催化剂与绿色化学
绿色化学原理在制药工业中的应用与实践
绿色化学原理在制药工业中的应用与实践一、引言绿色化学是一种注重减少或消除对环境和人类健康的危害的理念和方法，在近年来在各个领域得到广泛应用。
制药工业作为一个对环境要求极高的行业，在日常生产中也越来越注重绿色化学原理的应用，积极探索更环保、更可持续的生产方式。
本文将就绿色化学原理在制药工业中的应用与实践进行深入探讨。
二、绿色化学原理在制药工业中的应用1. 催化剂的使用传统合成方法中通常需要使用大量的有机溶剂和高温高压条件下进行反应，这对环境造成了很大的压力。
而绿色合成过程中，可以利用催化剂来提高反应速率和选择性，降低反应的温度和压力，从而减少对环境的污染。
在制药工业中，催化剂的使用已经成为一种主流技术，例如采用金属催化剂进行还原反应、采用酶催化合成等。
2. 可再生原料的利用绿色合成中提倡利用可再生原料来替代传统的石油化学原料，这样可以降低对非可再生资源的依赖性，减少能源消耗和排放。
在制药工业中，一些药物的合成可以通过利用天然植物提取原料或生物质来实现，降低生产过程的环境影响。
3. 废物处理和资源回收制药工业中产生的废物通常含有有害物质或高浓度的有机物，对环境造成很大的危害。
绿色化学原理中强调对废物的处理和资源回收，可以通过物理方法或化学方法将废物进行处理，提高废物利用率，降低对环境的污染。
4. 精准合成与高效分离技术在制药工业中，一些药物的合成需要高度纯净的反应条件和精确的合成步骤，绿色合成技术可以通过设计精准的反应条件和高效的分离技术，减少废物产生和提高合成产率。
三、绿色化学原理在制药工业中的实践案例1. 化学催化剂在药物合成中的应用以酶催化为例，通过设计合适的酶催化反应条件，可以实现对某些化学反应的高效催化，并达到较高的选择性。
近年来，绿色催化在制药领域得到了广泛应用，例如采用酶催化合成口腔杀菌药物，大大减少了有机溶剂的使用和废物的产生。
2. 可再生原料在药物生产中的利用一些天然植物提取物可以替代传统的合成原料，在药物生产中取得了良好的效果。
催化剂在有机合成中的绿色化学应用
催化剂在有机合成中的绿色化学应用引言：在当今社会，绿色化学作为一种十分重要的理念和方法，已经得到了广泛的关注和应用。
绿色化学致力于减少有机合成过程中对环境的污染，提高合成效率，降低废物产生等方面的问题。
而催化剂作为一种绿色合成的重要工具，在有机合成中起着举足轻重的作用。
本文将对催化剂在有机合成中的绿色化学应用进行探讨。
一、背景介绍催化剂是一种能够加速化学反应速率，且在反应结束后能够回收并再次使用的物质。
其在有机合成中的应用可以减少反应温度、提高产率和选择性，降低废物产生和能源消耗。
催化剂的选择对于绿色化学具有重要意义，下面将针对几类主要的催化剂及其应用进行讨论。
二、金属催化剂金属催化剂是有机合成中广泛应用的一类催化剂。
例如，钯、铑、钌等贵金属催化剂在碳氢键官能团化、C-C键构建和不对称合成等方面具有独特的催化性能。
其中，氢化钯催化剂在还原反应中常常具有很高的催化活性和选择性。
金属催化剂的应用具有高效、环境友好、温和反应条件的特点，因此在有机合成中广泛使用。
三、生物催化剂生物催化剂是一类以酶为代表的生物大分子催化剂，在有机合成中具有独特的优势。
酶催化合成反应过程中，反应底物通常是天然产物或类似天然产物，具有高效催化、高产率、高选择性等特点。
例如，利用酶的手性催化功能可以有效合成药物分子中的手性构型，避免了合成过程中常见的手性转化步骤，具有较好的环境友好性。
四、无机催化剂无机催化剂是一类以无机化合物为基础的催化剂，在有机合成中起着重要的作用。
例如，钛、锰等金属催化剂在有机合成中广泛应用于羰基化反应和催化不对称-亲核取代反应。
无机催化剂具有反应活性高、寿命长和较好的催化稳定性等特点，因此能够提高催化反应的效率和选择性。
五、注意事项在有机合成中使用催化剂时，需注意一些相关的事项，以确保绿色化学的实施。
首先，选择合适的催化剂对于提高反应效率和选择性至关重要。
