第二部分 方兴未艾的绿色化学—— 绿色化学的基本内容与实例
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绿色化学
第一章1.温室效应（概念）由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。
（原因）（影响）地球上的病虫害和传染疾病增加；海平面上升；气候反常，海洋风暴增多；土地干旱，沙漠化面积增大。
2.臭氧层破坏（概念）臭氧层空洞实际上是臭氧的密度不到正常密度一半的稀薄层（原因）氟氯烃破坏臭氧的机理是按链反应进行的。
CF2Cl 2可在紫外光作用下产生Cl 原子，对臭氧会产生长久的破坏作用。
据统计，一个氟氯烃分子可以破坏数万个臭氧分子，这个循环包括下列三个化学方程式。
①CF2Cl2＋hν--> Cl.＋CF2Cl.②O 3＋Cl. --> O2＋ClO.③O.＋ClO. --> Cl.＋O 2（危害）农作物枯死；动物免疫系统和 DNA 会受到破坏；大海中的生物会大幅度减少；人类皮肤病患者大幅增加。
臭氧层低值区的出现具有季节性，与气温变化有关，造成臭氧层空洞的物质：氟氯烃。
3. 光化学烟雾（氮氧化物与烃类物质在紫外线照射下，经过一系列复杂反应后形成的一种大气污染现象）4.生物多样性：地球上动物植物微生物及其所构成的生态综合体，包括遗传多样性，物种多样性，生态系统多样性三个组成部分。
5.水体污染/富营养化（是指水中含有较多的有利于植物生长的营养元素磷和氮）由水中藻类如甲藻、硅藻等浮游生物的群落所组成的，称为红潮或赤潮。
6. 大量的废旧农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具（以下统称为塑料包装物）在使用后被抛弃在环境中，给景观和生态环境带来很大破坏。
由于废旧塑料包装物大多呈白色，因此造成的环境污染被称为“白色污染”7.生活垃圾处理主要是填埋、堆肥和焚烧三种方式，混入生活垃圾的废旧电池在这三种过程中都会对周围环境产生污染。
危害来自其中所含的少量重金属，如铅、汞、镉等。
8. 资源问题：水，能源，土地，矿产，生物。
我国是一个公认的能源短缺而又贫水的国家9. 可持续发展的定义和战略主要包括四个方面的含义： (1) 走向国家和国际平等； (2) 要有一种支援性的国际经济环境； (3)维护、合理使用并提高自然资源基础； (4) 在发展计划和政策中纳入对环境的关注和考虑。
第二部分 方兴未艾的绿色化学—— 绿色化学的基本内容与实例
Tuesday, April 07, 2020
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 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。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
一、E因子 相对与每种化工产品而言，期望产品以外的任何东西都是废 物。一个产品生产过程中对环境造成的影响可以用E因子来衡 量。E因子定义为每生产1kg期望产品与同时产生的废物质量 的比值，即：
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, April 07, 2020
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
42 71 74
Tuesday, April 07, 2020
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, April 07, 2020
Tuesday, April 07, 2020
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
Tuesday, April 07, 2020
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 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。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
一、E因子 相对与每种化工产品而言，期望产品以外的任何东西都是废 物。一个产品生产过程中对环境造成的影响可以用E因子来衡 量。E因子定义为每生产1kg期望产品与同时产生的废物质量 的比值，即：
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, April 07, 2020
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
42 71 74
Tuesday, April 07, 2020
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, April 07, 2020
Tuesday, April 07, 2020
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
Tuesday, April 07, 2020
绿色化学GreenChemistry绿色化学绿色化学
Rachel Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯 ”。
环境保护经历的三个时期
(1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累 乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物 质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化 学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。 应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗 和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一 定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造 成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人 类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世 纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。
气管哮喘
SO2
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
公害 成因
米糠油 多氯 事件 联苯
1968年日本 九州艾知县 等23个府县
食用含多氯联 生产中 苯的米糠油、 多氯联 全身起红疙瘩、苯进入 呕吐、恶心、 米糠油 肌肉通
富山 骨痛病
镉
1972年3月 日本富山
关节、神经、 全身骨痛、骨 骼萎缩、食含 镉的米、水
公害 成因
1930年12月 SO2→SO3 →
比利时马斯河 肺部、咳 1. 工厂
谷
嗽…
多工业
1948年10月 美国多诺拉
1952年12月 英国伦敦
SO2+烟尘→
污染物 积聚
硫酸 →肺部、 咳嗽、胸闷、
2.
