1、綠色化學董小明董小明金華第八中學金華第八中學綠色化學的概念綠色化學的概念l 綠色化學綠色化學( (Green Chemistry ) )又稱環境無害化學又稱環境無害化學( (environmentally benign chemistry) )、環境友好化學、環境友好化學( (environmentally friendly chemistry) )、清潔化學、清潔化學( (clean chemistry) )。l 綠色化學即用化學的技術和方法去減少或消滅那些對綠色化學即用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、

2、催化劑、溶劑和試劑、產物、副產物等的使用和產生。綠色化溶劑和試劑、產物、副產物等的使用和產生。綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生學的理想在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的廢物，不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的化學。治理污染的最好辦法就是不產生污型。化學。治理污染的最好辦法就是不產生污型。綠色化學的理論基礎綠色化學的理論基礎 按照按照R.Sheldon的說法，要達到無害環境的綠色的說法，要達到無害環境的綠色化學目標，在制造與應用化工產品時，要有效地利用化學目標，在制造與應用化工產品時，要有效地利用原材料，最好是再生資源；

3、減少廢棄物量，并且不用原材料，最好是再生資源；減少廢棄物量，并且不用有毒與有害的試劑與溶劑。有毒與有害的試劑與溶劑。 為了達到此目標，為了達到此目標，Anastas Warner提出了著名提出了著名的十二條綠色化學原則的十二條綠色化學原則( (Twelve Principles of Green Chemistry) )， 作為開發環境無害產品與工藝的指導，作為開發環境無害產品與工藝的指導，這些原則涉及合成與工藝的各個方面。例如溶劑、分這些原則涉及合成與工藝的各個方面。例如溶劑、分離、能源與減少副產物等，簡稱十二條，從而為綠色離、能源與減少副產物等，簡稱十二條，從而為綠色化學的進一步發展奠定了

4、理論基礎。化學的進一步發展奠定了理論基礎。l 預防：防止產生廢物，污染環境預防：防止產生廢物，污染環境l 原子經濟性：設計合成方法時，應盡可能使用于生產加原子經濟性：設計合成方法時，應盡可能使用于生產加工過程的材料都進入最后的產品中。工過程的材料都進入最后的產品中。l 盡量減少化學合成中的有毒原料和有毒產物。盡量減少化學合成中的有毒原料和有毒產物。l 設計無危險的化學品，設計生產的產品性能要考慮限制設計無危險的化學品，設計生產的產品性能要考慮限制其毒性。其毒性。l 使用安全的溶劑和助劑，所使用的輔助物質包括溶劑、使用安全的溶劑和助劑，所使用的輔助物質包括溶劑、分離試劑、和其他物品應是無害的。分

5、離試劑、和其他物品應是無害的。l 提高能源經濟性提高能源經濟性l 減少官能團的引入減少官能團的引入l 新型催化劑的開發新型催化劑的開發十二條綠色化學原則十二條綠色化學原則l產品的易降解性l以降低環境污染為宗旨的現場實際分析l防止生產事故的安全生產工藝綠色化學的一些主要內容綠色化學的一些主要內容l原子經濟性原子經濟性 美國美國Stanford大學的大學的B.M.Trost教授在教授在1991年首次提年首次提出了反應的出了反應的“原子經濟性原子經濟性”新概念。他認為化學合成新概念。他認為化學合成應考慮原料分子中的原子進入所希望產品中的數量，應考慮原料分子中的原子進入所希望產品中的數量，原子經濟性的

6、目標就是在設計合成路線時盡量使原料原子經濟性的目標就是在設計合成路線時盡量使原料分子中的原子更多或全部地變成最終預期產品中的原分子中的原子更多或全部地變成最終預期產品中的原子。子。 原子經濟性（原子經濟性（%）=（被利用原子的質量（被利用原子的質量/反應中所使反應中所使用全部反應物分子的質量）用全部反應物分子的質量）100 (1-1) 根據上式可知，原子利用率越高，反應產生的廢棄物根據上式可知，原子利用率越高，反應產生的廢棄物越少，對環境造成的污染也越少。越少，對環境造成的污染也越少。l 原料綠色化原料綠色化 現在，在人工合成的有機化學品中，絕大多數是現在，在人工合成的有機化學品中，絕大多數是

7、從石化原料制備的。要經氧化、加氧或類似的過從石化原料制備的。要經氧化、加氧或類似的過程。傳統上，這個氧化過程是化學合成中污染環程。傳統上，這個氧化過程是化學合成中污染環境最嚴重的步驟之一。農業性原材料和生物性原境最嚴重的步驟之一。農業性原材料和生物性原材料是很好的非傳統原材料。這些原材料的分子材料是很好的非傳統原材料。這些原材料的分子中多數都含有大量的氧原子，所以用它們取代石中多數都含有大量的氧原子，所以用它們取代石油作起始原料可以消除污染嚴重的氧化步驟。探油作起始原料可以消除污染嚴重的氧化步驟。探索和開發非傳統的可再生原材料是綠色化學的另索和開發非傳統的可再生原材料是綠色化學的另一主要內容。

