1、2022-8-13绿色化学1绿色化学绿色化学张珍明张珍明 李树安李树安 许兴友许兴友淮海工学院淮海工学院2022-8-13绿色化学22 2 绿色化学绿色化学(Green Chemistry)2.1 绿色化学的概念绿色化学的概念2.2 绿色化学在国内外的发展绿色化学在国内外的发展2.3 绿色化学的主要内容绿色化学的主要内容2.4 原子经济性原子经济性2022-8-13绿色化学3 绿色化学绿色化学是研究从源头消除是研究从源头消除污染的一门学科，其内容包括新设污染的一门学科，其内容包括新设计或重新设计化学合成，制备方法计或重新设计化学合成，制备方法来根除污染源，研究最理想环境污来根除污染源，研究最理
2、想环境污染防治方法的一门学科染防治方法的一门学科.2.1 2.1 绿色化学的概念绿色化学的概念绿色化学绿色化学又称又称环境无害化学环境无害化学(Environmentally Benign(Environmentally Benign Chemistry)Chemistry)环境友好化学环境友好化学清洁化学清洁化学(Clean chemistry)(Clean chemistry)2022-8-13绿色化学42022-8-13绿色化学5 Trost教授是国际绿色化学领域的教授是国际绿色化学领域的主要创始人、原子经济性的创始人、主要创始人、原子经济性的创始人、Presidential Green
3、 Chemistry Challenge Award（1996），），1965年在年在Massachusetts技术研究所取得博士学技术研究所取得博士学位，师从位，师从H.O.House教授。其后在美教授。其后在美国国家科学委员会做博士后工作，国国家科学委员会做博士后工作，1969年在年在Wisconsin大学成为化学教授，大学成为化学教授，绿色化学的绿色化学的主要创始人：主要创始人：Trost教授教授 在在1980年和年和1982年分别被选为美国科学院和美年分别被选为美国科学院和美国艺术和科学院院士。国艺术和科学院院士。1987年作为化学教授进入斯年作为化学教授进入斯坦福大学，目前是斯坦福大
4、学人文及科学教授。坦福大学，目前是斯坦福大学人文及科学教授。2022-8-13绿色化学6绿色化学绿色化学的核心：的核心：绿色化学绿色化学其核心是利用化其核心是利用化学原理从根本上减少或消除化学工学原理从根本上减少或消除化学工业对环境的污染。业对环境的污染。2022-8-13绿色化学7 绿色化学绿色化学是是2020世纪世纪9090年代出现的一年代出现的一个多学科交叉的研究领域。个多学科交叉的研究领域。绿色化学绿色化学已成为国际科研的前沿已成为国际科研的前沿与未来化学发展的主要方向。与未来化学发展的主要方向。绿色化学绿色化学的地位：的地位：2022-8-13绿色化学8绿色化学绿色化学的作用：的作用
5、：绿色化学绿色化学旨在用化学的方法旨在用化学的方法和技术避免那些对人类健康、社和技术避免那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的区安全、生态环境有害的原料原料、催化剂催化剂、溶剂溶剂和和试剂试剂在生产过程在生产过程中的使用，同时也要在生产过程中的使用，同时也要在生产过程中不产生有毒有害的中不产生有毒有害的副产物、废副产物、废物和产品物和产品。2022-8-13绿色化学9 绿色化学绿色化学的研究主要是围绕化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开色化展开 。2022-8-13绿色化学10 环境无害化学环境无害化学 环境友好化学环境友好化学
6、 清洁化学清洁化学时代呼唤时代呼唤-绿色化学绿色化学：从源头消除污染的途径从源头消除污染的途径设计新的化学合成方法设计新的化学合成方法化工产品来根除污染源化工产品来根除污染源绿色化学的兴起绿色化学的兴起环境保护推动环境保护推动合理利用资源合理利用资源降低成本降低成本化学工业的发展不能再走化学工业的发展不能再走先污染后治理之路先污染后治理之路 1992年，美国化学工业用于环保的费用为年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿亿美元，清理已污染地区花去美元，清理已污染地区花去7000亿亿美美元；元；1996年美国年美国Dupont公司的化学品销售总额为公司的化学品销售总额为180亿亿美元，环保费用