遇雾 天
喉痛、呕吐
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
环境保护经历的三个时期
(1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累 乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物 质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化 学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。 应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗 和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一 定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造 成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人 类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世 纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。
气管哮喘
SO2
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
公害 成因
米糠油 多氯 事件 联苯
1968年日本 九州艾知县 等23个府县
食用含多氯联 生产中 苯的米糠油、 多氯联 全身起红疙瘩、苯进入 呕吐、恶心、 米糠油 肌肉通
富山 骨痛病
镉
1972年3月 日本富山
关节、神经、 全身骨痛、骨 骼萎缩、食含 镉的米、水
公害 成因
1930年12月 SO2→SO3 →
比利时马斯河 肺部、咳 1. 工厂
谷
嗽…
多工业
1948年10月 美国多诺拉
1952年12月 英国伦敦
SO2+烟尘→
污染物 积聚
硫酸 →肺部、 咳嗽、胸闷、
2.
遇雾 天
喉痛、呕吐
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
高中化学 6.2 绿色化学与可持续发展文字素材 苏教版选修2
绿色化学与可持续发展近年来，随着世界人口增长和经济的迅猛发展，世界资源的巨大消耗以及由此而产生的环境污染和人类生态平衡问题越来越引起了人们的重视和关注，许多国家提出了人类长期可持续发展的战略性问题，从而出现了发展绿色经济、开发绿色科技的热潮。
由于化学在人类经济发展中的重大作用以及它在资源利用和对人类生存环境所产生的巨大影响，发展绿色化学成为了贯彻可持续发展的一个重要方向。
一、"绿色化学"的提出与内涵"绿色化学"这个名称最早出现在美国环保局的官方文件中，以突出化学对环境的友好。
1995年，美国总统克林顿、副总统戈尔专设了"总统绿色化学挑战奖"，以推动社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究，鼓励支持重大的创造性的科学技术突破，从根本上减少乃至杜绝化学污染源。
由于上述原因，使得"绿色化学"这个名称广为传播。
绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。
绿色化学即是从源头上用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。
它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。
可以看出绿色化学是发展生态经济和工业的关键，是实现可持续发展战略的重要组成部分。
二、"绿色化学"的作用过去的一个世纪中，化学对农业的发展产生了巨大的影响。
然而，人工合成的化学物质多数不具备环境相容性，地球缺乏对它们的"自净能力"，随着它们在环境中的残留物越来越多，空气污染、气候变化、臭氧层损耗、淡水资源枯竭、水污染、森林锐减、水土流失、沙漠化、物种的灭绝、生物多样性锐减等严峻问题日益出现，危害了生物和人类以及人类赖以生存的生态环境。
因此，研究高效低毒的化学技术是绿色化学近期的紧迫任务。
[工学]绿色化学第2章绿色化学
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2020/11/14
第二节 为什么要大力发展绿色化学
许多排放物能在环境中残留和积累 , 对环境造成破 坏。另外，化工生产中的偶然事故也会对人类和环境造 成突发性的影响，比如， 1983 年印度 Seveso 农药厂异 氰酸甲酯的泄漏造成 2000 人死亡， 30 万人中毒等。但 是，目前人类社会发展到今天已无法离开造成我们当前 物质文明的化学产品和化学工业而退回到更上一个世纪， 去过那种田园生活。尽管我们处在可怕的白色污染的包 围之中，但我们完全无法想像没有今天的高分子聚合物 产品，我们的日常生活还能否正常进行，尤其是在都市 中，这种情况更为突出。