其次，催化剂的寿命和重复使用能力需要进行评估，以确保其在反应过程中的可持续性。
催化剂的作用及在绿色化学的作用
二、催化剂在化学反应中的作用以及催化科学和技术对绿色化学发展的重要作用评分标准：1.催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率，可控制反应产物化学物种的选择性控制产物的立体规整结构，定向不对称合成旋光异构体丙烯酸+氢生产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,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。
（50分）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等方面都有重要应用。
（50分）催化剂的作用及在绿色化学的作用摘要本文主要阐述了催化剂和催化反应的概念，发展历史，主要特点等。
以及催化剂在绿色化学中所起的催化作用和所作的研究，以及成果。
关键词催化剂催化反应绿色化学1催化剂及催化反应发现的历史催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现。
一百多年前，有个魔术“神杯”的故事。
有一天，瑞典化学家贝采里乌斯在化学实验室忙碌地进行着实验，傍晚，他的妻子玛利亚准备了酒菜宴请亲友，祝贺她的生日。
贝采里乌斯沉浸在实验中，把这件事全忘了，直到玛丽亚把他从实验室拉出来，他才恍然大悟，匆忙地赶回家。
一进屋，客人们纷纷举杯向他祝贺，他顾不上洗手就接过一杯蜜桃就一饮而尽。
当他自己斟满第二杯酒干杯时，却皱起眉头喊道：“玛利亚，你怎么把醋拿给我喝！”玛利亚和客人都愣住了。
玛丽亚仔细瞧着那瓶子，还倒出一杯来品尝，一点儿都没错，确实是香醇的蜜桃酒啊！贝采里乌斯随手把自己倒的那杯酒递过去，玛丽亚喝了一口，几乎酸的吐了出来，也说：“甜酒怎么一下子变成醋酸啦？”客人们纷纷凑近来，观察着，猜测着这“神杯”发生的怪事。
贝采里乌斯发现，原来酒杯里有少量黑色粉末。
他瞧瞧自己的手，发现手上沾满了在实验室研磨白金时给沾上的铂黑。
他兴奋地把那杯酸酒一饮而尽。
原来，把酒变成醋酸的魔力是来源于白金粉末，是它加快了乙醇和空气中的氧气发生化学反应，生成醋酸。
绿色化学在有机合成中的应用
绿色化学在有机合成中的应用随着环境意识的增强和可持续发展理念的提倡，绿色化学作为一种环保、高效的方法逐渐在有机合成领域得到应用。
绿色化学强调使用环境友好的反应条件和高效的催化剂，以减少废弃物产生、改善反应效率和降低资源浪费。
本文将介绍绿色化学在有机合成中的几个重要应用方面。
一、可再生原料的利用传统的有机合成方法中，化学品的生产通常使用非可再生原料，如石油、煤炭等化石燃料，这不仅增加了能源消耗，还对环境造成了严重的污染。
绿色化学的一个重要应用是利用可再生原料进行有机合成，以减少对化石燃料的依赖。
例如，生物质资源如木质纤维、废弃农作物和农业残留物被广泛运用于有机合成中。
利用生物质的纤维素、纤维素衍生物等可以合成糖、有机酸、醇等化学品，如利用稳定的纤维素衍生物生产生物基塑料。
二、催化剂的应用催化剂是有机合成中不可或缺的组成部分，传统合成会使用大量的溶剂和助剂，而绿色化学强调使用环境友好的催化剂，以提高反应效率和选择性。
铁、钴等过渡金属催化剂在绿色有机合成中被广泛应用，它们对于氢化、氧化和羰基化反应具有良好的催化效果。
此外，一些可再生资源如蔗糖、木薯淀粉等也可以作为催化剂的前体。
三、溶剂的选择传统有机合成过程中常使用的有机溶剂如二氯甲烷、三氯甲烷等对环境和健康都存在潜在的危害。
绿色化学强调采用环境友好的溶剂，如水、离子液体等。
水是一种无毒、无污染、可再生的溶剂，被广泛应用于有机合成中。
水相反应可以降低合成过程中的废弃物产生，并且有助于提高反应的选择性。
离子液体由于其优异的溶剂特性和可重复使用的特点，也成为绿色化学领域的研究热点。
