绿色化学

绿色化学Green Chemistry一绪论化学与社会化学与环境可持续发展与绿色化学化学与其它学科的关系化学是很多学科的基础；化学是一门实用科学，其直接对应的工业为化学工业；化学是一门创造性科学，其相应的化学研究组织很庞大，如美国的化学会。

现代化工在国民经济中的地位化工是强大的传统基础产业之一又是战略产业（从1970’ s开始化工及其产品在全球经济战略中一直扮演重要角色）也是当代高科技的基础同时与人类的衣食住行用有着密切的关系化学与8大公害事件（马斯河谷事件多诺拉事件伦敦烟雾事件洛杉矶光化学烟雾四日市哮喘事件米糠油事件水俣病事件痛痛病事件）环境污染类型的划分：按污染物性质可分为生物污染、化学污染和物理污染化学污染占80-90%环境科学诞生过于依赖合成杀虫剂，无异于饮鸩止渴！20世纪60～70年代，越来越多的研究结果证实了《寂静的春天》中的科学预言可持续发展自从1987年《我们共同的未来》(<Our Common Future>)出版以来，可持续发展作为一种新的发展理念和模式已逐渐为世界各国所接受。

但是，可持续发展如何从一个概念进入可操作的实践，仍然是一个世界各国政府、学术研究机构和企业界正在努力寻求解决的问题。

绿色化学技术绿色化学，又称“可持续发展化学”，主要是为了减少或消除化学反应对环境的污染和生态的破坏，研究新的化学反应体系，包括新的合成方法和路线，探索新的反应条件，寻求新的包括生物资源在内的化学原料，开发能够代替挥发性有机溶剂的溶剂、无毒无害的高效催化剂、减少副产物产生的合成方法，设计和研究新的绿色化学品等。

二绿色化学的基本概念（绿色化学的诞生绿色化学的定义绿色化学的内容绿色化学的原则原子经济性绿色化学奖简介）绿色化学的理论基础（（1）1991年，美国著名有机化学家Trost在《Science》上提出了“原子经济性（原子利用率）”的概念；（2）1992年，荷兰有机化学家Sheldon提出了“E-因子”的概念。

这两个重要的绿色化学基本概念的提出，引起了人们极大的关注，也标志着绿色化学的萌芽。

）1994年8月于美国华盛顿市召开的208届美国化学会全国年会环境化学分会，首次以“绿色化学”为主题。

Paul T. ANASTAS 1995 年编辑出版《绿色化学》（Green Chemistry ）。

1996年6月，克林顿颁发了美国首届“总统绿色化学挑战奖”。

1999年初，英国皇家化学会创办了国际性的“Green Chemistry”学术刊物。

这几个重大事件，正式宣告了绿色化学的诞生绿色化学定义绿色化学就是用化学的技术和方法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、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。

（联合国环保署）绿色化学的研究内容对于一个化学反应主要受四方面的影响：1）原料或起始物的性质；（2）试剂或合成路线的特点；（3）反应条件；（4）产物或目标分子的性质绿色化学的主要内容原子经济反应（无毒无害原料可再生资源无毒无害催化剂无毒无害溶剂环境友好产品回归自然废物回收利用）绿色化学的12项原则（预防——原子经济——无害的合成反应——设计安全的化学产品——安全的溶剂和辅料——有效能量的使用——可回收的原料——减少派生物——催化剂——降解——实时分析——防止事故）1预防——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。

2．讲原子经济——应该设计这样的合成程序，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。

3．较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法，使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。

4．设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性。

5．溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料（如溶剂或析出剂），当不得已使用时，尽可能应是无害的。

6．设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和经济的效益。

合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。

7．用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的，原料应能回收而不是使之变坏。

8．尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应（用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程），因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。

9．催化作用——催化剂（尽可能是具选择性的）比符合化学计量数的反应物更占优势。

10．要设计降解——按设计生产的生成物，当其有效作用完成后，可以分解为无害的降解产物，在环境中不继续存在。

11．防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法，在实时分析、进程中监测，特别是对形成危害物质的控制上。

12．特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中，反应物（包括其特定形态）的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。

化学反应的原子经济性Barry M.Trost 从1991 年起就致力于化学反应原子经济性的研究。

原子经济性（Atom economy ）是指反应物中有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应，就是反应物中的所有原子进入目标产物的反应，也就是原子利用率为100% 的反应。

这就要求目标产物就是反应物原子的结合。

在Wittig 反应中，虽然引入基团的分子量（CH 2，14）远远低于生成废物的分子量（Ph 3P=O ，278），而这个反应的产率仍有可能达到100%正是因为存在着这样一个矛盾，原子经济的概念被应用。