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2020/11/14
第一节 什么是绿色化学
由于物质及人类活动本身有其内在的运动规律，因此， 任何物质和人类活动对人类本身及环境均会有或多或少 的影响，那是不是意味着“没有什么物质是友好的，我 们追求的完美无缺的绿色化学仅仅是一种理想状态而无 法实现的”呢？目前绿色化学领域取得的进展已经对此 作出了否定的回答。这方面取得的成果不仅解决了传统 方法造成的对环境、对人类健康的危害，同时在经济技 术指标、原料有效利、过程效益等方面均取得了良好效 果，因此，已成为市场驱动和利益驱动的技术。诚然， 要绝对区分哪一物质、哪一过程对环境更加无害是十分 困难的，很难构筑一张物质过程对环境危害的定量表。
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2020/11/14
第三节 化学反应的原子经济性
• 例如，由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯化 乙醇法时，假定每一步反应的产率、选择性均 为 100% ，这条合成路线的原子利用率也只能 达到 25% ：
《绿色化学》PPT课件
O
C l
+
O
O O H
O
O
C l
+
O O H
3-氯过氧化苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物 ➢ 绿色工艺
O + H2O2
O
O + H2O
锡/β-沸石
负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水
2021/2/1
完整版课件ppt
24
环境友好催化剂
COCl
O
envirocat EPZG
OH
OH
OH
OH
OH OH
2021/2/1
完整版课件ppt
28
使用安全的化学品(1)
发展与应用对人和环境无毒且无危险性的试剂和溶剂 以及其他实用化学品是绿色化学的重要一环。
O 1.HCN
2.H2SO4
3.MeOH
H2SO4
O
MeO
原子利用率46%
+ (NH4)HSO4
H3CC
CH + CO + CH3OH
聚氨酯是一种热缩性树脂，1995年世界总消耗量为650万吨， 80%作泡沫塑料，广泛应用于建材、家具、汽车、制革、纤维等行 业。
7
工业化学品对生态环境的影响
类别
炼油产品 大宗化学品 精细化学品 药物
化工产品生产规模与环境因子
生产规模 /ｔ
106～ 108 104～ 106 102～ 104 10～ 103
环境因子 （ｋｇ副产物 /ｋｇ主产物）
< 0.1 <1～ 5
5～ 50 2 5～ 1 0 0以上
精细化工生产对生态环境造成的影响最为突出 。
第八章 绿色化学
10、设计要考虑降解－设计化学产品时，应考虑当该物 质完成自己的功能后，不再滞留于 环境中，而可降解为无毒的产品； 11、为了预防污染进行实时分析－分析方法也需要进一 步研究开发，使之能做 到实时、现场监控，以 防有害物质的形成；
12、防止事故发生的固有安全化学－化学过程中使用的 物质或物质的形态，应考虑尽 量减少实验事故的潜在危险， 如气体释放、爆炸和着火等。
耗的化石燃料，２０
世纪初不足１５亿吨，
７０年代初达７０－
８０亿吨．
大量工业污染物的排放 使人们面临有害物质、 元素的威胁
含量/(mg·kg -1 )
不同年代北极冰中的铅含量 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1715 1750 0.02 1860 0.05 1965 0.21 1950 0.12
3. 德国的 “为环境而研究”计划 六十年代，经济高速发展，环境污染严重 （如莱茵河鱼虾大量死亡）； 八十年代，实施环境保护政策； 九十年代，联邦政府通过 “为环境而研究” 计划。内容包括区域性和全球性环境工程、实施 可持续发展的经济及进行环境教育。
4. 英国的绿色化学奖
2000年设立英国绿色化学奖，奖励 那些在绿色化学研究中做出突出成绩 的学者、公司和中小企业。
O O
Safrole，黄樟素
案例六：
天然食物中有的也含有有益的化学物质，比 如水果和蔬菜中常常含有天然抗氧化剂，像
葡萄中含有的resveratrol 具有抗氧化能
力，能防止老化、抗肿瘤、保护心血管 。 OH
HO OH
Resveratrol
世界各国发生的关于有毒化学品的环境事故很多 全世界每年消
5、安全的溶剂和助剂－尽量不使用辅助性物质（如 溶剂、分离试剂等），如果 一定要用，也应使用无毒物质； 6、设计要讲求能效－能量消耗越小越好，应能为环 境和经济方面的考虑所接受；
高中化学校本课程教材《绿色化学》
原子经济性概念
01
在化学反应中，原料分子中的原子全部转化为目标产物，实现
零排放和高效利用。
原子经济性反应类型
02
包括加成反应、重排反应、环化反应等，这些反应具有高效、
高选择性和环境友好的特点。
原子经济性合成实例
03
如烯烃的氢甲酰化反应、羰基合成等，这些实例展示了原子经
济性合成在工业生产中的应用。
高效催化合成技术
水作为溶剂在化学反应中具 有独特的性质，如促进某些 有机反应的进行、提高反应 速率和选择性等。
离子液体作为溶剂的特点及应用
