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绿色有机合成技术

发布时间：2024-11-18 来源：未知

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绿色有机合成技术

摘要：绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学，是一种能最大限度地合理配置资源，通过无害地化学研究，进而抑制环境污染，实现环境保护和生态平衡，满足人类可持续发展的学科。绿色合成是绿色化学在科研和生产中的重要应用。通过绿色合成，可以实现最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标产物中，达到零排放，原子利用率最高。绿色合成对于环境和化工生产有着重要的意义。

关键词：绿色化学；环境保护；生态平衡；可持续发展；原子利用率；

1.绿色化学

1.1绿色化学的定义

绿色化学（green chemistry,GC）又称环境无害化学(environmental benignchemistry,EBC)环境友好化学(environmental friendly chemistry,EFC)或生态友好化学（ecological friendly chemistry,EFC）,清洁化学(clean chemisty,CC),是指化学反应和过程以“原子经济性":，即在获得新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零排放”。不仅充分利用资源,而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂、生产有利于环境保护、社区安全、人身健康的环境友好产品。其核心是利用化学原理从源头消除污染,从而在根本上切断污染源，所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。

1.2绿色化学的目标

绿色化学包括：节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前减少和降低废物的数量和毒性；对产品来说．旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。绿色化学要实现以下几个目标：(1)降低排放或实现废物零排放；(2)开发安全产品和安全工艺；(3)采用生命周期评价方法；(4)提高采用材料、能源和水的效率，循环或再利用材料和再生资源。

1.3绿色化学的原理

(1）从源头制止污染，而不是在末端治理污染；2）合成方法应用“原子经济性”，即尽量使参加过程的原子都进入最终产物；3）在传统合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有害的物质；4）设计具有高使用效益、低环境毒害的化学产品；5）尽量不使用溶剂等辅助物质，不得已使用时它们必须是无害的；6）生产过程应在温和压力下进行，而且能耗最低；7）尽量采用可再生的原料，特别是使用生物质代替使用和煤等矿物原料；8）尽量减少副产品；9）使用高选择性的催化剂；10）化学产品在使用完后应能降解成无害物质，并且能进入自然生态循环；11）发展实时分析技术以便监控有害物质的形成；12）选则原料时应以安全角度考虑，尽量减少发生意外事故的风险。

1.4绿色化学的意义

通过研究和改进化学化工过程及相应的工艺技术，从根本上降低以至消除副产品或废弃物的产生，从而达到保护和改善环境的目的。

绿色化学不仅充分利用资源，而且不产生污染；它采用无毒无害的溶剂、助剂和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的绿色产品。

绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用，是化学科学高度发展以及社会对化学科学发展作用的产物，对化学本身而言也是一个新阶段的到来。

2.绿色合成

2.1原子经济性绿色化学的“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中。

最早由美国斯坦福大学的B.M.Trost教授提出，他针对传统上一般仅用经济性来衡量化学工

艺是否可行的做法，明确指出应该用一种新的标准来评估化学工艺过程，即选择性和原子经济性，原子经济性考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到了产品之中，这一标准既要求尽可能地节约不可再生资源，又要求最大限度地减少废弃物排放。

理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”（Zeroemission）。

2.2原子经济反应

原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染的必要条件，但不是充分条件。这是因为某些化学反应中：1，反应平衡转化率很低，反应物与产物分离困难，反应物难于循环使用；2，生产目标产物的反应是原子经济的，但反应物还能同时发生其他平行反应，生产不需要的副产物。反应的原子经济性、高转化率、高选择性是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的。

化学反应的“原子经济性”则是指在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到产品之中。我们常用原子利用率来衡量化学过程的原子经济性。在合成反应中，要减少废物排放的关键是提高目标产物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。

原子利用率的定义是目标产物的占反应物总量的百分比。即原子利用率=（预期产物的分子量/全部生成物的分子量总和）×100%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。在化学反应中，一旦要利用的化学反应计量式被确定下来，则其最大原子利用率也就确定了。一般状况下，重排反应和加成反应的原子经济性最高，为100%。其他类型反应院子经济性则较低。

