第二章 绿色化学的实现途径
绿色化学题目
绿色化学题目Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT一、简要叙述绿色化学的概念、目标和实现途径。
答:绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，指在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。
目标：降低或除去化学产品设计、制造、应用中有害物质的使用与产生，使所设计的化学产品或过程对环境更加友好．它包括研究和寻找最大限度地节约资源和能源、减轻化实现途径：（1）开发绿色实验。
如实验室用H2O2分解制O2代替KClO3分解法，实现了原料和反应过程的绿色化。
（2）防止实验过程中尾气、废物等环境的污染，实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收，对实验产物尽可能再利用等。
（3）在保证实验效果的前提下，尽量减少实验试剂的用量，使实验小型化、微型化。
（4）对于危险或反映条件苛刻，污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验，可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法。
（5）妥善处置实验产生的废物，防止环境污染。
二、叙述绿色溶剂的概念、作用和主要分类，并对每一类绿色溶剂举出一个相关实例。
答：一般是指溶剂化学性质不稳定，可以为土壤生物或其他物质降解，半衰期短，很容易衰变成低毒、无毒的物质。
也称环境友好型溶剂。
在化工企业当中绿色溶剂一般指生物柴油、植物油，甲酯化植物油等。
水也可以广义的认为是绿色溶剂。
作用：可以替代传统的有机溶剂而且能够为反应分子提供新的分子环境，使反应的选择性转化率得到改变和提高，或使分离提纯等过程较容易进行,而溶剂本身是环境友好的主要分类：水：离子溶液:氯铝酸类，如超临界流体: scCO2，如，全氟碳流体是F，不是Fe三、概述绿色催化剂的定义及其包括的主要类型，并以两种绿色催化剂类型在有机合成中的应用作为实例，简要叙述绿色催化剂与传统催化剂的区别及优越性。
答：定义：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。
高中化学实验绿色化的方法
高中化学实验绿色化的方法绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下,用预防化学污染的新思想、新方法和新技术,对常规实验进行改革而形成的化学实验的新方法。
因此我们在教学实践活动中,应注意从教学的各个环节(备课、讲课、练习……)渗透绿色化学思想,从不同角度(教学目标设计、实验原理设计、日常行为准则、化学课外活动……)体现绿色化学教学,将绿色化学带给每一位学生,帮助每一位学生树立绿色化学观念和环境保护意识。
一、微。
“微”即在保证实验现象明显的前提下,减少实验药品的用量。
它包含两层意义:一是采用微型化学实验,即在微型化的仪器中进行化学实验,必须对实验进行重新设计与探索。
如Cu和浓、稀HNO3的反应。
二是采用微量化学实验,即采用常规的小量实验仪器和设备。
常规实验的小量化是在不改变实验的方法、不改变操作技术的前提下,采用常规的小容量仪器,药品用量减量。
如实验1-4吸热反应实验,药品用量减半;实验3-1物质的量浓度溶液配制将500mL体积改为100mL;实验6-4浓硫酸的脱水性实验蔗糖的用量也减了一半;学生实验均采用小试管进行有关的性质实验。
二、组。
“组”就是将几个实验组合在一起,使本来存在几次污染的实验变为一次污染,甚至没有污染,这样既节约了时间又减小了污染。
如氯气的制备和性质实验、卤素间的置换反应、二氧化硫的制备和性质实验、硫化氢的制备和性质实验,都可以把它组合在一起进行。
