工艺是消除环境污染的根本措施
例:苯甲醛是一种重要的中间体，传统的合成路线是以 甲苯为原料通过亚苄基二氯水解而得：
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四、改进生产设备，加强设备管理
化学制药工业中，系统的“跑、冒、滴、漏”往往 是造成环境污染的一个重要原因，必须引起足够的重 视。在药品生产中，从原料、中间体到产品，以至排 出的污染物，往往具有易燃、易爆、有毒、有腐蚀等 特点。
无论是设备或管道，从设计、选材，到安装、操作 和检修，以及生产管理的各个环节，都必须重视，以 杜绝“跑、冒、滴、漏”现象，减少环境污染。
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3. 废水处理级数 按处理废水的程度不同，废水处理可分三级处理。 一级处理（预处理）通常是采用物理方法或简单的
化学方法除去水中的漂浮物和部分处于悬浮状态的污 染物，以及调节废水的pH值等。
二级处理主要指废水的生物处理。废水经过一级处 理后，再经过二级处理，可除去废水中的大部分有机 污染物，使废水得到进一步净化。适用于各种有机物 理的废水，经生化法处理后，废水中可被微生物分解 的有机物一般可去除90%，SS可去除90-95%， BOD5达到20-30mg/L，处理后的污水一般能达到排 放的要求。
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二、废水处理的基本方法 （组合运用）
废水处理技术按作用原理一般可分为物理法、化学 法、物理化学法和生物法。
物理法是利用物理作用将废水中呈悬浮状态的污染 物分离出来，在分离过程中不改变其化学性质，如沉 降、气浮、过滤、离心、蒸发、浓缩等。
化学法是利用化学反应原理来分离、回收废水中各 种形态的污染物，如中和、凝聚、氧化和还原等。
产品排放的废物/吨 0.1 1-5 5-20
25-100
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制药厂，尤其是化学制药厂是环境污染较为严重的企业。
从原料药到成品药，整个生产过程都有造成环境污染的 因素。
据不安全统计，全国药厂每年排放废气量约10亿M3,其 中，有害物质约10万吨，每天排放的废水量约50万M3， 每年排放的废渣约10万吨，对环境危害十分严重。
NH2
N
NH2
N
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苯乙酸是合成药物的重要中间体。目前工业上仍 以苯乙腈水解来制备，而苯乙腈又是由苄氯和氢氰酸 （剧毒）反应来合成的。现在通过苄氯羰化合成苯乙 酸已经获得成功：
CH2Cl + CO
H2O OH -
CH2COOH
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二、循环套用
这不仅可降低原辅材料的单耗，提高产品的收率， 而且可减少环境污染。例如，氯霉素合成中的乙酰化 反应：
. COCH2NH2 HCl
H2O + (CH3CO)2O + CH3COONa
COCH2NHCOCH3 + 2CH3COOH + NaCl
NO2
NO2
原工艺：蒸发浓缩母液，回收醋酸钠
新工艺：母液套用。降低原料消耗、提高产率、 减少废水。
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例：甲氧苄氨嘧啶(Trimethoprim，TMP)生
健康的影响程度，将污染物分为二类。 （l）第一类污染物 指能在环境或生物体内积累，对人体健康产生长远
不良影响的污染物。《国家污水综合排放标准》中规 定的此类污染物有9种，即总汞、烷基汞、总镉、总 铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并()芘。
（2）第二类污染物 指其长远影响小于第一类的污染物。在《国家污水 综合排放标准》中规定的有pH值、化学需氧量、生 化需氧量、色度、悬浮物、石油类、挥发性酚类、氰 化物、硫化物、氟化物、硝基苯类、苯胺类等共20项。
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物理化学法是综合利用物理和化学作用除去废水 中的污染物，如吸附法、离子交换法和膜分离法等。
生物法是利用微生物的代谢作用，使废水中呈溶解 和胶体状态的有机污染物转化为稳定、无害的物质， 如H2O和CO2等。
COD-BOD=未能被微生物降解的污染物的含量
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2. 清污分流
清污分流是指将清水(如间接冷却用水、雨水和 生活用水等)与废水(如制药生产过程中排出的各种 废水)分别用各自不同的管路或渠道输送、排放或贮 留，以利于清水的循环套用和废水的处理。