7、为美元，环保费用为10亿亿美元。美元。可见，从环保、经济和社会的要求看，化学可见，从环保、经济和社会的要求看，化学工业的发展不能再走先污染后治理之路。工业的发展不能再走先污染后治理之路。112.2 绿色化学在国内外的发展绿色化学在国内外的发展2.2.1 2.2.1 促使绿色化学诞生和发展的重要事件促使绿色化学诞生和发展的重要事件2.2.2 2.2.2 中国中国2121世纪的绿色科技发展世纪的绿色科技发展2022-8-13绿色化学12D 19871987年联合国提出关于年联合国提出关于“Our Common Our Common Future”Future”的报告，率先提出了的报告，率先提出了可
8、持续发展可持续发展的的概念。概念。D 19921992年在巴西里约举行的联合国环境与发展年在巴西里约举行的联合国环境与发展大会上受到百余国家元首一致肯定。这意味大会上受到百余国家元首一致肯定。这意味着工业增长、经济发展必须既符合当代社会着工业增长、经济发展必须既符合当代社会需要并能为人类后代保护资源和环境。需要并能为人类后代保护资源和环境。132.2.1绿色化学诞生和发展绿色化学诞生和发展 美国美国1990年通过了年通过了污染预防法污染预防法（Pollution Prevention Act of 1990）；）；是是着眼源头污染预防着眼源头污染预防的第一个环境法规；的第一个环境法规；促使促使
9、USEPA于于1991年建立年建立绿色化学规划绿色化学规划；创造并定义了绿色化学专有名词创造并定义了绿色化学专有名词(Office of Pollution Prevention&Toxics 的的Dr.Paul T.Anastas,此人现在此人现在White House Office of Science&Technology Policy）。）。2022-8-13绿色化学142.2.1 绿色化学诞生和发展绿色化学诞生和发展15D 组织题为组织题为:“Design for the Environment of 21 Century”，“Environmentally Benign Chemi
10、stry”，“Environmental Friendly Chemistry”等专题学术讨论会。等专题学术讨论会。2.2.1 绿色化学诞生和发展绿色化学诞生和发展D 美国美国EPA(US Environmental Protection Agency)，学，学术界，工业界，政府部门等协作提出术界，工业界，政府部门等协作提出利用利用化学开发新的污染预防技术化学开发新的污染预防技术并建议设立总并建议设立总统绿色化学挑战奖以资鼓励。美国于统绿色化学挑战奖以资鼓励。美国于1995年建立了此种特殊奖励，每年颁发一次。年建立了此种特殊奖励，每年颁发一次。D 目前在目前在U.K.,Australia,It
11、aly,&Germany等等国都设立了类似的国家级奖励。国都设立了类似的国家级奖励。2.2.1 绿色化学诞生和发展绿色化学诞生和发展D美国建立了世界第一个美国建立了世界第一个绿色化学研究所绿色化学研究所（院，（院，GCI）。）。1997年年5月月先是由工业界，学术界，国家重点实验室等在互联网上组成的虚先是由工业界，学术界，国家重点实验室等在互联网上组成的虚拟非盈利组织，目前已在拟非盈利组织，目前已在17个国家有它的联合组成部分。个国家有它的联合组成部分。2001年年初，初，GCI已与已与ACS合作，以便加强化学在环境研究中的作用。合作，以便加强化学在环境研究中的作用。GCI已在已在ACS总部中
12、设立办公室，并且总部中设立办公室，并且ACS将提供给将提供给GCI核心基核心基金。金。2.2.1 绿色化学诞生和发展绿色化学诞生和发展DDr.Paul T.Anastas 和麻省大学的和麻省大学的John C.Warner教授提出了教授提出了有关有关绿色化学的绿色化学的12条原则条原则，为绿色化学奠定了理论基础。，为绿色化学奠定了理论基础。DGCI所长所长Dr.Dennis L.Hjeresen 当前致力于把绿色化学从当前致力于把绿色化学从学术学术领域扩展到社会各个方面领域扩展到社会各个方面，使其成为有力的重要工具。，使其成为有力的重要工具。2.2.1 绿色化学诞生和发展绿色化学诞生和发展19
13、 2.2.2 中国中国21世纪的绿色科技发展世纪的绿色科技发展绿色科技产生背景：绿色科技产生背景：可持续发展的基本国策促进了绿色可持续发展的基本国策促进了绿色科技的诞生，绿色科技是国家为实现经科技的诞生，绿色科技是国家为实现经济可持续发展实施的一项技术战略济可持续发展实施的一项技术战略。（一）绿色科技的含义（一）绿色科技的含义 l绿色科技绿色科技是以保护人体健康和人类赖以是以保护人体健康和人类赖以生存的环境，促进经济可持续发展为核心生存的环境，促进经济可持续发展为核心内容的所有科技活动的总称。内容的所有科技活动的总称。2022-8-13绿色化学20l无论从内涵和外延都超越了环境科技，然无论从内