我们采用了三种不同的方案进行了这三个实验:①在分叉管内胶带上的滤纸中进行一系列的实验;②在三通玻璃管中分别进行一系列的实验;③在井穴板中(可以是购置的、也可以是代用品)进行一系列的实验。
三、封。
就是使有毒气体的制备和性质均在一个密闭的体系中进行。
我们成功地应用了气球、塑料注射器、三通管、分叉管进行了一系列的实验。
如用塑料注射器进行Cu和浓、稀HNO3的反应;用塑料注射器贮存少量有毒气体;P、Cu、H2在Cl2中燃烧,白磷和红磷相互转化、氯水的漂白性等实验均可用橡皮塞将其封闭起来,外接一个气球。
绿色化学第二章
和世界上首家实现三产品联产，实现了零排放。 创出了产量高、成本低、效益好、无污染、低 能耗、清洁生产的新路子。使得中国在这个领 域登上了当今世界科学的高峰。 这项技术除需要消耗一些燃料能源外，原料 成本达到了最小化。其重要经济利益在于： 第一，以工业废料为原料，大幅度降低了生 产成本； 第二，将不同的产品依其内在的生产联系， 科学地排列组合成一套新的工艺，减少了原料 运输等过程，大大地节约了成本。
2. 什么是环境因子？环境因子与原 子利用率之间有什么关系？ 3.原子经济性与产率有什么区别？ 4.通过哪些途径可以提高反应的原
子经济性？
三、原子经济性与环境效益
为了衡量生产过程对环境的影响， 1992年荷兰化学家Sheldon提出了环境因 子的概念，其定义为
废物质量 E 目标产物质量
原子利用率越低，环境因子就越大， 生产过程产生的废物就越多，造成的资 源浪费和环境污染就越大。
几个行业的环境因子
生产规模/kg E因子
石油精炼 基本化工 精细化工 制药
在化学和化工研究及生产中，有机合成 占有十分重要的地位。原子经济化概念可 以引导人们如何去设计有机合成，在设计 合成的途径中，如何经济地利用原子，避 免使用保护基，这样设计的合成方法就不 会有废物，而且是对环境友好的。 一个有效的有机合成反应不但要有高度 的选择性，而且必须具备较好的原子经济 性。
艺，以甲基乙炔、甲醇、一氧化碳为
原料，二价钯化合物作催化剂，一步
制得MMA，原子利用率为100%，反
应选择性高达99.9%，单程转化率高
达98.9%。具有很高的经济效益和环
境效益。
23
中国绿色化学的拓荒者——冯怡生
山东鲁北化工企业集团董事长冯怡生经过十 多年的潜心研究，建成了世界上第一家以一种 产品的废弃物作为另一种产品的原料而循环生 产的化工厂，成功地推出了“年产3万吨磷铵、 4万吨磷石膏制硫酸联产6万吨水泥”的装置。 该联产装置把磷铵、硫酸、水泥三套装置有 机地组合在一起，利用生产磷铵排放的废渣磷 石膏制硫酸联产水泥，硫酸用来制磷铵，硫酸 尾气回收后制取液体二氧化硫用于生产溴素， 废水封闭循环利用，四种产品同时连体而生， 形成了一个无“三废”排放的良性循环。在中
绿色化学反应的实现技术及应用
绿色化学反应的实现技术及应用随着人类对环境问题的重视，绿色化学成为了一个备受关注的话题。
绿色化学是一种以可持续性的方式开展化学活动的方法。
相比传统化学，绿色化学更加注重环境保护，资源利用率以及减少废物产生。
绿色化学反应是实现绿色化学的关键。
本文将会探讨绿色化学反应的实现技术以及其应用。
一、使用替代有毒溶剂传统化学反应经常使用有毒的溶剂，如二甲苯、甲苯和氯化甲烷等。
这些溶剂在使用过程中会产生大量的有毒废物，对环境造成严重的污染。
而绿色化学反应则采用替代有毒溶剂，如水、二氧化碳和离子液体等。
这些溶剂在使用过程中不会产生有毒废物，对环境友好，并且可以减少反应的成本。
二、催化剂的应用传统化学反应通常需要高温和高压环境下才能进行，而这种条件需要大量的能源和物质的消耗。
而使用催化剂则可以降低反应的活化能，使反应在较低的温度和压力下进行。
同样地，使用催化剂可以提高反应的选择性，并减少废物的生成。
三、使用可再生原料绿色化学反应也使用可再生原料，如生物质和植物油等。
这些原料资源丰富，不会造成物质短缺，同时也可以减少化石燃料的依赖。
四、微生物的应用微生物在绿色化学反应中也扮演了重要的角色。