除清污分流外，还应将某些Biblioteka Baidu殊废水与一般废 水分开，以利于特殊废水的单独处理和一般废水的 常规处理。
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（2）简化合成工艺，缩短反应路线
例：非甾体消炎镇痛药布洛芬(Ibuprofen，)的合成曾采 用Darzens合成路线，从原料异丁苯到成品需如下六 步反应：
CH2CH(CH3)2
(CH3CO)2O AlCl3
CH2CH(CH3)2 C2H5ONa
CH2CH(CH3)2
ClCH2COOC2H5
COCH3
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二、我国防治污染的方针政策：清洁化生产和末端污染 治理
三、化学制药厂污染的特点和现状 1. 成分复杂、组分多、变动性大 2. 间歇排放 3. pH值不稳定 4. 化学需氧量（COD）高 5.毒性、刺激性、腐蚀性大
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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
CH3 Cl2
¹â ºÍ È
CHCl2
H2O H+
CHO
间接电解氧化法制备苯甲醛是一条绿色生产工艺：
µç ½â Ñõ »¯ · ´ Ó¦ Mn2+
Mn3+ + e
CH3 + 4 Mn3+ + H2O
CHO + 4 Mn2+ + 4 H+
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2. 优化工艺条件
例：乙酰苯胺的硝化反应：原工艺要求将乙酰苯胺 溶于硫酸中，再加混酸进行硝化反应。后经研究发现， 乙酰苯胺硫酸溶液中的硫酸浓度已足够高，混酸中的 硫酸可以省去。这样不但节省了大量的硫酸，而且大 大减轻了污染物的处理负担。
将反应母液循环套用，可显著地减少环境污染。 其它的如催化剂、活性炭等经过处理后也可考虑反复使用。 化学制药工业中冷却水的用量占总用水量的比例一般很大，必 须考虑水的循环使用，尽可能实现水的闭路循环。
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三、综合利用
充分利用废弃物“资源”的水平反映了一个企业的生 产技术水平。
例如，氯霉素生产中的副产物邻硝基乙苯，是重要 的污染物之一，将其制成杀草胺(Shacaoan)，就是一 种优良的除草剂。
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三级处理是一种净化要求较高的处理，目的是除 去二级处理中未能除去的污染物，包括不能被微生物 分解的有机物、可导致水体富营养化的可溶性无机物 (如氮、磷等)以及各种病毒、病菌等。
深度处理，只有特殊要求时才使用。 BOD5达到 5mg/L以下。
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4. 废水中的污染物的分类 在《国家污水综合排放标准》中，按污染物对人体
C2H5 NO2 »¹ Ô­
C2H5
Br
NH2 (1) CH3CHCH3
(2) NaOH
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例：叶酸(Folic acid)合成中的丙酮氯化反应：
O CH3 C CH3 + Cl2
O Cl CH3 C C Cl + HCl
Cl
反应过程中放出大量的氯化氢废气，直接排放将 对环境造成严重污染。经依次用水和液碱吸收后，既 消除了氯化氢气体造成的污染，又可回收得到一定浓 度的盐酸。
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第三节 废水的处理
一、废水处理有关的基本概念
l. 水质指标：表征废水性质的参数,如pH值、悬浮 物（SS）、生化需氧量（BOD）、化学需氧量COD等指标。 pH值是反应废水酸碱性强弱的重要指标。 悬浮物（SS）是指废水中呈悬浮状态的固体。 生化需氧量BOD：在一定条件下，微生物氧化分解水中 有机物时所需的氧量。 BOD5，即5日生化需氧量，表示在20℃下培养5天，1L水 中溶解氧的减少量。（mg/L）
2004年因环境污染造成的损失达5118亿元，占当 年GDP3.05%;
2010年，环境退化成本从5118.2亿元增加到8947.6
亿元，占GDP3%左右，虚拟治理成本从2874.4亿元
提高到5043.1亿元
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人类对待污染的对策