14、涵和外延都超越了环境科技，然而，它将保护自然资源和生态环境作为主而，它将保护自然资源和生态环境作为主要价值目标之一，对我国环保事业发展将要价值目标之一，对我国环保事业发展将提供全方位和系统的技术支持，对全国科提供全方位和系统的技术支持，对全国科技发展具有重要指导意义。技发展具有重要指导意义。绿色科技涉及领域：绿色科技涉及领域：2022-8-13绿色化学21p 绿色科技涉及能源节约，环境保护绿色科技涉及能源节约，环境保护 以及其他绿色能源等领域。以及其他绿色能源等领域。p 高效、节约、环保的绿色科技产业高效、节约、环保的绿色科技产业 是拉动整个世界经济最大的动力引擎。是拉动整个世界经济最大的动力
15、引擎。p 绿色科技将会成为新一轮工业革命。绿色科技将会成为新一轮工业革命。绿色产品、绿色生产工艺的设计、开发，绿色产品、绿色生产工艺的设计、开发，绿色新材料、新能源的开发，消费方式的绿色新材料、新能源的开发，消费方式的 改进，绿色政策、法律法规的研究以及环改进，绿色政策、法律法规的研究以及环 境保护理论、技术和管理的研究等。境保护理论、技术和管理的研究等。绿色科技包括：绿色科技包括：绿色科技是发展绿色经济、进一步开展环绿色科技是发展绿色经济、进一步开展环 境保护和生态建设重要技术保证。境保护和生态建设重要技术保证。四种绿色科技非常有潜力四种绿色科技非常有潜力 2022-8-13绿色化学23u一
16、是交通方面，中国的电瓶车技术也领先一是交通方面，中国的电瓶车技术也领先 全世界，内燃汽车也将会快速发展。全世界，内燃汽车也将会快速发展。u二是煤炭的清洁科技，中国二是煤炭的清洁科技，中国70%70%的能源依的能源依 靠煤炭生产，目前这个技术还不是很成熟。靠煤炭生产，目前这个技术还不是很成熟。u三是建筑的节能减排，今后几年的建筑面三是建筑的节能减排，今后几年的建筑面 积积50%50%都在中国。都在中国。u四是水处理的绿色技术，现在全球面临水四是水处理的绿色技术，现在全球面临水 短缺问题，长远来说，水处理非常有潜力。短缺问题，长远来说，水处理非常有潜力。发展绿色科技面临的三大挑战发展绿色科技面临的
17、三大挑战2022-8-13绿色化学24u首先，中国气候变化地带多，人口首先，中国气候变化地带多，人口1313 亿，提高环保观念，推广普及绿色科技亿，提高环保观念，推广普及绿色科技 困难较大，如果所有消费者都有了绿色困难较大，如果所有消费者都有了绿色 环保意识，会促进企业看到商业，才会环保意识，会促进企业看到商业，才会 愿意投入成本。愿意投入成本。u其次，需要政府支持，政策配套，建立其次，需要政府支持，政策配套，建立 市场机制，才能让绿色科技发展的更快。市场机制，才能让绿色科技发展的更快。u再次，发展绿色科技需要金融业的支再次，发展绿色科技需要金融业的支持，没有资本就难以推广技术，技术持，没有资
18、本就难以推广技术，技术也难以创新，另外还要对绿色科技做也难以创新，另外还要对绿色科技做一个全面的风险评估、成本回报深入一个全面的风险评估、成本回报深入分析。分析。2022-8-13绿色化学25发展绿色科技面临的三大挑战发展绿色科技面临的三大挑战26l近十年来，发达国家在扭转环境保护困境、近十年来，发达国家在扭转环境保护困境、调整技术方向的过程中，逐渐出现和形成了调整技术方向的过程中，逐渐出现和形成了绿色科技。绿色科技。l绿色科技为开发绿色产品，引导绿色消费、绿色科技为开发绿色产品，引导绿色消费、开拓未来市场和发展绿色产业创造机遇，已开拓未来市场和发展绿色产业创造机遇，已成为实施可持续发展战略的
19、重要内容。成为实施可持续发展战略的重要内容。l自自2020世纪世纪9090年代初，工业发达国家采取措施年代初，工业发达国家采取措施，使环保工作由污染治理向污染预防转变。，使环保工作由污染治理向污染预防转变。（二）国外绿色科技发展现状（二）国外绿色科技发展现状27 19941994年年7 7月，美国政府发布月，美国政府发布“面向可持续发展面向可持续发展的未来技术的未来技术”报告，强调指出环境技术发展报告，强调指出环境技术发展的重心是预防而不是治理已经发生的污染。的重心是预防而不是治理已经发生的污染。德国也努力致力于以绿色科技推动社会经济德国也努力致力于以绿色科技推动社会经济朝向良性循环方向发展，
