绿色有机合成化学

绿色有机合成化学

摘要：随着化工科技的飞速发展，化学为人类带来的益处越来越大。例如：药品的发展有助治愈不少疾病，延长人类的寿命；聚合物科技创造新的制衣和建造材料；农药化肥的发展，控制了虫害，也提高了生产。然而，制造这些化学品时，亦带来了新的问题，也就是对环境造成污染。今天，研究人员正努力应付各种环境问题，探讨各种物质对环境造成之影响及研究怎样清除污染。对持久的发展来说，补救环境工作是必要的，但仍有不足之处。于是，“绿色有机化学”的理念被提了出来。

关键字：绿色化学有机合成原子经济性应用

1.绿色有机合成化学的定义

绿色有机合成化学是指采用无毒、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。

2.绿色有机合成化学的研究内容

绿色有机合成化学是对传统化学的挑战, 是对传统化学思维方式的更新和发展, 因此, 绿色化学的研究内容是从反应原料、反应条件、转化方法或开发绿色产品等角度进行研究, 打破传统的化学反应, 设计新的对环境友好的化学反应。包括: ①使用无毒无害的原料; ②利用可再生资源; ③新型催化剂的开发研究;④不同反应介质的研究; ⑤寻找新的转化方法; ⑥设计对人类健康和环境安全的化学产品。

3.绿色有机合成化学的合成目标

绿色合成的目标,应当是符合绿色化学的要求,实现理想的合成。实现理想的合成,有两个定量的指标:其一是原子经济性;其二是E 指数。

3.1原子经济性

原子经济性概念是化学家Trost 提出的,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中,即原料分子尽可能百分之百地转变为产物,不需要附加,或仅仅需要无损耗的催化剂,使排放接近零。合成中原子的经济性,可用原子利用率来衡量:

原子经济性/ % = (预期产物的分子量/ 反应产物的原子量总和) ×100 %

原子经济性这一概念,引导着人们在设计合成途径中,如何经济地利用原子,避免使用保护基团,避免离去基团产生,从而保持与环境友好。

3.2 E 指数

E指数是化学家Sheldon 提出来的。它是从化工生产中的环保、高效、经济角度出发,通过化工流程的排废量来衡量合成反应的。

E 指数= 废弃物(kg) / 预期产物(kg)

这里的废弃物是指预期产物之外的任何副产物,包括反应后处理过程产生的无机盐。显然,要减少废弃物使E 指数较小,很重要的一方面是改变许多经典有机合成中以中和反应进行后处理的常规方法。

3.3 理想的合成

单纯用原子经济性和E 指数这两个概念去评价合成反应是否理想是不够全面的,至少还应考虑到废弃物对环境的危害程度及单位时间单位反应器体积生产物质量。为此,Wender 教授对理想合成作出了完整的定义[7 ] :一种理想(最终是有效的) 合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作,快速、定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然、或设计的目标分子定义提出的标准,也正是绿色合成的目标。绿色化学的应用

4.绿色有机合成化学的应用

4.1绿色有机合成化学在教学中的应用

化学教师在教学活动中起主导作用，因此教师观念更新，具备了绿色意识才会产生积极的行为效果。要做到绿色化学教育，就要加强教师队伍的培养，使化学教育更加服务社会，提高民族实力。要把绿色化学的理念贯穿到整个化学教育之中，作为一名化学教师就应该要树立可持续发展的观念，并在教学中体现绿色化学的理念，使绿色化学的思想和内容贯穿于从基础教育的始终；普及、宣传绿色意识，使绿色意识成为广大中学生正确的环境意识。教师还要勇于创新，探索改革，进行教学科研，对传统的教学内容，方法提出思考，进行改革，使化学教育能够得到发展。而且要让年轻的一代了解绿色化学、接受绿色化学、为绿色化学作出应有的贡献。

4.2绿色有机合成化学在石油方面的应用

“绿色化学”使用来源于石油的不那么有害的分子(物质)。接着，努力用来源于植物的物质代替这种来源于石油的物质。人们指出：“不管是石油还是植物，其分子都是一样的。唯一不同的是，来源于植物油的碳链具有能在自然中比较快地分解的结构[8]。”通过水解作用或甲醇分解作用，向日葵籽油和菜籽油能变成化学基础产品(如酸和甘油)或脂肪醇之类的衍生物。这些分子(物质)已经作为“表面活性剂”使用在我们的许多日用品中。如果没有这些物质，就不可能把油和水结合在一起，也就不可能生产出牙膏、化妆品和洗涤剂。若埃尔.巴罗说：“最近，我们用甜菜糖和一种植物油研制出新的系列产品，这些可以生物降解的产品将是生产软化剂和乳化剂时必用的原料。此外，由于这些可以生物降解的产品是无毒的，所以甚至连食品工业也可以将其引入食品生产过程中。”

4.3绿色有机合成化学在造纸方面的应用

绿色化学提出PST法，它是利用热力和机械及催化剂将稻麦草等植物体中的纤维与其它非纤维素细胞分离而得草浆进行造纸，与传统化学造纸法的本质区别在于制浆过程。传统制浆以草为原料造纸均采用化学法制浆，即在蒸煮过程加入大量的化工原料。PST法是利用催化剂、机械力和热力的作用对植物纤维进行分离，取其纤维造纸，其余部分作为植物粉末。其原理是根据植物草叶内部成份分布不均，茎中的筛管和导管、叶中的叶脉是由细长的纤维细胞组成，成份主要是纤维素、半纤维素和木质素，其壁厚而腔窄，有很强的抗拉力；其它的部分由短圆的细胞组成，成份主要是蛋白质、脂类或无氮浸出物，其壁薄而腔宽，它们之间或与纤维之间结合力很弱，机械强度不同，所以施以热力、机械和催化剂的作用使其分离而得草浆。全部过程不加任何化工原料，只有少量的催化剂，总排水pH值在6—8，整个工艺过程的用水经简单絮凝沉降后可循环使用，直接排放可肥田，因而就解决了有毒黑液的污染问题。

4.4绿色在住宅方面的应用

人们还提出零消耗住宅：半米厚的墙壁可全年保持宜人的温度；窗玻璃是三层的；风动的通风系统将新鲜空气送入每家每户，而流出的混浊空气中的热量却可被拦阻下来；特大的温室方向朝南，利于捕获太阳的光和热；太阳能电池则可提供足够的动力来驱动为社区公众服务的电动车。这些节能技术设施大多并不豪华，但建筑是时尚的，即使最普通的住房也都有独用的花园[10]。这就是一个拥有84个家庭的新型建筑群，名叫BedZED，位于伦敦南部。BedZED一词中的“ZED”，就代表“零能源”开发。这里的家庭在受惠于建筑物内的节能设施提供S效益之余仍需要的一点电力，是由一座以废弃木料作燃料的发电厂供应的。简单就价廉。据估算，这里房屋的造价不比造普通住房高，因为造的房子多，材料的价格就降低了。因此毫不奇怪，BedZED的理念赢得了人们的赞赏。

5 结语