环境化学ppt课件-南开大学-孙红文博导-最新版本201408-第八章.ppt

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1、环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-1第八章 绿色化学的基本原理和应用 Chapter 8. Fundamental Principles and Applications of Green Chemistry环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-2内容提要及要点要求内容提要及要点要求 本章介绍一个颇具生命力的一门新兴交叉学科本章介绍一个颇具生命力的一门新兴交叉学科绿绿色化学的诞生和发展过程，讨论了绿色化学的原理和应用。色化学的诞生和发展过程，讨论了绿色化学的原理和应用。 学习中要充分理解和体会绿色化

2、学的重要学术意义和学习中要充分理解和体会绿色化学的重要学术意义和实用价值；掌握绿色化学的实用价值；掌握绿色化学的1212条原理及其与绿色工程和工条原理及其与绿色工程和工业生态学原理的相互联系；明确绿色化学的主要研究方向，业生态学原理的相互联系；明确绿色化学的主要研究方向，并从典型应用实例中学习灵活运用绿色化学原理解决实际并从典型应用实例中学习灵活运用绿色化学原理解决实际问题的学术思路，认识绿色化学在保护生态环境、促进可问题的学术思路，认识绿色化学在保护生态环境、促进可持续发展战略方针贯彻方面的巨大作用。持续发展战略方针贯彻方面的巨大作用。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用

3、绿色化学的基本原理与应用8-3第一节 绿色化学的诞生和发展简史8.1 Emergence and Development of Green Chemistry一、一、绿色化学的定义绿色化学的定义 Definition of Green Chemistry二、二、关于绿色化学的发展史简介关于绿色化学的发展史简介 Introduction of Development of Green Chemistry环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-4一、绿色化学的定义一、绿色化学的定义 Definition of Green Chemistryn在生态环境保

4、护领域，在生态环境保护领域，20世纪末到世纪末到21世纪初，工业和经济世纪初，工业和经济发达国家相继采取措施，使其工作重心从污染治理转向污发达国家相继采取措施，使其工作重心从污染治理转向污染预防。染预防。n长期以来，化学品的开发、生产和应用为人类社会的进步长期以来，化学品的开发、生产和应用为人类社会的进步作出了不可磨灭的巨大贡献，然而，许多事实表明有害化作出了不可磨灭的巨大贡献，然而，许多事实表明有害化学品的负面影响已给生态环境乃至人类健康造成现实的或学品的负面影响已给生态环境乃至人类健康造成现实的或潜在的巨大威胁。潜在的巨大威胁。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化

5、学的基本原理与应用8-5n化学污染物的问题只靠化学污染物的问题只靠“点水止沸点水止沸”式的治理是不式的治理是不行的，必须从化学品设计，生产过程着手进行行的，必须从化学品设计，生产过程着手进行“釜釜底抽薪底抽薪”式的革新来消除产生负面效应的根源。式的革新来消除产生负面效应的根源。n根本的有力措施是把化学改革成可持续发展的学科根本的有力措施是把化学改革成可持续发展的学科，为满足此种迫切需要，就产生了，为满足此种迫切需要，就产生了“绿色化学绿色化学”这这一崭新学科。一崭新学科。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-6定义定义n绿色化学绿色化学（Green

6、 Chemistry），也可叫作可持续的化学，也可叫作可持续的化学（Sustainable ChemistrySustainable Chemistry），它是一个概括性的概念：），它是一个概括性的概念：“化学是一种给予能力的或可操作的科学，利用它可使化学是一种给予能力的或可操作的科学，利用它可使经济和环境的发展协调地进行。经济和环境的发展协调地进行。”（Chemistry is an enabling science that will allow economic progress and environmental progress to proceed in harmony）。）。n按

7、照定义，绿色化学就是研究利用一套原理在化学产品按照定义，绿色化学就是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产等过程中都应减少或消除使用的设计、开发和加工生产等过程中都应减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学。或产生对人类健康和环境有害物质的科学。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-7Green chemistry is the sustainable practice of chemical science and manufacturing within a framework of industrial ecology i

8、n a manner that is sustainable, safe, and non-polluting, consuming minimum amounts of energy and material resources while producing virtually no wastes. From Green Chemistry & the Ten Commandments of sustainability, 2nd ed. Manahan S E. ChemChar Research, Inc. 2006. 9 .环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色