20、并使其成为现代化朝向良性循环方向发展，并使其成为现代化发展的重要组成部分。一个成功的例子就是发展的重要组成部分。一个成功的例子就是制成制成“绿色电视绿色电视”，它具有耗电省、电磁辐，它具有耗电省、电磁辐射低、使用材料种类少且便于回收利用、避射低、使用材料种类少且便于回收利用、避免过早淘汰等特点。免过早淘汰等特点。（二）国外绿色科技发展现状（二）国外绿色科技发展现状 加拿大联邦政府早在加拿大联邦政府早在19931993年就已制定绿色计年就已制定绿色计划。划。日本政府非常重视节约资源和能源，倡导和日本政府非常重视节约资源和能源，倡导和推广绿色技术，已把环境技术、电子技术和推广绿色技术，已把环境技术
21、、电子技术和汽车技术并列为三大领先绿色技术。汽车技术并列为三大领先绿色技术。2022-8-13绿色化学28（二）国外绿色科技发展现状（二）国外绿色科技发展现状29 利用绿色高新技术开发绿色产品，引导绿利用绿色高新技术开发绿色产品，引导绿色消费。色消费。发达国家制订苛刻的环境标准，世界贸易发达国家制订苛刻的环境标准，世界贸易中出现了所谓中出现了所谓“绿色壁垒绿色壁垒”。世界范围绿色技术革命浪潮中心在于：世界范围绿色技术革命浪潮中心在于：绿色壁垒的概念：绿色壁垒的概念：绿色壁垒绿色壁垒是指在国际贸易领域，一些发是指在国际贸易领域，一些发达国家凭借其科技优势，以保护环境和人达国家凭借其科技优势，以保
22、护环境和人类健康为目的，通过立法，制定繁杂的环类健康为目的，通过立法，制定繁杂的环保公约、法律、法规和标准、标志等形式保公约、法律、法规和标准、标志等形式对国外商品进行的准入限制。它属于一种对国外商品进行的准入限制。它属于一种新的非关税壁垒形式，已经逐步成为国际新的非关税壁垒形式，已经逐步成为国际贸易政策措施的重要组成部分。贸易政策措施的重要组成部分。2022-8-13绿色化学30 许多国家开始实行环境标志制度，环境标许多国家开始实行环境标志制度，环境标志是对产品符合绿色要求的一种认定。对志是对产品符合绿色要求的一种认定。对促进绿色产品开发、引导绿色消费起到了促进绿色产品开发、引导绿色消费起到
23、了重要作用。重要作用。德国是率先实行环境标志计划的国家，美德国是率先实行环境标志计划的国家，美国的污染预防法，日本的环境协调型产品国的污染预防法，日本的环境协调型产品计划，加拿大的计划，加拿大的“环境优选环境优选”等都对绿色等都对绿色科技发展起重要促进作用。科技发展起重要促进作用。世界范围绿色技术革命浪潮中心在于：世界范围绿色技术革命浪潮中心在于：32（三）环保事业对绿色科技的需求（三）环保事业对绿色科技的需求 2121世纪初，我国国民经济的稳步增长和环境世纪初，我国国民经济的稳步增长和环境保护事业的飞速发展，要求环境科技不仅要保护事业的飞速发展，要求环境科技不仅要为污染治理提供技术支持，为管
24、理提供决策为污染治理提供技术支持，为管理提供决策依据，还要为预防可能出现的新污染问题提依据，还要为预防可能出现的新污染问题提供可行的方案和措施。供可行的方案和措施。总之，将技术取向从以治理污染为主调整到总之，将技术取向从以治理污染为主调整到开发绿色产品，引导绿色消费、发展绿色产开发绿色产品，引导绿色消费、发展绿色产业方向上来。业方向上来。大力开发医药等精细化工产品的“原子 经济”反应，力争实现废物“零排放”大宗有机化工品的第二代绿色生产技术 正在开发 超临界CO2代替有毒、有害溶剂正在推 广应用33（四）绿色化学科技成果（四）绿色化学科技成果 利用可再生资源生产大宗有机化工产品利用可再生资源生
25、产大宗有机化工产品 方兴未艾方兴未艾 工农结合工农结合,生产超清洁生物柴油生产超清洁生物柴油 永恒的主题永恒的主题设计、生产和使用环境设计、生产和使用环境 友好产品友好产品 回收废塑料、纤维等材料，走上回收废塑料、纤维等材料，走上“闭路闭路 循环循环”之路之路2022-8-13绿色化学34（四）绿色化学科技成果（四）绿色化学科技成果绿色化学绿色化学主要研究发展趋势：主要研究发展趋势：D探索利用化学反应的选择性（包括位置选择性，化学选择性和立体选择性），这不仅与合成产品的效率有关，且可能影响产品的生态效应和对环境的友好程度。D发展和应用对人和环境无毒、无危险性的试剂和溶剂，特别是开发以水或超临界