离子液体由阴阳离子组 成，具有极低的蒸气压 、高热稳定性、宽电化 学窗口等特性。
离子液体可以作为绿色 溶剂替代传统有机溶剂 ，用于有机合成、催化 反应、电化学等领域。
离子液体在溶解有机物 、无机物和聚合物等方 面具有广泛的应用前景 。
B
C
绿色涂料
以水性涂料、无溶剂涂料等为代表，具有无 毒无害、低挥发性有机化合物排放等特点。
绿色燃料
以生物柴油、氢气等为代表，具有可再生、 清洁环保等特点。
D
谢谢聆听
超临界流体在有机合成、催化反应、纳米材 料制备等领域具有广泛的应用前景。
D
无溶剂条件下的绿色合成反应
01
02
03
04
无溶剂条件可以避免使用有机 溶剂，从而减少环境污染和废
弃物处理成本。
无溶剂条件下的绿色合成反应 具有高原子经济性、高选择性
和高效率等优点。
常见的无溶剂条件下的绿色合 成反应包括固相反应、研磨反
绿色化学的应用可以减少有害物质对人类健 康的影响，提高生活质量。
02
01
推动科技创新
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Tuesday, May 21, 2019
二、原子利用率
期望产品的摩尔质量 原子利用率
按化学方程式计算所得全部物质的摩尔质量
利用原子利用率，可以从理论上初步判断E因子。原子利用 率越大，E因子越小。
Tuesday, May 21, 2019
例子：由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯乙醇法是，原子利 用率为25％
Tuesday, May 21, 2019
2. 寻找安全有效的反应原料 (一)用无毒无害原料取代有毒有害原料
在目前里利用的化学反应和化工生产中，常常使用 一些有毒有害的原料，比如氢氰酸(HCN)、丙烯腈、光气、 甲醛等。这些物质有的可能直接危及人类的生命，严重污 染环境，有的追危害人类的健康和安全或造成简介的环境 污染。
RNH2 COCl2
RNCO 2HCl
RNCO R1OH
RNHCOOR1
这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生产对 环境有害的副产物氯化氢(HCl)，对人类的健康和环境均有 较大的危害，孟山都公司的新工艺用二氧化碳代替光气与胺 反应生成异腈酸脂，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境不产生污染，同时解决了两方面的问 题。
五 绿色化学的任务
1.设计安全有效的目标分子 从源头上消除污染，首先必须保证所需要的物质分子—目 标分子是安全有效的。因此，绿色化学的一大关键任务就 是设计暗暗有效的目标分子或设计比被代替的其他分子更 安茜有效的目标分子。
设计安全有效化学品包括如下两个方面的内容： a.新的安全有效化学品的设计。 b.对已有的有效但不安全的分子进行重新设计， 是这 类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全的性质， 得到改进过的安全有效的分子
CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl
ClCH2CH2OH + HCl C2H4O + 2CaCl2 + H2O
摩尔质量
C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 28 71 74
目标产物质量
废物量
C2H4O + 2CaCl2 + H2O
44
111 18
1.从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源 、降低生产成本，符合可持续发展的原理和方法。
2. 从环境观点看，绿色化学提供从源头上消除污染的方法 和原理，把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染， 后治理”改变为“不产生污染，从源头上根除污染”。
Tuesday, May 21, 2019
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重原子经济性 传统上，描述某一合成方法的有效性和效率的概念是产率。
Tuesday, May 21, 2019
NO2
(2)
CONH2
+
+2-1 O2/OH-
-H2O
O N H
NH2
NH2
骨架镍催化氢化 -H2O
NO2
Байду номын сангаасNH2
NO2 NH3/CH3OH CONH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6H2 +(CH3O)2O +HNO3
NH2 +4H2O +2CH3COOH
+3Fe+6HCl 3FeCl22H2O
NO2
NH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6Fe+12HCl +(CH3O)2O + HNO3
NH2 +6FeCl2+4H2O +CH3COOH
NH2
反应物中原理的相对质量之总和为1062，而目标产物为108， 即每生产108g对苯二胺就要产生954g废物，反应的原理利用 率仅为10%。
