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绿色化学及其在有机合成设计中应用

时间:2022-11-18 08:56:03 教案设计 来源:网友投稿

zoޛ)j馟i}M}}֡计划”,绿色化学很快成为国际化学科学前沿。1995年中国科学院化学部组织《绿色化学与技术》推进化工生产可持续发展途径,院士咨询活动,结合国内情况,提出了发展绿色化学与技术、消灭和减少环境污染源7条建议。1997年由国家自然科学基金委和中国石油化工总公司联合资助“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”正式启动。

1 绿色化学概念

绿色化学(Green Chemistry)又称为环境友好化学(Environmentally Benign Chemistry),是近几十年来国际化学界提出一个新概念,它核心理念是:在化学反应过程和化工生产过程中不使用或减少使用有害物质,减少或消除有害产物生成,从源头上消除化学、化工生产对环境和人类健康负面影响。美国在1996年设立了“绿色化学挑战奖”,以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出贡献企业和科学家。绿色化学遵循原则有:①从源头上防止污染,而不是在最后治理污染;②合成方法应具有原子经济性,即尽量使参加反应原子都进入最终产物;③在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒害物质;④设计具有高使用效益低环境毒性化学产品;⑤尽量不用溶剂等辅助物质,必须使用时要用无害溶剂;⑥反应条件温和,能耗要最低;⑦尽量减少副产物。凡是能够符合以上原则中一条或几条化学反应和化工生产工艺都可称之为绿色化学。

2 绿色化学概念在有机合成设计中应用

2.1 有机合成中原子经济性

原子经济性概念是1991年由Trost首先提出,即原料分子中究竟有百分之几原子转化成产物(也即原子利率:原子利用率=预期产物相对分子质量/所反应物相对分子质量@100%)。Trost认为,合成效率是合成化学方法研究焦点。合成效率包括两个方面:原子经济性和选择性。一个有效合成反应不但要有高度选择,而且要具备较好原子经济性,尽可能充分利用原料分子中原子。环氧乙烷是生产聚氨酯类产品重要原料,传统方法以乙烯、氯气和氢氧化钙反应制得,原子利用率仅为25%,但改用乙烯在银催化剂存在下进行氧气氧化反应,原子经济性就表现出来了,其原子利用率高达100%.

2.2 绿色溶剂采用

有机合成一般避免用水作反应介质,但因为水是地球上自然丰度最高“溶剂”,价廉、无毒、不危害环境。Breslow发现,环戊二烯与甲基乙烯酮环加成反应在水中较之异辛烷为溶剂反应快700倍。随后,Grieco在水相环加成方面也作了许多开创性工作,结果发现水相中反应比有机溶剂中反应产率高。

2.3 选用绿色催化剂

缩酮目前合成大都采用HCl催化,若用SnCl4/NaHSO4催化,则可以减少酸催化剂带来污染,并且还提高了产率

2.4 绿色合成原料采用

在有机合成设计中,为了达到环境友善目,采用绿色合成原料可以在化学反应源头预防、控制污染产生。碳酸二甲酯(DMC)是一种新型绿色化学原料,其毒性远远小于目前使用光气。DMC不仅可以取代光气等有害有毒化学物质作羰基化剂,还可以利用其独特性质来制备许多衍生物。DMC传统光气制法有许多缺点。新改进方法为:

2.5 实现少排放、零排放

实现清洁生产是绿色化学与有机合成设计相结合最终目,如果暂且尚无条件使用绿色原料,就应该采用循环工艺,尽可能地减少废料排放。

3 绿色化学前景展望

绿色化学是实现污染预防最基本和最重要科学手段,其目是实现污染物排放低、资源和能源消耗少化学反应和生产工艺。基于绿色化学社会效益和经济效益,绿色化学领域研究将会成为高校、科研机构、高技术企业重要研究方向。

结语

绿色化学理念提出对化学与化工行业来说既是挑战又是机遇,任何国家或企业如果抓住机遇,就有可能在未来竞争中处于有利地位,解决好经济发展和保护生态环境难题。

参考文献

[1]曾向潮.有机合成实验绿色化学探索[J].化学试剂,2011,33(9).

[2]陈振明,刘金华,陶军华.生物催化在绿色化学和新药开发中应用[J].化学进展,2007,19(12).

[3]刘尚钟,王敏,陈馥衡.拟除虫菊酯类农药研究和展望[J].农药,2004(7).

[4]陈庆,崔彪.全淀粉生物降解塑料技术研究现状[J].塑料工业,2010(增刊).

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