通过利用微生物的代谢途径进行有机合成，可以避免使用有毒溶剂和高温高压条件，同时具有良好的选择性和转化效率。
五、绿色催化绿色催化是一种同时实现环境保护和高效合成的新兴领域。
以金属有机框架材料(MOFs)为基础，通过表面改性、活性位点设计等手段，将催化反应进行到空气、水和光的存在下，实现了对低温、废物产出少的高效催化反应。
六、实际应用绿色化学反应在生产实践中广泛应用。
例如，绿色还原法、生物催化、大环化反应、扭曲烯烃反应等新型反应技术为生产带来了改革性的发展。
同时，很多绿色化学反应也适用于医药、农药和化妆品等领域，这些反应不仅具有高效性，而且具有良好的环境和社会效益。
总之，绿色化学反应将成为未来化学反应的发展趋势。
绿色化学反应的实现离不开新的技术和方法的支持，所以我们需要继续深入探究绿色化学反应的实现技术及应用。
第二章绿色化学原理详解演示文稿
传统方法（Traditional way）
CH3CH=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2
42 71
74
C3H6O + CaCl2 + H2O
58
111 18
58 111+ 18 = 129
58
58
=
╳ 100% =
╳ 100% = 31%
111+ 18 + 58
42+ 71 + 74
绿色化学方法（New greener way）
Pd(OAc)2
原子经济性反应
传统反应： A + B
C +D
原子经济性反应：E + F
C
常见有机反应类的原子经济性：
重排反应、加成反应、取代反应、消除反应
100% 100% <100% <100%
2.3 绿色化学合成
❖ 有机合成原料 光气（COCl2） 氰化物（HCN、KCN、NaCN） 硫酸二甲酯[(CH3)2SO4]
28+16
44
Silver catalyst（银催化剂） is used to convert ethylene directly to the target molecule by using oxygen as the oxidant, which gives 100% atom utilization.
44
111 18
44
111+ 18 = 129
44
44
=
╳ 100% =
╳ 100% = 25%
111+ 18 + 44
28+ 71 + 74
绿色化学——第二章 绿色化学研究内容及评价标准
Company Logo
绿色化学研究内容
计算化学与绿色化学化工结合 借助于量子化学计算的结果，精确地选择底物分子、催 化剂、溶剂以及反应途径，使用尽可能少的实验达到预 期目标，大大减少实验次数，在研发阶段从根本上减少 了原料的消耗，相应减少环境污染的排放，大大提高研 究效率。 模拟是绿 色化技术开发的重要工具，是在计算机上 快速建立试验模型，具有比实验室和工厂成本低和快速 的特点，将重点用于研究原料、反应器设计、过程开发、 经济和商业模型模拟等复杂问题
Company Logo
绿色化学研究内容
绿色产品设计步骤 建立一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库 确定目标产物，找出一切可产生目标产物的反应 将这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它 们的反应 依此类推下去，直到得出一些反应路线正好使用预定的 原料 在搜索过程中，计算机按评估方法自动比较所有可能的 反应途径，随时排出不适合的，以便最终找出价廉物美、 不浪费资源、不污染环境的最佳途径
