化学反应中的原子经济性1

怎样解决以上缺点？
原子经济性方案：用氧气直接催化氧化法
例2：丙烯氧化制环氧丙烷
氯醇法
丙烯环氧化制环氧丙烷
传统工艺—氯醇法：原子经济性=31%
+ + 2CH3 CH CH2 2HOCl CH3 CH CH2 CH3 CH CH2
次氯酸
OH Cl
1- 氯丙醇
+ + CH3 CH CH2 CH3 CH CH2
第二章
本章主要内容
绿色化学的定义、特点 化学反应中的原子经济性 绿色化学十二条原则 绿色化学研究内容和任务
一、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、 试剂、产物、副产物等的使用和产生。
AU（%）=
目标产物的量 各反应物的量总和
100％

产率（％）＝ 实际得到目标产物的量
理论上原料变为目标产 物的量
100％
一宏观，一微观。
产率高不一定原子利用率高。
例如1：用乙烯 合成 环氧乙烷
也就是说：1公斤环氧乙烷（目标产物)就会产生3公斤 的副产物（即废物）CaCl2＋H2O；同时还存在使用 有毒有害Cl2为原料。
Ca(OH)2
Cl OH
2- 氯丙醇 O
2CH3 CH CH2
OH Cl
Cl OH
石灰
+ + CaCl2 2H2O
废渣 污水
绿色工艺—钛硅分子筛催化：原子经济性=76%
O
TS-1
H2O2
CH3 CH CH2
CH3 CH CH2 H2O
钛硅分子筛选催化剂
实例3 布洛芬—镇静、止痛药 的生产
Boots公司的 Brown方法
1、原子经济性概念
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。
原子利用率

目标产物的量 各反应物质的量之和
100％
化学反应的原子经济性可用其原子利用率衡量
“原子经济”，实现“零排放”
A＋B A＋B
产物
C＋D
C＋
废物或副产物
（4）由于反应步骤多，或常引入基团保护试剂或除去保 护基团试剂带来的对E的贡献为E4。
（5）即使对只有一个产物的反应，由于存在不同光学异 构体，必须将无用且有害的异构体分离并且抛弃，由此 对E的贡献为E5。
（6）由于分离工程技术限制，常常不可能达到完全分离， 以至部分产物随副产物进入环境，对E的贡献为E6。
（7）在分离单元操作中使用一些溶剂，因不能全部回收 而对E的贡献为E7。
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 。
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。
二、化学反应中的原子经济性
1、原子经济性概念 2、原子利用率和产率的区别 3、原子经济性与环境因子 4、原子经济性与化学反应类型
O
Cl
OH
+
3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，+产生3-氯苯甲 酸废物
绿色工艺
O +
H2O2
锡/沸石
O O +
H2O
负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性 86%，副产物只有水
例5：己二腈的生产
以前的合成方法：

CH2=CH-CH=CH2 Cl2
产率仅为54％
HCN Cu(CN)2
E因子公式：E实＝E理＋E1＋E2＋E3 E4＋E5＋E6＋E7
E理－－理论E因子，其值等于AU。 （1）由于一般化学反应并非是进行到底的不可逆反应，因
而存在一个化学平衡，故实际产率总小于100％，必然有废 物排放，它对E的贡献为E1。 （2）为使一昂贵的反应物充分利用，往往将另一个反应物 过量，此过量物必然会排入环境，它对E的贡献为E2。 （3）在分离产物时往往采用化学计量式的中和步骤，加入 一些酸与碱，从而生成无机废料，它对E的贡献为E3。
原子经济性 ~40%
布洛芬
第六步
第五步
第一步 第二步 第三步 第四步
BHC公司新
第一步
发明的绿色
方法
第二步
原子经济性
~99%
(包括醋酸)
获1997年美国总统 第三步 “绿色化学挑战奖”
简单 多了！
实例4
Baeyer-Villiger反应 ——用于生产医药、塑料添加剂
传统工艺
O
O
O
O
Cl
+
O
OH
废物 为零
原子经济性: 评估化学反应的效率方式，也就是，要考察有 多少反应物分子进入到最后的产物分子。理想的“原子经济性 ”反应，应该是100％的反应物转化到最终产物中， 而没有副 产物生成。传统化学反应比较重视反应产物的收率，而较多 地忽略了副产物或废弃物的生成。
原子利用率和产率的区别
原子利用率（Atom Utilization，AU）
H2 Pd
NC-CH2-CH2-CH2-CN
目前方法：由丁二烯与HCN合成制备
Ni,Complex CH2=CH-CH=CH2 +2HCN 30~50oC NC-CH2-CH2-CH2-CN
为加成反应，原子利用率为100％
原子经济性与环境因子
菏兰有机化学家赛德隆（R.A.Sheldon)根
据自己二十多年的工作经验在1992年提出了 环境因子和环境商的概念，用以衡量化工产 品生产过程中对环境造成的影响。
原子经济性与环境因子
相对于每种化工产品而言，目标产物以外
的任何物质都是废物。
环境因子（E）是指：每生产1kg目标产物
所产生的废物的量：
E—因子=废物的质量/目标产物的质量
环境因子越大，化工生产所产生的废物的量就 越多，造成的资源浪费和环境污染也越大
3 具有“原子经济性”
4 产品应是环境友好的
5
满足“物美价廉”
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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;
环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）、 环境友好化学（Environmentally Friendly Chemistry）、 清洁化学（Clean Chemistry）。
2、绿色化学的特点
绿色 化学 的 特点
1 采用无毒、无害的原料
2
在无毒无害的反 应条件下进行