8、一主要內容。 綠色原料綠色原料 一、生物質轉化為化學品一、生物質轉化為化學品現代化學工業上用苯合成己二酸現代化學工業上用苯合成己二酸 利用苯作為起始原料合成己利用苯作為起始原料合成己二酸會引發環境和健康問題。二酸會引發環境和健康問題。 苯是一種易揮發的有機物苯是一種易揮發的有機物(VOC)(VOC)，在室溫下容易汽化，長期，在室溫下容易汽化，長期少量吸入大氣中的苯可導致白血少量吸入大氣中的苯可導致白血病和癌癥。病和癌癥。 此外，苯是由石油生產的產此外，苯是由石油生產的產品，消耗的是不可再生的資源品，消耗的是不可再生的資源。從葡萄糖合成己二酸從葡萄糖合成己二酸l溶劑綠色化溶劑綠色化 在傳統的有機

9、合成反應中有機溶劑是最在傳統的有機合成反應中有機溶劑是最常用的反應介質。這些有機溶劑大部屬常用的反應介質。這些有機溶劑大部屬于揮發性有機化合物，而且很多都對環于揮發性有機化合物，而且很多都對環境和人類健康有害，還大多易燃易爆。境和人類健康有害，還大多易燃易爆。因此，選擇環境友好的反應介質是綠色因此，選擇環境友好的反應介質是綠色化學研究的一個重要方面。化學研究的一個重要方面。例如：發泡劑問題l過去用于生產聚苯乙烯泡沫塑料的發泡劑過去用于生產聚苯乙烯泡沫塑料的發泡劑有有CFC-12CFC-12等。等。CFC-12CFC-12（CClCCl2 2F F2 2）之所以用做）之所以用做發泡劑，是因為它價

10、格便宜，性質不活潑發泡劑，是因為它價格便宜，性質不活潑且不燃燒，操作安全，并且它在較大的溫且不燃燒，操作安全，并且它在較大的溫度范圍內可保持氣態。但是，度范圍內可保持氣態。但是，CFC-12CFC-12的使的使用會導致環境問題用會導致環境問題CO2為發泡劑以以COCO2 2代替代替HCFCsHCFCs、CFCsCFCs和脂肪烴作發泡和脂肪烴作發泡劑，有如下優點：劑，有如下優點： 1 1） COCO2 2不會消耗臭氧；不會消耗臭氧； 2 2） COCO2 2不會形成煙霧；不會形成煙霧； 3 3） COCO2 2不能燃燒，操作更安全；不能燃燒，操作更安全； 4 4） COCO2 2更廉價。更廉價。

11、 但是，但是，COCO2 2會造成會造成“溫室效應溫室效應”更多優點：l以以COCO2 2作發泡劑除了環境效益之外，作發泡劑除了環境效益之外，DOWDOW公司還發現，以公司還發現，以COCO2 2作發泡劑生產作發泡劑生產的泡沫型聚苯乙烯韌性更強，這意味的泡沫型聚苯乙烯韌性更強，這意味著以著以COCO2 2作發泡劑比以作發泡劑比以HCFCsHCFCs、CFCsCFCs作作發泡劑生產的泡沫袋使用壽命更長。發泡劑生產的泡沫袋使用壽命更長。超臨界二氧化碳超臨界二氧化碳l二氧化碳在溫度高于臨界溫度二氧化碳在溫度高于臨界溫度Tc=31.26、壓力高于臨界壓力壓力高于臨界壓力Pc=7.2MPa的狀態下，的狀

12、態下，性質會發生變化，其密度近于液體，粘度性質會發生變化，其密度近于液體，粘度近于氣體，因而具有驚人的溶解能力。用近于氣體，因而具有驚人的溶解能力。用它可溶解多種物質，如碳原子數在它可溶解多種物質，如碳原子數在20以內以內的脂肪烴、鹵代烴、醛、酮、酯等。同量的脂肪烴、鹵代烴、醛、酮、酯等。同量也是高級營養品和高級香料的提取劑。在也是高級營養品和高級香料的提取劑。在得到的營養品和香料中不殘留任何溶劑。得到的營養品和香料中不殘留任何溶劑。 催化劑綠色化催化劑綠色化 l 催化劑的正確選擇，對合成化學反應催化劑的正確選擇，對合成化學反應速度、反應的選擇性和轉化率，以及減速度、反應的選擇性和轉化率，以及

13、減少或消除產生副產物等有重要影響。無少或消除產生副產物等有重要影響。無毒無害和高效催化劑的研究和開發是綠毒無害和高效催化劑的研究和開發是綠色化學的一個重要研究方向。色化學的一個重要研究方向。生物催化生物催化生物材料在利用資源和發展綠色技術方面均生物材料在利用資源和發展綠色技術方面均十分重要。十分重要。 生物催化選擇性高、副反應少、反應條件生物催化選擇性高、副反應少、反應條件溫和、設備簡單，因此是綠色生產技術。溫和、設備簡單，因此是綠色生產技術。 生物技術的研究始于生物技術的研究始于5050、6060年代，但直到年代，但直到9090年代，基因重組工程和生物篩選技術的年代，基因重組工程和生物篩選技術的改進和新的穩定生產技術的開發成功，生改進和新的穩定生產技術的開發成功，生物催化劑才開始應用于多種工業生產過程物催化劑才開始應用于多種工業生產過程綠色化學