第03章 绿色化学的基本概念

的概念： 基于原子经济的概念：如果所有的反应物都完完全 地参与到最终产物中， 全地参与到最终产物中，该合成路线被称之为100%的原 的原 子经济。 绿色化学的主要特点是原子经济性，即在获取新物质 的化学过程中充分利用每个原料原子，实现“ 的化学过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”， 转变，既充分利用资源， 使化学从“粗放型” 使化学从“粗放型”向“集约型”转变，既充分利用资源， 又不产生污染。 又不产生污染。
第二节 绿色化学的含义
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重 从注重产率到注重
原子经济性 1、 “产率”的缺陷（下） 、 产率”
所谓“产率”，完完全全地忽略了在合成反应中生成的任 所谓“产率” 何不希望得到的产物，而它们却是合成产物中固有的一部分。 何不希望得到的产物，而它们却是合成产物中固有的一部分。 有可能且常常会是这样一种情况：一个合成步骤， 有可能且常常会是这样一种情况：一个合成步骤，或甚至 一个合成路线能够达到100%的产率，但其产生的废物不论在重 的产率， 一个合成路线能够达到 的产率 了所希望得到的产品。 量上还是在体积上都远远超过了所希望得到的产品。 的计算， 的概念： 这是因为产率的计算，是基于分子摩尔的概念：如果一 摩尔的原料产生了一摩尔的所要产物，那么产率是100%。 摩尔的原料产生了一摩尔的所要产物，那么产率是 。
绿色化学的含义/二 第二节 绿色化学的含义 二、绿色化学的特 点——从注重产率到注重原子经济性 从注重产率到注重原子经济性 2、 “诺贝尔奖”的遗憾（下） 、 诺贝尔奖”
虽然引入基团的分子量（ 在Wittig反应中，虽然引入基团的分子量（CH2，14） 反应 远远低于生成废物的分子量（ 远远低于生成废物的分子量 （ Ph3P=O ， 278 ） ， 而这个 反应的产率仍有可能达到100%。 反应的产率仍有可能达到 。
（1）1991年，美国著名有机化学家 ） 年 美国著名有机化学家Trost在《Science》 在 》 上提出了“ 原子利用率） 的概念； 上提出了“原子经济性（原子利用率）”的概念； 提出了“ 因子 （2）1992年，荷兰有机化学家 ） 年 荷兰有机化学家Sheldon提出了“E-因子” 提出了 的概念。 的概念。 的提出， 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， 极大的关注，也标志着绿色化学的萌芽。
5、原子经济性衡量标志——原子利用率（上） 、原子经济性衡量标志 原子利用率
——比E-因子更便于理论判断。 比 因子更便于理论判断。
绿色化学的含义/二 第二节 绿色化学的含义 二、绿色化学的特 点——从注重产率到注重原子经济性 从注重产率到注重原子经济性 2、 “诺贝尔奖”的遗憾（上） 、 诺贝尔奖”
但是，这个转化过程在生成每一摩尔产物的同时， 但是，这个转化过程在生成每一摩尔产物的同时，也可 而且， 能会产生一摩尔或更多摩尔的废物；而且，所得废物的 分子量可能会比所要产物的分子量大许多倍。 分子量可能会比所要产物的分子量大许多倍。 因此，基于百分产率计算可以认为某个合成方法是“ 因此，基于百分产率计算可以认为某个合成方法是“完 全有效” 全有效”的，但只用百分产率来计算时体现不出这些废物 的产生的。 的产生的。 可以用一个传统的例子， 可以用一个传统的例子，即Wittig反应（1979年诺贝 反应 年 成果） 的方法的缺点。 尔化学奖成果）来说明这种计算产率的方法的缺点。
第二部分
方兴未艾的绿色化学 ——绿色化学的 绿色化学的 基本内涵与实例
第三章 绿色化学的基本概念 第四章 绿色化学的主要内容 第五章 绿色化学的应用实例
第三章 绿色化学的基本概念
第一节 第二节 绿色化学的诞生 绿色化学的含义
本章思考题
第一节 绿色化学的 诞生
一、萌芽
Roger A. Sheldon
E-因子 = 废物重 / 产品重 因子
很明显， 因子 很明显，E-因子越大，越糟糕！
绿色化学的含义/二 绿色化学的特点—— 第二节 绿色化学的含义 二、绿色化学的特点 从注重产率到注重原子经济性
4、原子经济性的衡量标志——E-因子（下） 、原子经济性的衡量标志 因子
不同化工部门的E-因子 不同化工部门的 因子
第二节 绿色化学的含义
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的目的 预防优于治理
2、避免增加开支的方法 、
（1）面对着为处理化学实验（包括教学和研究性的实 ）面对着为处理化学实验（ 中产生的废弃化学物品所付费用的挑战， 验）中产生的废弃化学物品所付费用的挑战，大学和学院只 能减少实验的数目或规模（如开设微型化学实验 谁受损？ ）。——谁受损？ 等）。 （2）避免增加这些开支的惟一办法是利用绿色化学 ） 有害物质的使用或者产生， 技术设计化学过程以避免有害物质的使用或者产生，避 的钱： 免原料和试剂的浪费而避免为此物质付双份的钱：一份是 支付原料的费用，另一份是处理废物的费用。 支付原料的费用，另一份是处理废物的费用。
第二节 绿色化学的含义
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的目的 预防优于治理