9、化学的基本原理与应用8-8 Economic: At a high level of sophistication, green chemistry normally costs less in conventional economic terms (as well as environmental costs) than chemistry as it is traditionally practiced Materials: By efficiently using materials, maximum recycling, and minimum use of virgin raw m

10、aterials, green chemistry is sustainable with respect to materials Waste: By reducing insofar as possible, or even totally eliminating their production, green chemistry is sustainable with respect to wastesGreen Chemistry的的“Sustainable”从从三方面三方面体现：体现：环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-9D1987年联

11、合国提出关于“Our Common Future”的报告，率先提出了可持续发展的概念。随之，1992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的一致肯定。这意味着工业增长、经济发展必须既符合当代社会需要并能为人类后代保护资源和环境。D1990年美国通过了着眼污染预防的第一个环境法规污染防治法（pollution prevention act of 1990）。有一些重要事件促使了绿色化学的诞生:环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-10第一节 绿色化学的诞生和发展简史8.1 Emergence and Development of G

12、reen Chemistry一、一、绿色化学的定义绿色化学的定义 Definition of Green Chemistry二、二、关于绿色化学的发展史简介关于绿色化学的发展史简介 Introduction of Development of Green Chemistry环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-11 美国美国EPA于于1991年开始了绿色化学规划，当时在该局年开始了绿色化学规划，当时在该局污染预防和毒物办公室工作的污染预防和毒物办公室工作的Anastas 博士提出了绿色化博士提出了绿色化学名词的创意学名词的创意。 已谢世的已谢世的H

13、ancock 博士在其担任美国国家科学基金会化博士在其担任美国国家科学基金会化学部主任期间与学部主任期间与USEPA合作资助支持开展环境友好化学领域合作资助支持开展环境友好化学领域的研究工作。他强调化学家和化学学科不仅在解决已存在的的研究工作。他强调化学家和化学学科不仅在解决已存在的环境问题中起作用，而且要在环境问题中起作用，而且要在防治未来产生环境问题防治未来产生环境问题方面起方面起更重要的作用。更重要的作用。 12二、关于绿色化学的发展史简介二、关于绿色化学的发展史简介 Introduction of Development of Green Chemistry环境化学环境化学 第八章第八

14、章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-12 1994年年8月美国化学学会（月美国化学学会（ACS）举行）举行208th全国年会全国年会时，其环境化学分会的主题命名为时，其环境化学分会的主题命名为“为环境而设计：为环境而设计：21世世纪的环境范例纪的环境范例”，分组会主题涉及：为环境设计化学合成，分组会主题涉及：为环境设计化学合成和过程；在社区和工业中设计化学品的安全性；有关决策和过程；在社区和工业中设计化学品的安全性；有关决策设计的信息工具和数据库；清洁生产国际展望；设计安全设计的信息工具和数据库；清洁生产国际展望；设计安全化学品；环境友好生产过程化学品；环境友好生产过程方法

15、和案例；在方法和案例；在21世纪中世纪中设计无铅儿童用品等。实际上，此次会议就是设计无铅儿童用品等。实际上，此次会议就是首次以绿色首次以绿色化学为主题的国际学术研讨会化学为主题的国际学术研讨会。 3环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-13 随后随后USEPA、学术界、工业界与相关的政府部门协作，、学术界、工业界与相关的政府部门协作，提出要以化学为基础开发新的污染预防技术并建议设立提出要以化学为基础开发新的污染预防技术并建议设立总总统绿色化学挑战奖统绿色化学挑战奖加以鼓励。经当届美国总统加以鼓励。经当届美国总统Clinton批准，批准，于于1995

16、年设立了此种特殊奖励，规定每年于华盛顿举行绿年设立了此种特殊奖励，规定每年于华盛顿举行绿色化学与工程学术年会之际颁发一次。色化学与工程学术年会之际颁发一次。 4环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-14 不久不久Anastas 博士和麻省大学的博士和麻省大学的Warner教授共同提出教授共同提出了了绿色化学的绿色化学的12条原理条原理，为该学科发展奠定了理论基础。，为该学科发展奠定了理论基础。1998年出版了首部专著年出版了首部专著绿色化学：理论和实践绿色化学：理论和实践。 1997年建立了年建立了全球第一个绿色化学研究院全球第一个绿色化学研究院（

