绿色溶剂和绿色实验技术

绿色溶剂和绿色实验技术

——化学工业的清洁方法

摘要：为了改善传统化学工业给环境带来的高消耗、高污染的难题，绿色化学应运而生。经过几十年的发展，绿色化学已经应运到日常化学工业生产中。本文介绍了绿色化学、绿色溶剂、绿色实验技术。在绿色溶剂中，介绍了近几年的研究成果，水、超临界流体、离子溶剂及其在近几年在化学工业中的应用，介绍了绿色化学反应Diels-Alder反应、Friedel-Crafts反应。在绿色实验技术中介绍了在教学和化工中的绿色实验技术。

关键词：绿色化学绿色溶剂实验技术绿色反应

前言：第4届绿色化学工程会议是由美国EPA环境保护署发起由美国ASC化学学会和美国NSF国家自然科学基金委组织的一次国际性会议，有十多个国家的300多名代表参加了会议。大会的宗旨是”全世界的绿色化学”研究者团结起来, 为消除工业污染, 保护生态环境而奋斗。”绿色化学”已成为全球共同关心的问题，它涉及到世界能源资源利用和环境保护等问题，注重人与自然和谐发展关系到人类子孙后代继续生存的问题具有深远的战略意义。

正文

1 绿色化学

1.1 绿色化学的产生

人类的生存和发展是利用和消耗自然资源的过程。这个过程科学基础就是化学，在这个过程中人类中得到很大利益，同时也给我们赖以生存的这个地球带来了无数的伤害。近20年来随着全球性环境污染的加剧、能源的缺乏、以及社会公众的环保意识的加强，人们开始对化学和化学工业提出质疑，21世纪，各国将不得不正视和处理这些负面后果。1990年，美国国会通过《污染预防法案》明确地提出了“预防污染”这一概念，这个法案推动了化学界为污染预防、保护环境作出努力。1995 年，美国设立“绿色化学总统奖”，并设专门机构推动其发展。[1]在以上因素的推动下，使得“绿色化学”这个名称广泛传播。

绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，是人类和自然界动植物和谐相处的化学。它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化学工业中的各环节都实现净化和无污染的反应途径。

1.2 绿色化学的的特点

“绿色化学”的目标要求任何一个化学的活动，包括使用的化学原料、化学和化工过程,以及最终产品,对人类的健康和环境都应该是友好的。绿色化学具有“原子经济性”“‘洁净’的反应介

质”“ 五个‘R’”的特性。

1.2.1 原子经济性

原子经济性是绿色化学的核心内容，美国Standford 著名化学家Trost B M 在1991 年提出的[2]，在合成设计中, 如何经济地利用原子, 避免用保护基团及离去基团。它最大限度地利用了原料；最大限度地减少了废物的排放物。

1.2.2 “洁净”的反应介质

目前在化工生产和化学研究中大量使用的有机溶剂存在有毒、易挥发、易燃易爆等诸多缺点。随着绿色化学成为化工生产可持续发展的方向, 无毒无污染的合成技术的研究和发展成为绿色化学的重要研究内容。环境友好的“洁净”的反应介质是绿色化学研究的重要内容。[3]

1.2.3 五个“R”

一是Reduction——“减量”，即减少“三废”排放；二是Reuse——“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等；三是Recyc ling——“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本“的要求；四是Regeneration——“再生”，即变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径；五是Rejection——“拒用”，指对一些无法替代，又无法回收，有毒副作用及污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用。[3]

1.3 绿色化学对环境污染的影响

在以上三个主要特性中，原子经济性是绿色化学的核心内容，对环境保护，污染治理起到了很大的作用。

绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展，是从源头上消除污染，它能够合理利用资源和能源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。然而，必须指出的是, 绿色化学与环境治理是完全不同的概念。环境治理是对被污染的环境进行治理，使之恢复到之前的面目；而绿色化学则是从源头上阻止污染物的生成，即所谓污染预防。因此，只有通过绿色化学的途径，从科学研究出发，发展环境友好化学、化工技术，才能解决环境污染与经济可持续发展的矛盾。[4]

2 绿色溶剂

人类为适应社会和工业生产的需要，在化学领域取得了十分辉煌的进步，创造了巨大的业绩，但由于受传统发展观念的影响，一些化工企业向环境排放了大量的污染物，某些化学品被不加节制地滥用给整个生态环境造成了非常严重的影响。如在涂料、胶粘剂、油漆、橡胶、化纤、医药及油脂等加工使用过程中需要使用大量的有机溶剂此外在机械、电子和文具等精密仪器的清洗乃至于服务业如服装干洗过程中都要用到大量的各种溶剂、使用量最大、最常见的溶剂主要有石油醚、苯类芳香烃、醇、酮和卤代烃等。目前，这些有机溶剂绝大多数都是易挥发、有毒和有害的。随着人们对环境的重视，寻找一种能够替代这类有机溶剂。一种没有或尽可能少的环境副作用的新型绿色溶剂，而绿色化学针对污染物的来源及特性通过设计新路线，其中寻找绿色替代溶剂是绿色化学主要研究内容之一。下面介绍几种已经成熟的绿色反应介质。

2.1 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。而且也是地球上自然界最丰富的溶剂，价廉易得、无毒无害、不燃不爆、不污染环境。在有机合成反应中，水可以省略许多诸如官能团的保护和保护基团等的合成步骤，是取代传统挥发性有机溶剂和助剂的理想替代品。作为环境友好和对人类无害的优良绿色溶剂。水已经应用在化学工业、生物制药天然植物提取和纳米材料制备等各个领域中。[5]

2.1.1水在有机合成方面的应用

有机反应常常以醛、酮、酯等作为溶剂来进行反应，在化学反应结束后进行产物分离时，必须要将溶剂蒸发，因而会对环境造成污染，而用水作为溶剂时因其廉价性可大大节约成本，减少对环境的危害。

2.1.1.1 水相中的自由基反应

水相反应的研究具有相当的吸引力，由于水的极性使许多反应在水相中进行时显示出非常独特的活性及选择性。[6]Fujirnoto等发现化合物在Et3B及微量O2引发的自由基环化中，若以己烷或苯作溶剂，则没有生成相应的产物，但当反应在水相中进行时产率可达到60%—70%。