离子液体的应用不仅可以代替有机溶剂，还可以催化有机反应和催化剂的载体。
四、反应条件的优化传统有机合成反应常需要高温、高压等严苛的条件，这对能源消耗和反应产物质量控制都带来了困难。
绿色化学倡导使用环境友好的反应条件，如常温、常压下进行反应。
常温条件下的反应不仅节省能源，还可以提高反应的选择性和产率。
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～
催化剂与绿色化学
催化剂与绿色化学张烨材料化学2012111绿色化学又称环境友好化学，它是在化学产品的设计、制造和应用过程中运用一套原理和 理论来减少或者消除对有害物质的生产和利用的一门学科。
绿色化学工艺的目标是用化学的 技术和手段去减少或消除那些对人类健康有害的原料、 产物、副产物、溶剂和试剂等的产生 或应用。
绿色化学的核心是新催化剂和新反应工艺的研究！催化技术是绿色化学工艺研究及应用的重要手段。
两者的关系可以说是你中有我， 我中有你。
绿色化学由美国化学会（ACS ） 提出，目前得到世界广泛的响应。
其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环 境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
涉及原子经济性和绿色化学十二原则”问题。
而催化剂在这方面有着难以取代的作用。
绿色催化剂：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称为绿色催化反应，其使用的催化剂也 就称为绿色催化剂。
绿色催化剂的种类及性质：1）固体酸催化剂2）固体碱催化剂6）膜催化剂固体酸催化剂：分子筛催化剂，又称沸石分子筛催化剂，指以分子筛为催化剂活性 组分或主要活性组分之一的催化剂。
分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的 孔道、酸催化活性，并有良好的热稳定性和水热稳定性，可制成对许多反应有高活 性、高选择性的催化剂。
杂多酸催化剂，由杂原子（如P 、Si 、Fe 、Co 等）和配位原子（即 多原子，如 Mo 、W 、V 、Nb 、Ta 等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一 类含氧多酸或为多氧簇金属配合物， 常用HPA 表示。
特点有：可通过杂多酸组成原子的改变来调变其酸性和氧化还原性；一些杂多酸化合物表现出准液相行为，因而 具有一些独特的性质；结构确定，兼具一般配合物和金属氧化物的主要结构特征， 热稳定性较好，且在低温下存在较高活性；它是一种环境友好的催化剂。
绿色化学名词解释
绿色化学名词解释
绿色化学是一种以生态学、环境保护和人类健康为导向的化学。
它旨在设计、开发和实施化学过程和产品，以减少对人类健康和环境产生的潜在危害。
以下是绿色化学中一些重要的名词解释：
1. 原子经济性：指化学反应中所用的原子数与最终产物中原子数之比。
高原子经济性的反应可以减少废弃物和副产物的产生，从而降低环境污染。
2. 可再生材料：指由可持续资源生产的材料，如植物、动物和微生物源。
3. 生物降解性：指材料在生物条件下分解的速度和程度。
它是一种可持续的替代方案，因为它可以减少废弃物和垃圾的堆积。
4. 绿色催化剂：指使用低毒性和可再生材料催化反应的催化剂。
绿色催化剂可以减少反应废物和减少环境影响。
5. 超临界流体：指在高温高压下，具有液体和气体特性的物质。
超临界流体可以用于取代传统有机溶剂，并且对环境和健康没有危害。
6. 环境分析：指对环境污染物的检测和测量。
绿色化学的目标是开发出更快速、更准确、更廉价的环境分析方法，以促进环境保护和公共健康。
以上是绿色化学中一些重要的名词解释，它们都是为了更加环保和健康的化学工艺和产品服务的。
四川大学《绿色化学》习题答案第五章