26、流体为反应介质的化学反应。D大力开发新型环境友好催化剂。D新型分离技术。35 美国美国19901990年美国颁布了年美国颁布了污染防治条例污染防治条例,将污染的防治定为国策将污染的防治定为国策19961996年设定年设定“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”2022-8-13绿色化学36(五）国内外的绿色化学行动五）国内外的绿色化学行动日本日本 制订制订“2121世纪重建绿色地球世纪重建绿色地球”的新阳的新阳光计划，设立光计划，设立“为地球创新技术的研究为地球创新技术的研究院院”欧盟各国欧盟各国 德国德国:1991:1991年制订年制订“为环境而研究的计为环境而研究的计划划”英国英国:200
27、0:2000年设立年设立“JerwoodJerwood SaltersSalters环境奖环境奖”荷兰荷兰:制订制订“清洁生产手册清洁生产手册”(五）国内外的绿色化学行动五）国内外的绿色化学行动2022-8-13绿色化学38 19931993年世界环境和发展大会之后，年世界环境和发展大会之后，编制了编制了中国中国2121世纪议程世纪议程，郑重声，郑重声明走可持续发展的道路。明走可持续发展的道路。19951995年中国科学院化学部组织年中国科学院化学部组织绿色化学与技术绿色化学与技术推进化工生产可推进化工生产可持续发展的途径持续发展的途径院士咨询活动。院士咨询活动。中国科学行动中国科学行动:19
28、971997年年5 5月，香山科学会议第月，香山科学会议第7272次学术研讨次学术研讨会：会：可持续发展问题对科学的挑战可持续发展问题对科学的挑战绿绿色化学色化学19981998年合肥第一届年合肥第一届国际绿色化学高级研讨国际绿色化学高级研讨会会19991999年北京第年北京第1616次九华山科学论坛次九华山科学论坛“绿色绿色化学的基本科学问题化学的基本科学问题”20002000年科技部年科技部国家重点基础研究发展规国家重点基础研究发展规划项目划项目立项立项石油炼制和基本有机化学石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学品合成的绿色化学2022-8-13绿色化学402.3 绿色化学的主要内容绿色化
29、学的主要内容2.3.1 绿色化学的基本原理绿色化学的基本原理2.3.2 绿色反应过程绿色反应过程2.3.3 什么叫原子经济性什么叫原子经济性2.3.12.3.1.绿色化学绿色化学的基本原理的基本原理1.1.防止污染的产生优于治理产生的污染防止污染的产生优于治理产生的污染(Prevention(Prevention）；）；2.2.原子经济性原子经济性(Atom Economy)(Atom Economy)；3.3.只要可行，应尽量采用毒性小的化学合成只要可行，应尽量采用毒性小的化学合成 路线路线(Less Hazardous Chemical(Less Hazardous Chemical Sy
30、ntheses)Syntheses)；4.4.更安全的化学品的设计应能保留其功效，更安全的化学品的设计应能保留其功效，但降低毒性但降低毒性(Design Safer Chemicals)(Design Safer Chemicals)；5.5.应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分 离剂等），如用时应是无毒的离剂等），如用时应是无毒的(Safer(Safer Solvents and Auxiliaries)Solvents and Auxiliaries)；2.3.1.2.3.1.绿色化学绿色化学的基本原理的基本原理6.6.应考虑到能源消耗对环境和经济的影响
31、，应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源并应尽量少地使用能源(Design for Energy Efficiency)，如果可能，合成方法应在室温如果可能，合成方法应在室温和常压下进行和常压下进行 ；7.7.原料应是可再生的，而非将耗竭的（原料应是可再生的，而非将耗竭的（Use Use Renewable Renewable FeedstocksFeedstocks ）；）；8.8.尽量避免不必要的衍生化步骤尽量避免不必要的衍生化步骤(Reduce Derivatives)因为，此种步骤需要添加额外因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废物的试剂并且可能产生废物 ；2
