四川大学绿色化学期末考试题备用卷1

绿色化学期末考试试卷

一、名词解释（24分）

1. 环境因子

2.“软”药剂

3. 产毒结构

4. Ⅱ相反应

5. 螯合作用

6. 电子等排物

二、问答题（43分）

1. 工业上可用乙基蒽醌（A）以两步反应制备H2O2，其工艺流程可简单表示如下：

试问该法生产H2O2可否称为理想状态的“绿色化学”工艺？简述理由。

2. 举例说明在搞清楚一类结构相似的化合物构效关系后，进行分子修饰和操控来降低其毒性。

3. 使用离子溶液作有机合成溶剂有什么优点？

4. 简述酶催化反应的特点。

三、苯乙酸是一种重要有机化工原料，具有羧基、亚甲基氢和苯环的典型反应，生成许多有用的中间体，在医药、农药、香料等行业都有广泛的用途。传统工艺采用苄氯和氢氰酸反应合成。（本题16分）

1. 写出该过程的化学计量关系式和反应条件。

2. 计算该方法的原子利用率，用绿色化学观点分析该过程的不足。

3. 设计一条新的更接近绿色化学目标的苯乙酸合成路线。

4. 分析你设计的过程的绿色化学优点。

四、举例说明催化剂在化学反应中的作用及催化科学与技术对绿色化学发展的重要作用。（22）

五、我看绿色化学（写出自己的观点和评价）。（本题7分）

答案

一、名词解释

1. 环境因子：即每生产1公斤的目标产物，同时所生产废物的质量，环境因子可衡量生产过程对环境的影响。

2. “软”药剂：是指那些临床上有治疗效果，但又因具有毒性或副作用而限制使用的物质的类似物质，即保留物质的治疗特性，同时又使它失去毒性和副作用。

3. 产毒结构：有些物质没有直接的毒性，但由于其分子的特殊结构，它能在代谢过程中转化为有毒的物质，这种结构特征称为产毒结构。

4. Ⅱ相反应：为结合反应。内源代谢底物如葡萄糖醛酸盐、硫酸盐、乙酸盐和氨基酸与有毒陌生化学物质结合，生成水溶性更大的物质，从而容易排泄。

5. 螯合作用：是指金属离子与有机分子键合的过程，通常有机分子中有2个或2个以上的供电原子（如O，N等）与金属离子形成多个共价键（如与Ni2+、Cu2+、Mg2+等）最终形成环状结构，通常O，N配体与金属键合，形成五元或六元环，有机分子中的S原子也能与金属配位形成稳定的四元环。

6. 电子等排物：具有相同数目的原子、相同数目的电子切点子的排布方式相同，因而有相同的电荷的一些物质和取代基。以及除上述外，具有相似分子形状和体积、大致相似的电子排布，因而表现出相似物理化学性质的分子、原子、取代基等。

二、简答题

1. 将上述两步反应式叠加，得总反应为：H

2+O

2

=H

2

O

2

，则原子利用率为34/34

×100%＝100%，故该方法生产H

2O

2

可称为理想状态得“绿色化学”工艺。

2. （1）化学品分子的结构与药理活性或毒性之间的关系，即一类化合物的药理活性或毒性以及该类化合物中不同结构（结构差异）引起的药理活性或毒性差异称为构效关系(structure activity relationship)。搞清楚一类结构相似的化合物构效关系后，可以设计新的化合物以加强药效或减轻毒性，或者推测未测试物质的药效或毒性。（2）例如选择活设计聚乙氧基壬酚，该物质常用作清洁剂和油墨中的发泡剂和表面活性剂，其结构式为：

C 9H

19

-C

6

H

4

-O(CH

2

CH

2

O)nCH

2

CH

2

OH

猪和狗的动物实验发现，当其中n=14~29，每天每公斤体重口服40mg就会引起严重心肌坏死；当n＜14或n＞29，就观察不到无心肌病变。因此，根据这一构效关系，在选择使用聚乙氧基壬酚时，应设计使用n＜14 或＞29的聚乙氧基壬酚