第五章绿色化学方法答案1.什么是催化剂?为什么说催化剂在绿色化学中有十分重要的意义?答: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：PdCl2-V配合物， Ag/ Al2O3，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 / Al2O3 )，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。
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。
2.相比于传统的氧化剂,哪些是新型的绿色氧化剂？他们各有什么特点？答：传统的氧化剂有：NaClO， NaBrO， HNO3, KHSO3；CrO3, KMnO4, KCr2O7等,主要的缺点有：产生大量的盐废物，产生大量的废气和废水，产生大量的有毒有害的重金属离子.新型的绿色氧化剂有：（1）O2：氧气是最清洁的氧化剂；受限于它的氧化条件，通常伴随有其它辅助性的氧化/还原剂（2）H2O2：过氧化氢含有47％的活性氧成分，而且其还原产物为水，不会对环境造成污染;但过氧化氢比O2和O3都贵，且在室温条件可以分解.（3）O3：臭氧也是一种对环境有好的氧化剂，它的还原产物O2，但O3通常需要特殊的发生装置（4）N2O：N2O在参与氧化后的产物为N2，不对环境造成危害,但是N2O的合成比较复杂,成本较高（5）晶格氧：可以在没有气相氧分子存在的条件下进行烃类的氧化反应，能大幅度提高烃类选择氧化的选择性,而且因不受爆炸极限的限制，可提高原料浓度,时反应物容易分离回收，是控制深度氧化、节约资源和环境保护的有效催化新技术。
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催化剂与绿色化学
张烨
材料化学
2012111
绿色化学又称环境友好化学，它是在化学产品的设计、制造和应用过程中运用一套原理和理论来减少或者消除对有害物质的生产和利用的一门学科。
绿色化学工艺的目标是用化学的技术和手段去减少或消除那些对人类健康有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生或应用。
绿色化学的核心是新催化剂和新反应工艺的研究！催化技术是绿色化学工艺研究及应用的重要手段。
两者的关系可以说是你中有我，我中有你。
绿色化学由美国化学会（ACS）提出，目前得到世界广泛的响应。
其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
涉及原子经济性和绿色化学“十二原则”问题。
而催化剂在这方面有着难以取代的作用。
绿色催化剂：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称为绿色催化反应，其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。
绿色催化剂的种类及性质：1）固体酸催化剂
2）固体碱催化剂
3）生物催化剂
4）光催化剂
5）电极催化剂
6）膜催化剂
固体酸催化剂：分子筛催化剂，又称沸石分子筛催化剂，指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一的催化剂。
分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，并有良好的热稳定性和水热稳定性，可制成对许多反应有高活性、高选择性的催化剂。
杂多酸催化剂，由杂原子（如P、Si、Fe、Co 等）和配位原子（即多原子，如Mo、W、V、Nb、T a 等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸或为多氧簇金属配合物，常用HPA 表示。