原子利用率达到100%的反应有两个最大的特点：（1）最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；2）最大限度地减少了废物排放（“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。

2.3绿色合成的途径

按照绿色化新的要求，对于一个有机合成反应，从原料到产品要使之绿色化，从原料上看是否采用更绿色的原料代替原来对环境有害的原料；从反应设计流程看是否是更加绿色的流程。a 改变合成原料和试剂b采用无毒、高选择性、高效的催化剂c采用无毒、无害溶剂。

（1）以水作反应溶剂；（2）以超临界流体作为反应溶剂；（3）以离子液体为溶剂。l固态反应2改变反应方式3采用高效合成方法4计算机辅助的绿色合成设计5利用可再生物质。

3 安全、环境友好的产品

3.1环境友好的替代品

目前,绝大部分表面活性剂是以石油为原料生产的。2000年,全球化学表面活性剂的消耗量估计大约1800万吨,其中许多引起了严重的环境危机。因为它们在水或土壤中不能完全被生物降解,会生成有害的化合物。最近Jeneil生物表面活性剂公司成功生产了系列鼠李糖脂生物表面活性剂产品,这些生物表面活性剂产品具有良好的乳化、湿润、去垢、起泡等性能,这些优良的品质使它们能胜任各种各样的应用,但它们的毒性极低,而且易于生物降解,不会留下有害的或永久性的不降解产品。与传统合成的或源自石油的表面活性剂相比,鼠李糖脂生物表面活性剂是一类毒性较小、更加环境友好的替代品。

3.2可持续发展

人类社会是在同环境斗争中诞生和发展起来的。今天,世界经济的迅速发展和人口的急剧增加对地球生态环境的压力已经达到相当紧张的程度。实施可持续发展是我们义不容辞的责任。

绿色化学作为一门新型的交叉学科,毫无疑问,将对保持良好的环境,社会和经济的可持续发展有重要的意义。曾为人类文明做出过不可磨灭贡献的有机化学化工,在21世纪,依然面临着新的机遇和挑战。有机化学应该发展“理想的”合成方法,即强调实用的,环境友好的,资源可持续利用的,它从简单易得的原料出发,在温和的条件下经过简单的步骤,快速、高选择性地转化为目标分子。

而现行的有机合成方法很少能达到“理想的”境地,这就需要化学家从理念、原理、方法等方面进行改革和创新。原子经济性、手性合成、环境友好的“洁净”的反应介质等绿色化学原理对有机化学化工的发展将有更重要的指导意义。绿色化学有待在理论、实践领域中进行更深入的研究发展,其发展必然会推动人类社会的进步。

4 总结

我们可以看到绿色合成在最近几年有了较大的发展,随着绿色化学作为有机合成学科前沿方向的逐步形成,在短时间内,通向绿色合成的各种途径正隐约可见。此外,绿色合成除了化学方法,生物方法也是一个好方法,从2004、2005两年美国总统绿色化学挑战奖的获奖项目就可以很明显地看出.但化学工作者的种种努力只是初步,目前开发的绿色合成反应只占有机合成中的非常少的一部分,这就为从事绿色合成研究的科技人员提出了更高的要求和更迫切的期望。

参考文献：

1.《绿色合成在有机化学中的含义及应用》《内蒙古石油化工》2007年第8期

2.《绿色有机合成研究进展》《天津化工》2009年第6期

3.《绿色合成技术的新进展》杨海贤《济南职业学院学报》2006年03期

4.《有机合成中的绿色合成》胡琳莉

5.《绿色化学在有机合成方面的应用》高宝平吕梁

[6] 曾抗美，李正山. 工业生产与污染控制[M]. 北京: 化学工业出版社，2005.

7.《现代有机合成方法与技术》薛永强，王志忠，张蓉

8.《新编有机合成化学》黄宪，王彦广，陈振初 9.《基础有机化学》刑其毅，徐瑞秋，周政，裴伟伟

10《绿色有机化学—理念和实验》任玉洁译,华东理工大学出版社

11《绿色化学化工导论》李德华,科学出版社

12.崔玉亭，李季，靳乐山．化肥与生态环境保护[M]．北京：化学工业出版社，2001：