17、green chemistry institute, GCI） 56 1999年初，英国皇家化学会创办了年初，英国皇家化学会创办了国际性的学术刊物国际性的学术刊物“Green Chemistry”。 7环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-15 同时，有关绿色化学的同时，有关绿色化学的教育工作教育工作也取得显著效果。如也取得显著效果。如USEPA与与ACS 协议，共同设计、发放教材，提供大学和独协议，共同设计、发放教材，提供大学和独立学院使用。意大利的化学和环境科学校际联合体举办了绿立学院使用。意大利的化学和环境科学校际联合体举办了绿色化学国际研究

18、生暑期学校。色化学国际研究生暑期学校。 2001年年ACS还邀请几所高校教师负责开办了绿色化学还邀请几所高校教师负责开办了绿色化学的实验活动。如今在美国、英国、澳大利亚等国，不少高的实验活动。如今在美国、英国、澳大利亚等国，不少高校都开设了绿色化学的课程。美国麻省大学已培养出了绿校都开设了绿色化学的课程。美国麻省大学已培养出了绿色化学专业的博士生。色化学专业的博士生。 89环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-16我国也非常关注这一极富生命力的新兴学科并开展了不少工作 ： 1995年中国科学院化学部的院士们提出以“绿色化学与技术推进化工生产可持续发

19、展的途径”作为重要的科研选题。1997年举办了以“可持续发展问题对科学的挑战绿色化学”为主题的香山科学会议。1999年底又在北京九华山庄举行了以“绿色化学基本科学问题”为主题的21世纪核心科学问题论坛。1环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-17 与此同时，国家科技部将一些以绿色化学技术为核心内容的申请课题列入国家重大项目。 2 1998年以来分别在合肥、成都、广州和济南等地先后举办了几次绿色化学的国际学术讨论会。 3环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-18 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个

20、五年中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议规划的建议中强调了要全面贯彻落实科学发展观，要加快中强调了要全面贯彻落实科学发展观，要加快建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人民健康的突出环境问题，绿色化社会发展特别是严重危害人民健康的突出环境问题，绿色化学的教育和研究完全符合重要要求的精神。学的教育和研究完全符合重要要求的精神。 4环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿

21、色化学的基本原理与应用8-19第二节 绿色化学的基本原理 8.2 Fundamental Principles of Green Chemistry一、绿色化学的一、绿色化学的1212条基本原理条基本原理 Twelve Fundamental Principles of Green Chemistry二、绿色化学与绿色工程二、绿色化学与绿色工程 Green Chemistry and Green Engineering 三、工业生态学原理三、工业生态学原理 Principles of Industrial Ecology环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理

22、与应用8-20一、绿色化学的12条基本原理 Twelve Fundamental Principles of Green Chemistry（1）预防（）预防（Prevention）。防止产生废物比在它）。防止产生废物比在它产生后再处理或清除更好。产生后再处理或清除更好。（2）原子经济性（）原子经济性（Atom Economy）。设计合成）。设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过程的材料方法时，应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中。都进入最后的产品中。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-21一、绿色化学的12条基本原理 （3）无害

23、（或少害）的化学合成（）无害（或少害）的化学合成（Less Hazardous Chemsyntheses）。所设计的合成方法应该使用和）。所设计的合成方法应该使用和产生对人类健康和环境毒性很小或没有毒性的物质。产生对人类健康和环境毒性很小或没有毒性的物质。（4）设计无危险的化学品（）设计无危险的化学品（Design Safer Chemicals）。化学产品应该设计为可以有效地显）。化学产品应该设计为可以有效地显示所期望的功能而毒性最小。示所期望的功能而毒性最小。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-22一、绿色化学的12条基本原理 （5）安全的

24、溶剂和助剂（）安全的溶剂和助剂（Safer Solvents and Auxiliaries）。所使用的辅助物质包括溶剂、分离试）。所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂、和其他物品当使用时都应是无害的。剂、和其他物品当使用时都应是无害的。（6）设计要讲求能效（）设计要讲求能效（Design for Energy Efficiency）。）。化学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和经化学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和经济的影响并应尽量节省。如果可能，合成方法应在室济的影响并应尽量节省。如果可能，合成方法应在室温和常压下进行。温和常压下进行。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基