特点有：可通过杂多酸组成原子的改变来调变其酸性和氧化还原性；一些杂多酸化合物表现出准液相行为，因而具有一些独特的性质；结构确定，兼具一般配合物和金属氧化物的主要结构特征，热稳定性较好，且在低温下存在较高活性；它是一种环境友好的催化剂。
固体碱催化剂：一般而言，固体碱可理解为凡能使酸性指示剂改变颜色的固体，或是凡能化学吸附酸性物质的固体；按BrÖnsted 和Lewis的酸碱定义，则固体碱是具有接受质子或给出电子对能力的固体。
固体碱的特点：固体碱作为催化剂具有高活性、高选择性、反应条件温暖和、产物易于分离、可循环使用等诸多优点。
固体碱的应用有：1.异构化反应：烯的异构化反应，如：1-丁烯异构化生成2-丁烯的反应通常被用来研究反应机理和表征催化剂的性能。
Al2O3、CaO和MgO对此反应有较好的催化活性；
2.氧化反应：不饱和烯烃的环氧化作用是在固体碱催化剂作用的同
时伴有过氧化氢物的加入；
3.氨化反应:在固体碱催化剂作用下伯胺和仲胺能够与共轭双烯发
生加成反应。
碱土金属氧化物、La2O3、ThO2等固体碱催化剂在反应中表现了较高的活性;
4.氢化反应:通常氢分子在固体碱催化剂被吸附并形成H+和H-起
到氢化作用。
固体酸碱催化反应的优势：在工艺上容易实现连续生产，不存在催化剂与原料和产物相分离、对设备的腐蚀、对人身危害和产生废酸碱污染环境等问题；可在高温下反应，大大提高生产效率；可扩大酸碱催化剂的应用领域，易于与其他的单元过程偶合形成集成过程，节约能源和资源。
生物催化剂:工业用生物催化剂是游离或固定化的酶或活细胞的总称。
由于具有反应条件温和、催化效率高和专一性强的优点，利用生物催化或生物转化等生物方法来
生产药物组分已成为当今生物技术研究的热点课题。
分类：氧化还原酶:对氧化还原反应有催化作用;
转移酶：转移酶的功能是转移基团，如转移甲基、甲酰基、糖苷基、氨基等基团等；
水解酶：水解酶对底物的水解反应起催化作用，如淀粉水解成糖、蛋白质水解成氨基酸、脂肪水解成脂肪酸等；
裂合酶：裂合酶能促进使底物移去一个基团而留下一个双键的反应或逆反应。
如脱羧酶、脱氨酶、水化酶等，均属此类；
异构酶：异构酶能促使同分异构物相互转变，例如将甜度为74％（以蔗糖的甜度为100％）的D－葡萄糖转化为甜度为173％的D－果糖；
连接酶：连接酶可以促进两种物质分子在ATP的参与下合成一种新物质的反应。
连接酶也称合成酶。
生物催化剂的应用：
目前，微生物和酶工艺已被用于生物衍生原料，现在开始扩展到石油衍生材料领域，且手性酶在有机药品合成及柴油微生物脱硫中得到广泛应用，在反应中作歧化剂。
在生产小分子的药物及中间体时，生物转化和传统的化学方法最显著的区别就是能非常有效地不对称合成手性化合物。
光催化剂：借助光的激发而进行催化反应的催化剂
分类：ZnO-CuO-H202，在紫外光作用下，可对染料废水进行催化脱色，脱色率100%；
Ti O2光催化剂光解二氯乙酸、光的光解制氢,CO2的光催化固碳都是为未来解决能源、人工光合作用的主要催化反应。
电极催化剂：电极既是电化学反应的反应物场所，也是供应和接收电子的场所，故
兼有催化和促进电子迁移的双重功能。
通过外部电路调控电极电位，可对反应条件、反应速率进行调控；
日本EbaraResea公司应用电极催化处理有机废水，经处理后99%的酚、酸、烯、酉旨及其它有机物都发生降解反应，也有用此法来处理含铬废水、烟
气及煤中的硫分
虽然绿色化工催化剂理论发展逐渐得到完善，但大多数催化剂仍停留在实验阶段，催化剂性能不稳定，制备过程复杂，性价比低是制约其工业化应用的主要原因，但从长远角度考虑，采用绿色化工催化剂是实现生产零污染的一个必然趋势。
环境友好的负载型杂多酸催化剂既能保持低温高活性、高选择性的优点，又克服了酸催化反应的腐蚀和污染问题，而且能重复使用，体现了环保时代的催化剂发展方向。
今后的研究重点应是进一步探明负载型杂多酸的负载机制和催化活性的关系，进一步解决活性成分的溶脱问题，并进行相关的催化机理和动力学研究，为工业化技术提供数据模型，使负载型杂多酸早日实现工业化生产，为石油化工和精细化工等行业创造更大的经济、社会效益。