废物量
C2H4O 44
44
0
原子利用率＝ 44 100％＝44 100％＝100％
28 18
44
Tuesday, May 21, 2019
例2 环氧丙烷的生产： 传统的采用的是氯丙醇的方法，其原子利用氯仅为31％
摩尔质量 目标产物质量 废物量
C3H6 + Cl2 + Ca(OH)2 42 71 74
EQ=E×Q 式中：E——E因子
Tuesday, May 21, 2019
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 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。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
3. 寻找安全有效的合成路线 原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好与否就 具有十分重要的影响。美国斯坦福大学Paul A Wender曾 指出，一条理想的合成路线应该是采用价格便宜的，易得 的反应原料，结果简单的、安全的、环境可接受的和资源 有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子，而不管 这一目标分子是天然物分子还是根据需要设计的分子。
C3H6O + 2CaCl2 + H2O
58
111 18
58
111
18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝31％
58 11118
42 71 74
Tuesday, May 21, 2019
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
绿色化学是用化学来预防污染，不让污染产生，而 不是处理已有的污染。
Tuesday, May 21, 2019
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点，重 新审视和改革传统化学，使对环境的治理从治标转向治本 。因此，防止废物的产生优于在其生成后在进行处理或清 理，即“预防优于治理”。
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, May 21, 2019
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
产量 （t） 106～108 104～106 102～104 101～103
E因子 ～0.1 1～5 5～50 25～100
对于绿色化学的理论分析而言，用E因子衡量一个具体反应 的好坏是不方便的，因此我们进一步提出了原子利用率的概 念
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, May 21, 2019
三、绿色化学的基础——从化学物质的毒理学性质、 化学反应(过程)的安全性思考问题
(一)Q值与EQ Q值是根据废物在环境中的行为给出的对环境不友好度。 因此，若要精确的评价一种合成方法相对于环境的好坏， 必须同时考虑废物的排放量和废物环境行为的本质，其综 合表现为环境商值(EQ),即：
44
111
18
原子利用率＝ 44 100％＝ 44 100％＝25％
44 11118
28 71 74
Tuesday, May 21, 2019
新方法以银为催化剂，用氧气直接氧化乙烯一步合成环氧 乙烷，反应的原子利用率达到了100％
C2H4 + 0.5O2
摩尔质量
28 16
目标产物质量
Tuesday, May 21, 2019
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
RNH2 CO2
RNCO H2O
RNCO R1OH
Tuesday, May 21, 2019
RNHCOOR1
【例2】改变工艺，消除有毒有害氢氰酸的使用 亚氨基二乙酸二钠的生产新工艺也是利用无毒无害
物质取代有毒有害物质的成功例子，为此，孟山都公司获 得了1996年美国总统绿色化学挑战奖。亚氨基二乙酸二钠 是制造除草剂的重要中间体，过去以氨、甲醛和氢氰酸为 原料分两步合成。
产率
实际产量 预期产量
100%
Tuesday, May 21, 2019
可以用一个传统的例子，即Witting反应来说明计算产率方 法的缺点。
O Ph3P CH2
需求
98
276(总）
CH2
产物 96(总)
Ph3P=O 废物 278
在Witting反应中，虽然引入基团的摩尔质量(=CH2,14),远 远低于生成废物的摩尔质量(O=PPh3,278),而这个反应的产 率仍有可能达到100%。
NH3 + 2HCHO + 2HCN
NCCH2NHCH2CN
NCCH2NHCH2CN + 2NaOH
NaOOCCH2NHCH2COONa + NH3
Cu 催化剂
HOCH2CH2NHCH2CH2OH
NaOOCCH2NHCH2COONa + 4H2
2NaOH
Tuesday, May 21, 2019