1 ★.随意抛弃法 人类社会早期，人口密度小，生活水 平低下，垃圾少且易分解。
NO2 + KF
Cl
DMSO
NO2
»·¶¡ í¿
F NO2
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F
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4.采用新技术
例、在药物中间体4-氨基吡啶的合成中，原工艺采用铁 粉还原硝基氧化吡啶制备4-氨基吡啶,消耗大量的醋酸， 产生较多的废水和废渣。
现采用催化加氢还原技术，既简化了工艺操作，又消 除了环境污染。
NO2
N
O
Fe, CH3COOH H2, Raney Ni, CH 3CH2OH
产
CONHNH2
CHO
CH3O
+ 2K3Fe(CN)6 + 2NH4OH
OCH3 OCH3
铁氰化钾
¼×±½ + 2K3(NH4)Fe(CN)6 + N2 + 2H2O
CH3O
OCH3
OCH3
亚铁氰化钾铵
3K3(NH4)Fe(CN)6 + KMnO4 + 2H2O
3K3Fe(CN)6 + MnO2 + KOH + 3NH4OH
第十章 化学制药与环境保护
1
2
3
4
第一节 概 述
一、环境保护的重要性
全球环境问题日趋严峻：1/3哺乳动物面临灭绝，20% 淡水鱼濒临灭绝，9%树种面临灭绝，50%珊瑚退化， 80%原始森林遭到破坏，20%人口难以获得安全饮用 水，2/3人口面临供水困难。
全球十大环境问题：大气污染，臭氧层破坏，全球变 暖，海洋污染，淡水资源紧张和污染，土地退化和 沙漠化，森林锐减，生物多样性减少，环境公害， 有毒的化学品和危险废物。
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化 学 需 氧 量 COD: 在 一 定 条 件 下 ， 用 强 氧 化 剂
（K2Cr2O7、KMnO4）使污染物氧化所消耗的氧量。 CODCr：我国的废水检验标准规定以重铬酸钾作氧化剂， 标记为CODCr COD、BOD表征水被污染的程度。
COD 能更精确地表示废水中的有机物的含量
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环保目标
美国：2020年废弃物减少40-50%； 中国：2010年基本改变生态环境恶化状况。（1995
年提出）
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我国环境污染造成的经济损失
据中科院公布的一项报告表明：1995年我国环境 污染造成的经济损失达到1875亿元，占当年国民生产 总值(GDP)的3.27%。大气污染造成的经济损失占总 损失的16.1%。
NHCOCH3 + HNO3
H2SO4
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NHCOCH3 + H2O
NO2
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3. 改进操作方法
例、抗菌药诺氟沙星(Norfloxacin)合成中的对氯硝基 苯氟化反应，原工艺采用二甲基亚砜(DMSO)作溶剂。
后改用高沸点的环丁砜作溶剂，反应液除去无机盐 后，可直接精馏获得对氟硝基苯，避免了废水的生成。
2. ★深埋或遥远抛弃法 随着人类社会的发展，随意 抛弃的垃圾已成为眼中钉，采取深埋或抛至遥远的 荒郊野岭。“眼不见为净法”
3. ★异国他乡抛弃法 严重的国际问题，许多发展中 国家都大力抵制这种侵略。“侵略法”
4. ★末端处理法 生产过程出现了污染，进行处理。
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人类消除污染的代价
★ 1992年 美国化学工业用于环保的费用为$1150亿, 用于清理已污染区域的费用为$7000亿； ★1996年 Dupont公司的化学品销售总额为$180亿， 其中用于环保费用为$10亿； ★ ★人们已经认识到：依靠开发更有效的污染控制 技术所能实现的环境改善是有限的，关心产品和生 产过程对环境的影响，依靠改进生产工艺和加强管 理等措施 来消除污染更为有效。
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第二节 防治污染的主要措施
一、采用绿色生产工艺 理想：原子经济反应，实现废物的零排放 1.设计或重新设计少污染或无污染的生产工艺 （1）以无毒、低毒的原辅材料代替有毒、剧毒的
原辅材料，以降低或消除“三废”的毒性。 例：氯霉素合成中用催化剂异丙醇铝的制备，以
三氯化铝代替氯化高汞。
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