25、本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-23一、绿色化学的12条基本原理（7 7）使用可再生的原料（）使用可再生的原料（Use Renewable Use Renewable FeedstocksFeedstocks）。当技术和经济上可行，原料和加工）。当技术和经济上可行，原料和加工厂粗料都应可再生。厂粗料都应可再生。（8 8）减少衍生物（）减少衍生物（Reduce DerivativesReduce Derivatives）。如果可能，）。如果可能，尽量减少和避免利用衍生化反应。因为，此种步骤尽量减少和避免利用衍生化反应。因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废弃物。需要添加额外的试剂

26、并且可能产生废弃物。 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-24一、绿色化学的12条基本原理（9）催化作用（）催化作用（Catalysis）。采用具有高选择性的催化剂比）。采用具有高选择性的催化剂比化学计量学的助剂优越得多。化学计量学的助剂优越得多。（10）设计要考虑降解（）设计要考虑降解（Design for Degradation）。设计化）。设计化学产品应使它们在功能终了时，分解为无害的降解产物并学产品应使它们在功能终了时，分解为无害的降解产物并不在环境中长期存在。不在环境中长期存在。（11）为了预防污染进行实时分析（）为了预防污染进行实时分

27、析（Real-Time Analysis for Pollution Prevention）。需要进一步开发新的分析方法，）。需要进一步开发新的分析方法，使其可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前予使其可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前予以控制。以控制。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-25一、绿色化学的12条基本原理（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 Safer Chemistry for Accident Prevention）。在化学过程中使）。在化学过程中使用的物质和物

28、质形态的选择，应使其尽可能地减少发生化用的物质和物质形态的选择，应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在可能性，包括释放、爆炸以及着火等事故的学事故的潜在可能性，包括释放、爆炸以及着火等事故的潜在可能性。潜在可能性。 12条原理实质上最关键的条原理实质上最关键的核心精神核心精神就是在就是在化学品的创造、应用乃至报废的整个过程中做化学品的创造、应用乃至报废的整个过程中做到少废、无废和无毒、无害。到少废、无废和无毒、无害。 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-26获取原料并将其转化为有用产品的三个主要步骤。每个步骤均具有环境影响并能从绿色化学原理的应用中

29、受益。每个步骤均具有环境影响并能从绿色化学原理的应用中受益。源源(寿命、方法和寿命、方法和提取的环境影响提取的环境影响)从废物或副产物中从废物或副产物中分离出分离出欲欲得到的成分得到的成分将单一原料将单一原料转化为欲得到产品转化为欲得到产品副产物和环境影响副产物和环境影响 Fundamentals of Environmental Chemistry. Manahan SE. 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-27 仅就与这12条原理相关的几个重要方面作些讨论：1. 非传统原材料非传统原材料 原材料的选择在绿色化学的决策过程中是很重要的。原材料

30、的选择在绿色化学的决策过程中是很重要的。过去在人工合成的有机化学品中，绝大多数是从石化原过去在人工合成的有机化学品中，绝大多数是从石化原料制备的。原油的精炼要消耗大量能源，在使原油转化料制备的。原油的精炼要消耗大量能源，在使原油转化为有用化学品的方法中，要经过氧化、加氧或类似的过为有用化学品的方法中，要经过氧化、加氧或类似的过程。化学品生产中污染环境的主要步骤之一即为此氧化程。化学品生产中污染环境的主要步骤之一即为此氧化过程。过程。 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-28 仅就与这12条原理相关的几个重要方面作些讨论： 化学合成工业如采用生物质

31、（化学合成工业如采用生物质（biomass）代替石油作）代替石油作原料，即可节约石油这类不可再生的资源，而且由于生物原料，即可节约石油这类不可再生的资源，而且由于生物质中都含有一定量的氧，可以避免或减少以石油作原料时质中都含有一定量的氧，可以避免或减少以石油作原料时需要使用有毒试剂的烃类加氧反应带来的环境污染问题。需要使用有毒试剂的烃类加氧反应带来的环境污染问题。 探索和开发非传统的可再生原材料是绿色化学的另一探索和开发非传统的可再生原材料是绿色化学的另一重要内容。重要内容。 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-29 仅就与这12条原理相关的几个