32、022-8-13绿色化学422.3.1.2.3.1.绿色化学绿色化学的基本原理的基本原理9.9.催化作用（有尽可能好的选择性）催化作用（有尽可能好的选择性）(Catalysis)(Catalysis)；10.设计要考虑降解设计要考虑降解(Design for(Design for Degradation)Degradation)。化学产品的设计应使它们在。化学产品的设计应使它们在功能终了时分解为无害的降解产物并不在环功能终了时分解为无害的降解产物并不在环境中长期存在。境中长期存在。2.3.1.绿色化学的基本原理11.11.为了预防污染进行实时分析为了预防污染进行实时分析(Real-Time(R
33、eal-Time Analysis for Pollution Prevention)Analysis for Pollution Prevention)。需。需 要进一步开发新的分析方法使可进行实时生要进一步开发新的分析方法使可进行实时生 产过程监测并在有害物质形成之前给予控制产过程监测并在有害物质形成之前给予控制12.12.防止事故发生的固有安全化学防止事故发生的固有安全化学(Inherently(Inherently Safer Chemistry for Accident Safer Chemistry for Accident Prevention)Prevention)。在化学过程
34、中使用的物质形。在化学过程中使用的物质形 态的选择应尽可能地减少发生化学事故的潜态的选择应尽可能地减少发生化学事故的潜 在可能性，包括释放，爆炸以及着火等。在可能性，包括释放，爆炸以及着火等。2.3.1.2.3.1.绿色化学绿色化学的基本原理的基本原理2.3.2 绿色化学过程绿色化学过程2022-8-13绿色化学45 从根本上说，绿色化学是要求化学从根本上说，绿色化学是要求化学从一个崭新的角度来审视从一个崭新的角度来审视“传统传统”的化的化学研究和化工过程，并以学研究和化工过程，并以“与环境友好与环境友好”为基础和出发点提出新的化学问题，创为基础和出发点提出新的化学问题，创新出新的化工技术。新
35、出新的化工技术。2022-8-13绿色化学46提供临时的 解决办法处理已存在处理已存在 的废物的废物 处理废物处理废物提供永久避免 污染的措施 从源头从源头 减少废物减少废物不产生废物不产生废物不需要不需要 废物处理废物处理废物生成以后废物生成以后再进行处理再进行处理面对不断增加的环境污染面对不断增加的环境污染2022-8-13绿色化学47无毒无害原料无毒无害原料可再生资源可再生资源环境友好产品环境友好产品回归自然回归自然废物回收利用废物回收利用无毒无害无毒无害催化剂催化剂无毒无害无毒无害溶剂溶剂（一）（一）绿色反应过程：绿色反应过程：原子经济反应原子经济反应2022-8-13绿色化学48AB
36、产物产物废物C CAB废物废物为零为零传统工艺绿绿色色工工艺艺CD2022-8-13绿色化学492.4“原子经济原子经济”反应反应 “原子经济性原子经济性”（Atom economy）：）：在化学品合成过程中，合成方法和工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所有原材料尽可能多的转化到最终产物中。物中。1991，Barry M.Trost1996,The Presidential Green Chemistry Challenge Award of USA2022-8-13绿色化学50换言之：换言之：“原
37、子经济性原子经济性”是指在化学反应中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。常用究竟有多少原料的原子进入到产品之中。常用原子利用率来衡量化学过程的原子经济性。原子利用率来衡量化学过程的原子经济性。=1 10 00 0原原子子利利用用率率=目目标标产产物物的的分分子子量量各各反反应应物物的的分分子子量量之之和和 1 10 00 0目目标标产产物物的的分分子子量量所所有有产产物物的的分分子子量量之之和和WittigWittig反应的原子经济性：反应的原子经济性：lwittigwittig反应：反应：wittigwittig试剂与醛、酮类发生试剂与醛、酮类发生的引入双键的反应。的引入双键