wwwzlcoolcomcrystalfaraday协会在2004年提出8个技术领域绿色产品设计原料反应催化溶剂工艺改进分离技术实现技术wwwzlcoolcom绿色产品设计原则全生命周期设计再循环和再使用设计降低原料和能量消耗设计以及利用计算机技术设计问题只考虑自己直接控制的产品生命周期部分造成化工产品全生命周期的想法尚不能深入化学工业界绿色化设计的积极性急需提升企业被大环境所逼而致绿色化设计的标准和方法尚未建立wwwzlcoolcom绿色产品设计步骤建立一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库确定目标产物找出一切可产生目标产物的反应将这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应依此类推下去直到得出一些反应路线正好使用预定的原料在搜索过程中计算机按评估方法自动比较所有可能的反应途径随时排出不适合的以便最终找出价廉物美不浪费资源不污染环境的最佳途径wwwzlcoolcom原料的绿色化利用可再生资源做为原料如超临界二氧化碳加氢生成甲酸采用低毒或无毒无害的原料代替高毒原料如在羰基化反应中用碳酸二甲酯dmc代替剧毒的光气cocl2绿色氧化剂如氧气双氧水因最终的氧化产物为水已经在多类反应过程中替代传统的氧化剂反应条件更加温和选择性更高酶反应大多条件温和设备简单选择性好副反应少产品性质优良不产生新的污染酶将取代许多现在使用的化学催化剂wwwzlcoolcom绿色催化剂生物催化剂在生物细胞中形成可加速体内化学反应的物质
浅谈实现化学实验绿色化的途径
浅谈实现化学实验绿色化的途径1、通过绿色化学的理论和方法来设计绿色化学实验绿色化学作为一门新兴的学科，尚有许多不成熟的地方，但经过近10年来的研究与探索，该领域的先驱研究者已总结出许多理论和原则。
这些原则可作为化学工作者设计一个化学实验是不是绿色化学实验的指导方针和标准。
2、通过微型化学实验实现化学实验绿色化微型化学实验是近30年来发展很快的一种化学实验的新方法、新技术，被誉为“化学实验的革命”。
微型化学实验是着眼于环境安全和污染预防的需要，用尽可能少的药品，在微型化的仪器装置守进行的化学实验。
微型化学实验不是常规实验的简单缩微或减量，而是在微型化的条件下对实验进行重新设计与探索，达到以尽可能少的试剂来获取尽可能多的化学信息和目标。
微型实验试剂用量少，但与微量化学实验是不同的概念。
传统上，微量化学是指微量或痕量组分定量测定方法、理论和技术，如微量分析化学。
而微型化学实验包括中学化学到大学无机化学、有机化学等各类在微型装置中以少量试剂来进行的实验。
所以微型化学实验的学科领域覆盖面比微量实验要宽得多。
3、通过小量-半微量化学实验实现化学实验绿色化小量-半微量实验方法采用常规的小量实验仪器和设备，对普通化学实验的基本操作、基本原理、无机化合物和有机化合物的制备、综合实验采用小量化，元素及其化合物的性质实验采用半微量化。
小量—半微量实验方法避免了微型化学实验的一些局限性，是在绿色化学思想指导下，用预防化学污染的新思想对常规实验进行改革而形成的实验方法。
常规实验的小量化是指在不改变实验方法、不改变操作技术的前提下，采用常规的小容量仪器，药品用量减量。
因为常规实验操作是经过长期的实践检验确立的，对学生尤其是化学教育专业的学生来说，无论从实验基本操作的规范化，还是强化技能训练，养成良好的科学态度与习惯方面，常规实验都是不可缺少的环节。
常规实验的小量化不存在微型实验中的实验室“转型”问题，不用额外的经费投入，反而可以充分利用实验室现有的资源，因为成熟的实验技术更容易推广。
有机化学实验的绿色化路线设计
有机化学实验的绿色化路线设计有机化学实验在过去的几个世纪里取得了显著的进展，为人类社会的发展和科技进步做出了巨大的贡献。
然而，随着环保意识的日益增强，人们开始这些实验对环境的影响。
在这种背景下，有机化学实验的绿色化路线设计引起了广泛的。
这种设计旨在将环保和可持续发展的理念融入化学实验中，减少实验对环境的负面影响。
选择环保、低毒、易降解的实验材料是绿色化路线设计的首要任务。
例如，在某项合成特定有机化合物的实验中，可以选择使用生物质原料或可再生资源衍生的试剂，而不是使用传统的石化原料。
这样的选择不仅能够减少对有限资源的依赖，还能够降低实验过程中产生的废弃物和污染。
优化实验步骤是绿色化路线设计的核心。