32、重要方面作些讨论：2. 非传统溶剂非传统溶剂 在传统的有机合成反应中有机溶剂是最常用的反应在传统的有机合成反应中有机溶剂是最常用的反应介质。然而大量使用有机溶剂会有不少负面影响，比如介质。然而大量使用有机溶剂会有不少负面影响，比如挥发至空气中，在日光下可与氮氧化物反应生成挥发至空气中，在日光下可与氮氧化物反应生成O3，还，还可引发光化学烟雾。多种常用的多氯化的有机溶剂有毒可引发光化学烟雾。多种常用的多氯化的有机溶剂有毒且易燃易爆。因此，开发选择环境友好的反应介质是绿且易燃易爆。因此，开发选择环境友好的反应介质是绿色化学研究的一个重要方面。色化学研究的一个重要方面。目前日益增多用于合成化学的非传

33、统溶剂：目前日益增多用于合成化学的非传统溶剂：超临界流体超临界流体 离子液体离子液体 水作为溶剂水作为溶剂 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-30目前已开发的替代溶剂SolventSubstituteCharacteristic of substituteBenzene Toluene Much less toxic than benzene because of the presence of a meta-bolically oxidizable methyl substituent group; produces hippuric aci

34、d metaboliten-hexane2, 5-DimethylhexaneLack toxicity characteristics of n-hexane, significantly higher boiling point may be a disadvantageGlycol ethers1-Methoxyl-2-propanolLess toxic than the glycol ethers, but still effective as a solventVarious organic solventsSupercritical fluid carbon dioxideWid

35、ely available, good solvent for organic solutes, readily removed by evaporation, non-polluting, except as a greenhouse gas if allowed to escape Fundamentals of Environmental Chemistry. Manahan SE. 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-31(1)用于合成化学的非传统溶剂：用于合成化学的非传统溶剂： 超临界流体超临界流体 (1) 超临界流体（超临界流体（Su

36、percritical Fluids, SCF） 在超临界条件下的一些物质的物理化学性质介于气在超临界条件下的一些物质的物理化学性质介于气 体和液体之间，兼具两种状态的特点。如具有与液体相近的体和液体之间，兼具两种状态的特点。如具有与液体相近的 溶解能力和传热系数，同时具有与气体相近的黏度系数和扩散系数。溶解能力和传热系数，同时具有与气体相近的黏度系数和扩散系数。 较为典型并已应用广泛的一种较为典型并已应用广泛的一种SCF即是超临界二氧化碳：即是超临界二氧化碳：SCCO2。CO2无毒、不可燃、相对不活泼、来源丰富、价廉。处于超临界状无毒、不可燃、相对不活泼、来源丰富、价廉。处于超临界状态（临界

37、温度态（临界温度31.1，临界压力，临界压力7.38MPa）的）的CO2可作为溶可作为溶 剂，改变温度和压力可使其密度和溶剂能力发生变化。剂，改变温度和压力可使其密度和溶剂能力发生变化。环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-32(2)新型工业清除溶液离子液体（Ionic Liquids）的出现和酶催化的贡献n20世纪末出现了可广泛应用于无机、有机和高分子化合物的优良溶剂，即在室温下是液体状态的离子液体（Ionic Liquids）。典型的离子液体实际是盐类，由含氮的有机阳离子和无机阴离子组成。它们容易回收，不可燃，没有可检测的蒸气压，例如：(2)用

38、于合成化学的非传统溶剂：用于合成化学的非传统溶剂： 离子液体离子液体环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-33NN+NN(CH2)6+34PO43-(CH2)4(CH2)4N+NCH3CH3H3CH3C32PO43-2PO43-3H3CH3CCH3CH3+NN+HHN+NCH3CH3H3CH3C32PO43-HOOH室温下为液体的几种磷酸聚铵盐室温下为液体的几种磷酸聚铵盐Polyammonium phosphates are liquids at room temperature(2)用于合成化学的非传统溶剂：离子液体用于合成化学的非传统溶剂：离子