3、回避“预防”的荒唐理由 、回避“预防”
几百年以前就有这样一句谚语，叫做“ 几百年以前就有这样一句谚语，叫做“一两的预防胜 于一斤的治疗”。 与此相反， 与此相反，化学工业和其他生产或加工化学品的部门回 预防”已有数十年之久。回避“预防” 避“预防”已有数十年之久。回避“预防”的理由是 虽然最近这种情况有所改变， （虽然最近这种情况有所改变，但在某些部门现在仍这样认 为）： 虽然一些物质及废物有害， 虽然一些物质及废物有害，但化学家们知道怎样对付和 处理这些化学品。这样的理由与“ 处理这些化学品。这样的理由与“因为医生懂得怎样治 病，因而不必预防生病”一样地不合逻辑。
2004年12月15日陆熙炎院士广州华南理工大学讲学 年 月 日陆熙炎院士广州华南理工大学讲学
年起， （其自1993年起，在国内首先提倡和践行“原子利用率”等绿色化学概念） 其自 年起 在国内首先提倡和践行“原子利用率”等绿色化学概念）
第一节 绿色化学的诞生
Байду номын сангаас二、诞生
首届“ （1）1996年6月美国首届“总统绿色化学挑战 ） 月 由克林顿颁发，以后每年一次； 奖”由克林顿颁发，以后每年一次； 年世界第一本名为“ （2）1999年世界第一本名为“绿色化学 ） （Green Chemistry）”杂志（2006年SCI影响因子为 ） 杂志（ 年 影响因子为 4.192）在英国创办。 创办。 ）
第二节 绿色化学的含义
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的目的 预防优于治理
1、根本目的 、
绿色化学的根本目的是，从节约资源和防止污染的观点， 绿色化学的根本目的是，从节约资源和防止污染的观点， 来重新审视和改革传统化学， 来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理从 治标转向治本，防止废物的产生优于在其生成后再进行处 理或清理， 理或清理，即“预防优于治理”。 除非可以免于处置废物，处置有害物质（通过安置、 除非可以免于处置废物，处置有害物质（通过安置、处 理或清除）的费用必须加在预算中， 理或清除）的费用必须加在预算中，而且这些费用一直在显 著地增加。这时， 著地增加。这时，真正受到损害的是科学和化学工业的 创新。 向前发展和创新。
这两个事件，标志着绿色化学在 世纪末 这两个事件，标志着绿色化学在20世纪末 诞生。 诞生。
第一节 绿色化学的诞生
三、成长
的绿色化学奖除“总统”奖外， （1）各国已设奖：美国的绿色化学奖除“总统”奖外， ） 还有Hancock绿色化学纪念奖学金等 个奖项；英国（2000年， 绿色化学纪念奖学金等3个奖项 还有 绿色化学纪念奖学金等 个奖项； 年 个奖项）、 共3个奖项）、澳大利亚（1999年）、意大利（1999年）、 个奖项 年 年 日本（2000年）等国都先后设立了自己的“绿色化学奖”。 年 等国都先后设立了自己的“绿色化学奖” （2）中国在行动：中国科学院上海有机研究所陆熙炎院 ） 院士1994年起就在大学宣传并进行绿 士、中国科技大学朱清时院士 年起就在大学宣传并进行绿 色化学方面的研究， 教授1995年就开始在国内 色化学方面的研究，清华大学宋心琦教授 年就开始在国内 大学化学》撰文介绍绿色化学工艺…… ，中国的绿色化学活 《大学化学》撰文介绍绿色化学工艺 动在20世纪末开始溶入了世界的潮流。 世纪末开始溶入了世界的潮流。
工业部门 炼 油 基本化工 精细化工 制 药 产品（吨） 产品（ 106-108 104-106 102-104 101-103 E-因子 因子 ~0.1 <1—5 5—50 25—100
可见， 可见，产品的生产规模越小，E-因子越大。 因子越大
绿色化学的含义/二 绿色化学的特点—— 第二节 绿色化学的含义 二、绿色化学的特点 从注重产率到注重原子经济性
第二节 绿色化学的含义
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的目的 预防优于治理
4、不要抱有“侥幸”心理 、不要抱有“侥幸”
不论是阑尾炎还是有毒化学品，带来的破坏及解决问 的代价。 题的代价总是高于预防的代价。 生活中总会发生一些不可避免的危害和危险需要我们去 应对。但是，如果把时间、 应对。但是，如果把时间、金钱和精力浪费到处理那些原本 可以避免的问题上， 可以避免的问题上，那只能是得不偿失。 ——不要报有侥幸心理 ！ —— 预防优于治理 —— 经 不要报有 眼前利益/长远利益 非典” 济成本——眼前利益 长远利益——“非典”、“考研”、 非典
因子、 等衡量。 原子经济性在数值上用E-因子、原子利用率等衡量。 因子
绿色化学的含义/二 绿色化学的特点—— 第二节 绿色化学的含义 二、绿色化学的特点 从注重产率到注重原子经济性
4、原子经济性的衡量标志——E-因子（上） 、原子经济性的衡量标志 因子
相对于每种化工产品而言， 相对于每种化工产品而言，期望产品以外的任何物质 都是废物。 一个产品生产过程中对环境造成的影响可以用E-因子 因子 来衡量。 因子 来衡量。E-因子定义为： 每生产1kg期望产品的同时产生的废物的量（kg），即 期望产品的同时产生的废物的量（ ）， ），即 每生产 期望产品的同时产生的废物的量