这包括采用能够降低能源消耗的实验技术，如微波合成、超声波辅助等。
合理安排实验顺序和流程，实现实验过程的连续化和最优化，可以进一步提高实验的效率和环保性。
例如，某个包含多个步骤的合成实验，可以通过串联反应、一步合成等策略，减少实验时间和能源消耗。
实验条件的选择对绿色化路线设计至关重要。
例如，可以通过控制反应温度、压力、物料配比等参数，优化实验过程，提高产物的纯度和收率。
采用无溶剂反应、水相反应等环境友好的反应体系，也能够显著降低实验对环境的影响。
针对实验目标和条件，可以建立一套评估指标，对绿色化路线进行综合评估。
这套指标应包括环保性、安全性、可靠性等方面。
例如，可以通过比较不同实验方案的环境影响、能源消耗、安全风险等因素，选出最符合绿色化理念的实验方案。
还可以结合生命周期评估方法，对实验产物的整个生命周期进行环境影响评估，以便进一步优化实验设计和生产过程。
有机化学实验的绿色化路线设计是实现化学领域可持续发展的重要手段。
通过选择环保、低毒的实验材料，优化实验步骤和条件，以及建立综合评估指标，可以显著提高化学实验的环保性和可持续性。
这不仅有助于保护环境，还有利于推动化学实验的健康发展。
随着科技的进步和环保意识的增强，有机化学实验的绿色化路线设计将会有更多的创新和突破。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
OH– / H2O
C6H5CH2COOH
我们还能设计其他绿色方法以乙苯和氧为原料来合成苯 乙酸吗？
C6H5CH2CH3 + O2
C6H5CH2COOH
If can’t, why?
Example 3
改变起始原料合成己二酸 己二酸是一个重要的化学品，是生产尼龙—6,6必不可少 的原料。
传统工艺:
新绿色方法
采用替代原料二乙醇胺HOCH2CH2NHCH2CH2OH
以无毒无害的二乙醇胺和氢氧化钠为原料，在铜催化剂作用下而得 目标产物。这一方法不再使用氢氰酸等有毒有害物质，产品无需经过复 杂的分离程序就可使用，无需进行废物处理。为此，孟山都公司获得了 1996年美国总统绿色化学挑战奖。
替代HCN
2.4 绿色化学的任务
设计安全有效的目标分子
寻找安全有效的反应原料
寻找安全有效的合成路线
绿
寻找新的转化方法
色 、
安
全 寻找安全有效的反应条件
2.4.1 设计安全可靠的目标分子
从源头上消除污染，首先必须保证所需要的物质分子——目标分子 是完全安全有效的。
绿色化学的一大关键任务就是设计安全有效的目标分子或设计比被 替代的其他分子更安全有效的目标分子。
O
C
Cl
Cl
-CO
哪些化合物可用来替代光气产生上述官能团?
新的绿色方法
可用二氧化碳来代替光气合成异氰酸酯（提供羰基） 光气提供的官能团是: -CO
RNH2 + CO2
RNCO + H2O
RNCO + R1OH
RNHCO2R1
这是孟山都公司的新工艺，用二氧化碳代替光气与胺反应生成异氰酸 酯，不仅消除了剧毒物质光气的使用，其生成的副产物水也对环培不产生污 染．同时解决了两方面的问题。
用 CO2合成异氰酸酯： C6H5NH2 + CO2
二甲基碳酸酯的合成
C6H5N(H)CO2H –H2O
C6H5N=C=O
传产统方法
2CH3OH + COCl2
CH3OOCOOCH3 + 2HCl
2CH3OH + CO + ½ O2
新的绿色方法 Catalyst
CH3OOCOOCH3 + H2O
热力学,催化剂, 反应条件: 温度/压力
OCH3 + H2O
Example 2
HCN
改变工艺．消除有毒有害氢氰酸的使用
HCN 广泛用于下列生产
己二腈(Hexane dinitrile); 甲基丙烯酸系列(Series of methylpropenoic acid); 螯合剂(Series of intermediate chemicals such as chelator /
异氰酸酯的合成是生产关键 传统方法：
异氰酸酯最早是由光气和胺合成的，再由异氰酸酯合成聚氨酯.