3. （1）可操作温度范围大（－40℃～300℃），因而可进行各种动力学控制；（2）对大量的无机物、有机物和高分子化合物有很大的溶解度，因而所需反应器的体积不大；（3）表现出布朗斯特酸酸性、Franklin酸酸性和超强酸性；

（4）蒸气压很小，几乎观察不到；（5）对水敏感但有的并不怕遇水，甚至能与水共同使用，故易于工业应用；（6）热稳定性较好；（7）相对便宜且易于制备。

4. 以酶为催化剂，具有以下主要特点：（1）反应条件温和。一般在常温常压下即可进行，由于酶是蛋白质，故遇高温、强酸、强碱、重金属离子、紫外线等易失去活性；（2）高度专一性。一种酶只能催化一种反应，而对其他反应不具有活性；（3）活化能低，催化效率极高，比一般的无机或有机催化剂可高出108～1012倍；（4）多样性。酶的种类繁多，几乎能催化所有的反应。（5）酶催化反应的历程复杂（从而速率方程复杂），酶反应受pH值、温度以及离子强度的影响较大。

三、答案要点：

（1）化学计量式：

1）苯乙酸的合成

苯乙腈水解法，苯乙腈是由苄氯和氢氰酸反应合成的。

C 6H

5

CH

2

Cl + HCN → C

6

H

5

CH

2

CN + HCl

2 C

6H

5

CH

2

CN + H

2

SO

4

+ 4H

2

O → 2C

6

H

5

CH

2

COOH + (NH

4

)

2

SO

4

（2）计算原子利用率，用绿色化学观点分析过程的不足

2C

6H

5

CH

2

Cl + 2HCN + H

2

SO

4

+ 4H

2

O → 2C

6

H

5

CH

2

COOH + (NH

4

)

2

SO

4

+ 2HCl

原子利用率=(272/479)×100%=56.78%

该反应的原子利用率仅为56.78%，同时由于要使用大量剧毒的氢氰酸，因此生产过程极不安全。生成大量副产物硫酸胺和氯化氢，同时排放的废物中难免不含有氰化物，因而对环境的影响亦严重。

（3）苄氯与一氧化碳反应合成苯乙酸。

C 6H

5

CH

2

Cl + CO + H

2

O C

6

H

5

CH

2

COOH + HCl

（4）此反应在水和有机物组成的两相体系中进行，加入相转移催化剂四丁基溴化铵等，促进反应加快。用一氧化碳代替氢氰酸不仅避免使用剧毒原料，而且原料成本也大大降低。这一反应不产生对环境有害的物质，反应后除生成氯化钠外，基本上无其他副产物生成。

四、（1）催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率（合成氨中的Fe-K2O/Al2O3），可控制反应产物化学物种的选择性（乙烯选择性氧化的不同催化

剂：PdCl

2-V配合物，Ag/ Al

2

O

3

，Ni），控制产物的立体规整结构(丙烯的聚合：

氧气或过氧化物，Ziegler-Natta)，定向不对称合成旋光异构体(Ru手性膦配合物用于2-（6-甲氧基-2萘基）丙烯酸+氢生产左旋二羟基苯并氨酸)，与温度控

制化学物种选择性，与接触时间共同控制产物化学物种选择性（甲烷氧化生产合

成气中的Ni / Al

2O

3

），具有高度专一性，高选择性，高的反应物转化率和反应的

原子经济性的特殊功能的分子机器。

（2）催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用。在污染防治（减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放；减少挥发性有机溶剂的使用等；）活化新的反应原料，催化与反应过程的改善（乙醛的合成、对苯二酚的合成、羰基化合物的合成）等方面都有重要应用。

五、（略）主要应该叙述自己的观点。