要把生成目标产物的反应变为原子经济反应，就要如此设计反应过程，即，使合成反应中所用原料加成化合后就直接为目标产物。

如若C 为我们需要的目标产物，传统合成方法为：A +B ——C +D 有废物D产生，这是该反应规定的，不可避免地会造成污染和资源浪费。

这就要求重新设计的反应物，使反应成为：E + F —— C 无副产物生成。

在传统有机合成中，不饱和键的简单加成反应，成环加成反应等属于原子经济反应，无机化学中的元素与元素作用生成化合物的反应也属于原子经济反应。

原子利用率O Ph 3Ph 3P=O 98276（总）278在合成反应中，减少废物排放关键是提高反应的选择性和原子利用率。

即化学反应中，到底有多少反应物的原子转变到了目标产物中，原子利用率可用下式定义：用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定量目标产物到底会生成多少废物。

如环氧丙烷的生产，传统方法也是氯醇法，在各步转化率、选择性均为100% 的情况下，其原子利用率仅可达31%同时也还存在使用有毒有害的Cl 2作原料，对设备有严格要求，产物的分离提纯等问题。

近年来发展了钛硅分子筛催化氧化法：新的催化法克服了有毒有害原料Cl2的使用，氧化剂H2O2对设备的要求远不及Cl2的要求严格，尽管原子利用率仅为76% ，但该反应唯一的副产物是水，它对环境是友好的。

因此，该方法的环境友好程度明显高于传统方法。

原子利用率达到100% 的反应有两个最大的特点，即最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；最大限度地减少了废物排放（因达到了零废物排放），因而最大限度地减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。

影响化学反应“原子经济性”的主要因素（化学反应类型；化学衍生化过程；化学反应途径。

）原子经济性与环境效益根据绿色化学的观点，制造各种化学品时，必须同时考虑对环境造成的影响。

荷兰有机化学家Roger A. Sheldon 提出了环境因子的概念，用以衡量生产过程对环境的影响程度。

环境因子（E 因子）定义为：在这里，相对于每一种化工产品而言，目标产物以外的任何物质都是废物。

E 因子越大，则过程产生的废物就越多，造成资源浪费愈大，造成的环境污染也愈大。

对于原子利用率为100% 的原子经济性反应，由于在目标产物之外无其它副产物，因此，其环境因子为零。

不同化工部门的E-因子可见，产品的生产规模越小，E-因子越大。

E 因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比例，废物排放到环境后，其对环境的影响和污染程度还与相应废物的性质以及废物在环境中的毒性行为有关。

要更为精确地评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏，必须同时考虑废物排放量和废物的环境行为本质的综合表现。

这一综合表现可用环境商值（EQ ）来描述：EQ ＝E × Q 式中E 为E 因子，Q 为根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度。

Q 值为相对大小，一般为一个比值。

Q值对化学物质的毒理学性质用Q值衡量，Q值的大小是有机化学衡量选择环境友好生产过程的重要因素。

Q值是根据废物在环境中的行为给出的对环境不友好度。

例如：若对无害的氯化钠（NaCl）和硫酸铵[(NH4)2SO4]其Q值=1，则重金属[如铜（Cu）、汞（Hg）等] 离子的盐类基于其毒性大小，Q值=100-1000。

LD50在传统上，化学危险物的定量评价是用“致命剂量50”（LD50）来衡量的，它也可以在新方法未能完善前作为参考，尤其是对化学品急性毒性的评估。

LD50一般以毫克（物质）/千克（体重）为单位，代表了使动物（通常是白鼠）种群一次口服、注射或皮肤涂抹药剂后，产生急性中毒而在一周内有一半致死时所需该药剂的用量。

三、绿色化学的主要内容（原子经济型无毒无害原料可再生资源无毒无害催化剂无毒无害溶剂环境友好产品回归自然废物回收利用）3.1绿色溶剂普遍认为应该具有下述部分/全部特性：无VOC (VOC: 挥发性有机含碳化合物) 无生态毒性对人畜安全天然可再生快速生物降解不易燃挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,简称VOCs) 常温下饱和蒸气压大于约70Pa，常压下沸点小于260ºC的液体或固体有机化合物。

炭原子数小于12的大多数有机物都是VOCs。

室内空气中每立方米的VOCs含量应小于0.6mgVOCs的危害（1）大多数有毒，部分有致癌性；（2）大气中的氮氧化物、VOCs与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾。

（3）卤烃类VOCs可破坏臭氧层。

溶剂绿色化目前研究的有效方法有：（一）、水溶液系统（二）、离子溶液（三）、超临界流体（四）、无溶剂化绿色溶剂的主要类型水：水在有机合成中的应用；水相中的自由基反应，超临界水的应用等。

超临界流体：超临界CO2的应用等；离子溶液：在化学反应中的应用；在分离过程中的应用等。

超临界流体（Supercritical Fluid)高于临界温度和临界压力而接近临界点状态，称为超临界状态处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨。

常见临界点超临界二氧化碳，其临界温度为31.06℃，临界压力为7.38Mpa超临界水的临界点为374℃，22Mpa 超临界甲醇为239℃，8.1MPa注：补充下图医药工业中草药提取酶，纤维素精制化学工业金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离水和超临界水水水作为介质, 在稀释溶剂或萃取溶剂方面, 有其独特的优越性。