RNH2 + COCl2 RNCO + R1OH
RNCO + 2HCl RNHCO2R1
这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生成对环境有害的副 产物氯化氢，对人类的健康和环境均有较大的危害.
在上述化学反应中光气提供了何种官能团
chelating agent), 蛋氨酸(methionine) etc.
亚氨基二乙酸二钠（生产除草剂的中间体）
传统方法：包括两步
NH3 + 2CH2O + 2HCN
NCCH2NHCH2CN
NCCH2NHCH2CN+ 2NaOH → NaO2CCH2NHCH2 CO2Na + NH3
由于氢氰酸是剧毒的，生产过程中必须采用严格的保护措施，以确保 生产操作者及环境的安全。该过程每生产7kg目标产物亚氨基二乙酸二钠就 会产生1kg废物，其中含有微量甲醛和氢氰酸，因此必须经过处理后才能排 放.
1）. 新的安全有效化学品的设计 2）.对已有的有效但不安全的分子进行重新设计
迄今，己拥有超过1800万个化合物，且每年还要增加约60万个。传统方 法是首先合成一个化合物，再试验其性质，若不满足需要则另行合成。这样， 工作量十分庞大，花费很多，对资源和环境都会造成不利影响。目前，由于 计算机和计算技术的发展．对分子结构与性能关系研究的不断深入，分子设 计和分子模拟研究巳引起了人们的广泛关注，“实验台+通风橱+计算机”三 位一体的新的化学实验室已普及 ,安全有效化学品的设计将会得到更大更快 的发展。
Example 3
改变原料生产己二酸
Example 1
O
C
Cl
Cl
在聚亚胺酯和聚碳酸酯合成中消除有毒的光气
光气广泛用于生产：
异氰酸酯( isocyanate)
聚亚氨酯(polyurethane) 聚氨酯是一种重要的高分子材料，广泛用于涂料、粘合剂、合 成纤维、合成橡胶或塑料等
聚碳酸酯(Polycarbonate)
设计安全化学品就是“利用分子结构与性能的关系(SAR)和分子控 制方法，获得最佳的所需功能的分子，且分子的毒性最低”。最理想的 情况就是，分子具有最佳的使用功能且一点毒也没有，这里所指的毒性 当然包括对人类、其他所有动物、水生生物及植物和其他环境因素的毒 性。
然而，有时需要在分子功效和毒性之间寻求某种平衡。设计安 全有效化学品包括如下两个方面的内容：
OHC(CH2)4CHO
HN=CH(CH2)4CH=NH 2H2
H2N(CH2)6NH2
2NH3 - 2H2O
O2 catalyst
HOOC(CH2)COOH
传统方法：
C6H5CH2Cl +HCN
绿色新方法：
替代HCN：苯乙酸的制备
H2O
C6H5CH2CN + HCl
C6H5CH2COOH
C6H5CH2Cl + CO
发现有效分子的传统方法
实际需要
合成
测试
试差法
合成
试验
新的分子设计法
实际需要
根据SAR设计 理论指导下的分子设计
合成
试验
2.4.2 寻找安全有效的 反应原料
用无毒无害原料取代有毒有害原料 以可再生资源为原料
Example 1 用CO2代替有毒有害的光气合成聚氨酯
Example 2
消除有毒有害的氢氰酸的使用
己二酸和 己二胺的合成
Traditional method
CH2=CHCH=CH2 + HCN
NCCH2CH2CH2CH2CN
HOOC(CH2)4COOH
H2N(CH2)6NH2
环己烷氧化法
C6H12
Oxidation
新绿色方法
HOOC(CH2)COOH
丁二烯的碳水化
CH2=CHCH=CH2 + 2CO + 2H2