2. 以可再生资源为原料 生物质主要有两类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、 土豆等是淀粉类的代表，农业废料(如玉米杆、麦苗杆等) 、森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。
NH2
反应物中原子的相对质量之和为300，而目标产物仅为108， 即每生产108g对苯二胺就会由192g废物生成，反应的原子利 用率为36%。
二、原子利用率
期望产品的摩尔质量 原子利用率
按化学方程式计算所得全部物质的摩尔质量
利用原子利用率，可以从理论上初步判断E因子。原子利用 率越大，E因子越小。
Tuesday, May 21, 2019
例子：由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯乙醇法是，原子利 用率为25％
Tuesday, May 21, 2019
2. 寻找安全有效的反应原料 (一)用无毒无害原料取代有毒有害原料
在目前里利用的化学反应和化工生产中，常常使用 一些有毒有害的原料，比如氢氰酸(HCN)、丙烯腈、光气、 甲醛等。这些物质有的可能直接危及人类的生命，严重污 染环境，有的追危害人类的健康和安全或造成简介的环境 污染。
RNH2 COCl2
RNCO 2HCl
RNCO R1OH
RNHCOOR1
这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生产对 环境有害的副产物氯化氢(HCl)，对人类的健康和环境均有 较大的危害，孟山都公司的新工艺用二氧化碳代替光气与胺 反应生成异腈酸脂，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境不产生污染，同时解决了两方面的问 题。
五 绿色化学的任务
1.设计安全有效的目标分子 从源头上消除污染，首先必须保证所需要的物质分子—目 标分子是安全有效的。因此，绿色化学的一大关键任务就 是设计暗暗有效的目标分子或设计比被代替的其他分子更 安茜有效的目标分子。
设计安全有效化学品包括如下两个方面的内容： a.新的安全有效化学品的设计。 b.对已有的有效但不安全的分子进行重新设计， 是这 类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全的性质， 得到改进过的安全有效的分子
CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl
ClCH2CH2OH + HCl C2H4O + 2CaCl2 + H2O
摩尔质量
C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 28 71 74
目标产物质量
废物量
C2H4O + 2CaCl2 + H2O
44
111 18
1.从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源 、降低生产成本，符合可持续发展的原理和方法。
2. 从环境观点看，绿色化学提供从源头上消除污染的方法 和原理，把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染， 后治理”改变为“不产生污染，从源头上根除污染”。
Tuesday, May 21, 2019
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重原子经济性 传统上，描述某一合成方法的有效性和效率的概念是产率。
Tuesday, May 21, 2019
NO2
(2)
CONH2
+
+2-1 O2/OH-
-H2O
O N H
NH2
NH2
骨架镍催化氢化 -H2O
NO2
Байду номын сангаасNH2
NO2 NH3/CH3OH CONH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6H2 +(CH3O)2O +HNO3
NH2 +4H2O +2CH3COOH
+3Fe+6HCl 3FeCl22H2O
NO2
NH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6Fe+12HCl +(CH3O)2O + HNO3
NH2 +6FeCl2+4H2O +CH3COOH
NH2
反应物中原理的相对质量之总和为1062，而目标产物为108， 即每生产108g对苯二胺就要产生954g废物，反应的原理利用 率仅为10%。
废物量
C2H4O 44
44
0
原子利用率＝ 44 100％＝44 100％＝100％
28 18
44
Tuesday, May 21, 2019
例2 环氧丙烷的生产： 传统的采用的是氯丙醇的方法，其原子利用氯仅为31％
摩尔质量 目标产物质量 废物量
C3H6 + Cl2 + Ca(OH)2 42 71 74
EQ=E×Q 式中：E——E因子
Tuesday, May 21, 2019