38、的反应。lwittigwittig试剂：是用于试剂：是用于wittigwittig反应（维狄希反应（维狄希反应）的一系列有机磷鎓盐类化合物。反应）的一系列有机磷鎓盐类化合物。l鎓盐：是一种在一般情况下可以以阳离子鎓盐：是一种在一般情况下可以以阳离子形式稳定存在的物质。形式稳定存在的物质。l用途：在用途：在wittigwittig反应中使醛类和酮类化合反应中使醛类和酮类化合物通过与磷鎓盐反应引入双键。物通过与磷鎓盐反应引入双键。l应用领域：有机合成、材料化学。应用领域：有机合成、材料化学。wittigwittig反应反应德国海得堡大学：德国海得堡大学：Georg WittigGeorg Witt
39、ig教授教授 (1979(1979年诺贝尔化学奖获得者年诺贝尔化学奖获得者)wittigwittig反应机理：反应机理：+wittigwittig反应实例：反应实例：WittigWittig反应的原子经济性实例：反应的原子经济性实例：CH3CHOPh3P-CH2CH3CHCH2Ph3PO2762784442=100原子利用率=目标产物的分子量各反应物的分子量之和100目标产物的分子量所有产物的分子量之和=1004244+276=13%从原子经济性角度考虑，从原子经济性角度考虑，320份反应物份反应物利用率仅有利用率仅有13%，而且，还产生了，而且，还产生了278份质份质量的量的“废物废物”氧化
40、三苯膦。因此，探索既氧化三苯膦。因此，探索既具有选择性又具有原子经济性的合成反应具有选择性又具有原子经济性的合成反应成了当今合成方法学研究的热点。成了当今合成方法学研究的热点。CH3CHOPh3P-CH2CH3CHCH2Ph3PO27627844422022-8-13绿色化学57例如例如1：用乙烯合成环氧乙烷：用乙烯合成环氧乙烷用传统的氯醇法合用传统的氯醇法合成环氧乙烷，原子成环氧乙烷，原子利用率只有利用率只有25%。2022-8-13绿色化学58总总反反应应:CH2=CH2+Cl2+Ca(OH)2=+CaCl2+H2O=CH2H2CO+CaCl2+H2O(1)CH2=CH2+Cl2+H2O=
41、ClCH2CH2OH+HCl(2)ClCH2CH2OH+Ca(OH)2CH2H2CO经典氯代乙醇法:287144111187444111+18+444428+71+74=100100=25%2022-8-13绿色化学59传统方法的缺点：传统方法的缺点：L1.原子经济率仅有原子经济率仅有 25%,即即 得到得到1kg 目标目标 产物的同时有产物的同时有 3kg 废物同时产生；废物同时产生；L 2.反应物反应物 Cl2是有危害是有危害的，它腐蚀设备和的，它腐蚀设备和伤害人体健康，因此，需要特殊的设备和防伤害人体健康，因此，需要特殊的设备和防护措施；护措施；L 3.要得到有用的产品要得到有用的产品分
42、离和纯化步骤分离和纯化步骤是必是必须的须的.如果如果每步反应的选择性和产率均为每步反应的选择性和产率均为100%，则，则2022-8-13绿色化学60采用乙烯催化环氧化方法采用乙烯催化环氧化方法仅需一步反应，原子利用仅需一步反应，原子利用率达到率达到100%，产率，产率99%。4428+164444=100100=100%281644分子量：分子量：2022-8-13绿色化学61新的绿色方法的优点：新的绿色方法的优点：如果反应的选择性如果反应的选择性能达到能达到100%：原子利用率原子利用率高高 氧气氧气对人类和环境更加安全对人类和环境更加安全 2022-8-13绿色化学62例例 2：环氧丙烷
43、的合成环氧丙烷的合成2022-8-13绿色化学63CH3CH=CH2CaCl2分子量42745818目标产物的总质量5 58 8生成废物的质量18原子利用率58111+18+585842+71+74?10010031%CH3CHCH2OCl2Ca(OH)2H2O11111171传统合成方法：传统合成方法：2022-8-13绿色化学64传统方法的缺点：传统方法的缺点：1.原子经济率仅有原子经济率仅有 25%,即即 得到得到1kg 目标产目标产 物的同时有物的同时有 3kg 废物同时产生；废物同时产生；2.反应物反应物 Cl2是有危害是有危害的，它腐蚀设备和伤害的，它腐蚀设备和伤害人体健康，因此，
44、需要特殊的设备和防护人体健康，因此，需要特殊的设备和防护措施；措施；3.要得到有用的产品要得到有用的产品分离和纯化步骤分离和纯化步骤是必须的是必须的.如果每一步反应的选择性和产率如果每一步反应的选择性和产率均为均为100%，那么，那么，2022-8-13绿色化学65CH3CH=CH2H2O2H2O分子量42345818目标产物的总质量5 58 8生成废物的质量18原子利用率5858+185842+34?10010076%CH3CHCH2OTitania-sillicamolecular sieve新的绿色的方法：新的绿色的方法：用二氧化钛二氧化硅用二氧化钛二氧化硅直接催化氧化直接催化氧化202