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 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。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
3. 寻找安全有效的合成路线 原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好与否就 具有十分重要的影响。美国斯坦福大学Paul A Wender曾 指出，一条理想的合成路线应该是采用价格便宜的，易得 的反应原料，结果简单的、安全的、环境可接受的和资源 有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子，而不管 这一目标分子是天然物分子还是根据需要设计的分子。
C3H6O + 2CaCl2 + H2O
58
111 18
58
111
18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝31％
58 11118
42 71 74
Tuesday, May 21, 2019
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
绿色化学是用化学来预防污染，不让污染产生，而 不是处理已有的污染。
Tuesday, May 21, 2019
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点，重 新审视和改革传统化学，使对环境的治理从治标转向治本 。因此，防止废物的产生优于在其生成后在进行处理或清 理，即“预防优于治理”。
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, May 21, 2019
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
产量 （t） 106～108 104～106 102～104 101～103
E因子 ～0.1 1～5 5～50 25～100
对于绿色化学的理论分析而言，用E因子衡量一个具体反应 的好坏是不方便的，因此我们进一步提出了原子利用率的概 念
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, May 21, 2019
三、绿色化学的基础——从化学物质的毒理学性质、 化学反应(过程)的安全性思考问题
(一)Q值与EQ Q值是根据废物在环境中的行为给出的对环境不友好度。 因此，若要精确的评价一种合成方法相对于环境的好坏， 必须同时考虑废物的排放量和废物环境行为的本质，其综 合表现为环境商值(EQ),即：
44
111
18
原子利用率＝ 44 100％＝ 44 100％＝25％
44 11118
28 71 74
Tuesday, May 21, 2019
新方法以银为催化剂，用氧气直接氧化乙烯一步合成环氧 乙烷，反应的原子利用率达到了100％
C2H4 + 0.5O2
摩尔质量
28 16
目标产物质量
Tuesday, May 21, 2019
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
RNH2 CO2
RNCO H2O
RNCO R1OH
Tuesday, May 21, 2019
RNHCOOR1
【例2】改变工艺，消除有毒有害氢氰酸的使用 亚氨基二乙酸二钠的生产新工艺也是利用无毒无害
物质取代有毒有害物质的成功例子，为此，孟山都公司获 得了1996年美国总统绿色化学挑战奖。亚氨基二乙酸二钠 是制造除草剂的重要中间体，过去以氨、甲醛和氢氰酸为 原料分两步合成。
产率
实际产量 预期产量
100%
Tuesday, May 21, 2019
可以用一个传统的例子，即Witting反应来说明计算产率方 法的缺点。
O Ph3P CH2
需求
98
276(总）
CH2
产物 96(总)
Ph3P=O 废物 278
在Witting反应中，虽然引入基团的摩尔质量(=CH2,14),远 远低于生成废物的摩尔质量(O=PPh3,278),而这个反应的产 率仍有可能达到100%。
NH3 + 2HCHO + 2HCN
NCCH2NHCH2CN
NCCH2NHCH2CN + 2NaOH
NaOOCCH2NHCH2COONa + NH3
Cu 催化剂
HOCH2CH2NHCH2CH2OH
NaOOCCH2NHCH2COONa + 4H2
2NaOH
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2. 以可再生资源为原料 生物质主要有两类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、 土豆等是淀粉类的代表，农业废料(如玉米杆、麦苗杆等) 、森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。
NH2
反应物中原子的相对质量之和为300，而目标产物仅为108， 即每生产108g对苯二胺就会由192g废物生成，反应的原子利 用率为36%。