45、2-8-13绿色化学66新的绿色方法的优点：新的绿色方法的优点：如果反应的选择性如果反应的选择性能达到能达到100%：原子利用率高原子利用率高 反应副产物反应副产物-是环境友好的是环境友好的比氯气对人类比氯气对人类和环境更加和环境更加安全安全.2022-8-13绿色化学67CH3CH=CH2+1/2 O2 C3H6O 问题问题 2022-8-13绿色化学68例例 3丙烯酸甲酯的制备丙烯酸甲酯的制备生产透明塑料聚甲基丙烯酸甲生产透明塑料聚甲基丙烯酸甲酯酯(有机玻璃，有机玻璃，PMMA)的单体。的单体。2022-8-13绿色化学69传统方法：传统方法：）2022-8-13绿色化学71传统方法的缺点
46、：传统方法的缺点：1.原子经济率仅有原子经济率仅有 46.5%,即即 得到得到1kg 目标产目标产 物的同时有大于物的同时有大于1kg 的废物同时产生；的废物同时产生；2.反应物反应物 HCN是有危害是有危害的，它腐蚀设备和伤的，它腐蚀设备和伤害人体健康，因此，需要特殊的设备和防害人体健康，因此，需要特殊的设备和防护措施；护措施；3.要得到有用的产品要得到有用的产品分离和纯化步骤分离和纯化步骤是必须的是必须的.如果每一步反应的选择性和产率如果每一步反应的选择性和产率均为均为100%，那么，那么，2022-8-13绿色化学72新的绿色的方法：新的绿色的方法：本工艺利用来自石油脑热解本工艺利用来自
47、石油脑热解分离出的副产品丙炔，分离出的副产品丙炔，与一氧化碳为原料与一氧化碳为原料2022-8-13绿色化学73利用利用 Pd(OAc)2 为催化剂，为催化剂，此工艺开发于此工艺开发于 90s年代年代.2022-8-13绿色化学74新的绿色方法的优点：新的绿色方法的优点：如果反应的选择性如果反应的选择性能达到能达到100%：原子利用率高原子利用率高 人类和环境更加安全人类和环境更加安全.没有废物产生没有废物产生 2022-8-13绿色化学75原子利用率高原子利用率高化学反应的化学反应的原子经济性好原子经济性好反应转化率高反应转化率高和产品选择性好和产品选择性好2022-8-13绿色化学76 原
48、子经济性的优势原子经济性的优势：2022-8-13绿色化学77环境环境资源资源同时得到同时得到 循环经济循环经济可持续发展可持续发展危机危机需求需求2022-8-13绿色化学782022-8-13绿色化学79原子利用率达到原子利用率达到100%100%的反应有两个最大的特点：的反应有两个最大的特点：1.最大限度地利用了反应原料，最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；最大限度地节约了资源；2.2.最大限度地减少了废物排放（最大限度地减少了废物排放（“零废零废物排放物排放”），因而最大限度地），因而最大限度地减少了环境污染，或者说从减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应源头上消除
49、了由化学反应副产物引起的污染。副产物引起的污染。计算下列化学反应的原子经济性计算下列化学反应的原子经济性2.5 练习：练习：烯烃上连接吸电子取代基时烯烃上连接吸电子取代基时,烯烃可作为麦克尔烯烃可作为麦克尔受体在阳光引发下与溴进行自由基型的加成反应受体在阳光引发下与溴进行自由基型的加成反应,从而提供由缺电子烯烃合成含二溴中间体、苯丙炔从而提供由缺电子烯烃合成含二溴中间体、苯丙炔酸及其衍生物的简便方法。酸及其衍生物的简便方法。该反应直接利用太阳光作为能源该反应直接利用太阳光作为能源,正是化学家正是化学家所追求的能源绿色化所追求的能源绿色化,且原子利用率为且原子利用率为100%100%。KOHCH
50、3OHPhCCCOOH苯丙炔酸苯丙炔酸合成有机玻璃的单体合成有机玻璃的单体,-甲基丙烯酸甲酯时甲基丙烯酸甲酯时,反应中用到剧反应中用到剧毒的毒的HCN 和过量的浓和过量的浓H2SO4,且原子利用率仅为且原子利用率仅为46.5%。壳牌公司发展的丙炔壳牌公司发展的丙炔-钯催化剂甲氧羰基化则一步到位钯催化剂甲氧羰基化则一步到位,区位区位选择性和反应收率平均大于选择性和反应收率平均大于99%,原子利用率高达原子利用率高达100%。甲基叔丁基醚能提高汽油的辛烷值甲基叔丁基醚能提高汽油的辛烷值,用它可代替对大气污染严重的四乙基铅。用它可代替对大气污染严重的四乙基铅。工业上甲基叔丁基醚的合成是通过酸催工业上