39、液体 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-34n近来研究表明，可以在离子液体中进行酶催化和其他类近来研究表明，可以在离子液体中进行酶催化和其他类型的生物转化反应。型的生物转化反应。n美国匹兹堡大学，荷兰代尔夫特技术大学，北爱尔兰贝美国匹兹堡大学，荷兰代尔夫特技术大学，北爱尔兰贝尔法斯特女王大学等校的科学家几乎同时实现了在离子尔法斯特女王大学等校的科学家几乎同时实现了在离子液体介质中进行酶催化反应。液体介质中进行酶催化反应。n以匹兹堡大学以匹兹堡大学Erbeldinger博士研究组的工作为例，他们博士研究组的工作为例，他们在室温下于离子液体中用酶催

40、化反应合成了甜味素天门在室温下于离子液体中用酶催化反应合成了甜味素天门冬酰苯丙氨酸甲酯冬酰苯丙氨酸甲酯 （阿斯巴甜）。（阿斯巴甜）。 (2)用于合成化学的非传统溶剂：离子液体用于合成化学的非传统溶剂：离子液体 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-35CH2OCNHCHCOOHCH2COOHO+H2NCHCOCH3CH2CH2CH3OCCHHNOCOOHCH2CCHNHCOCH2OOOCarbobenzoxy-L-aspartate(苄酯基苄酯基-L-天冬氨酸盐）天冬氨酸盐）L-phenylalanine methyl esterL-苯基丙氨酸甲酯

41、苯基丙氨酸甲酯Thermolysin嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶Ionic liquidProtecting groupS-Aspartame, S-天门冬酰苯丙氨酸甲酯天门冬酰苯丙氨酸甲酯95%产率产率(2)用于合成化学的非传统溶剂：离子液体用于合成化学的非传统溶剂：离子液体 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-36n目前已开发出来的一些离子液体，作用与有机溶剂相似，已目前已开发出来的一些离子液体，作用与有机溶剂相似，已可溶解广泛的有机分子，包括原油、墨汁、塑料，甚至可溶解广泛的有机分子，包括原油、墨汁、塑料，甚至DNA。它可帮助工业合成，在。它可

42、帮助工业合成，在300条件下有良好的热稳定性。条件下有良好的热稳定性。n离子液体可溶解不带电荷的共价键分子，比如非极性的苯可离子液体可溶解不带电荷的共价键分子，比如非极性的苯可50%（V/V）溶于）溶于AlCl4-为基础的离子液体。从理论上向化为基础的离子液体。从理论上向化学家的学家的“拇指规则拇指规则”即即“like dissolves like”（相似相溶）提（相似相溶）提出了挑战！出了挑战！ n也可用离子液体从水体中也可用离子液体从水体中去除有毒重金属去除有毒重金属，如，如汞汞：(2)(2)用于合成化学的非传统溶剂：离子液体用于合成化学的非传统溶剂：离子液体 环境化学环境化学 第八章第八

43、章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-37PF6HHSNNNNNNNSNHHPF6 PF6HHSNNNNNNNSNHHPF6Hg2+Ionic liquid layerWater layer Hg2+ Ionic liquids: an industrial cleanup solution，Renner R. Environ. Sci. Technol., 2001, 35: 410A环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-38n超临界水超临界水（374，218 atm），它可在存在（或不存），它可在存在（或不存在）在）O2和催化

44、剂的情况下，分解有机废物。当被分解的和催化剂的情况下，分解有机废物。当被分解的化合物含有氯时可能会产生腐蚀问题，最好用钛质反应化合物含有氯时可能会产生腐蚀问题，最好用钛质反应器。器。Na2CO3可减轻腐蚀。利用此系统在可减轻腐蚀。利用此系统在380可将样品可将样品中中PCBs的含量从的含量从20 mg/L减至小于减至小于0.5 g/L。n三氯乙烯、三氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷和三氯乙酸可在三氯乙烷和三氯乙酸可在450使用使用1.5%H2O2和和NaHCO3的条件下以的条件下以99.96%的效率被分解。的效率被分解。 1atm=101.325 kPa1atm=101.325 kPa(3)(3)

45、用于合成化学的非传统溶剂：用于合成化学的非传统溶剂：“水水”溶剂溶剂 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-39n水的临界温度为水的临界温度为374，对大部分机化合物而言温度过高，然，对大部分机化合物而言温度过高，然而在接近此种温度下已成功地开拓了不少工作。而在接近此种温度下已成功地开拓了不少工作。n在在300时水的极性和密度接近于室温下丙酮的性质。如时水的极性和密度接近于室温下丙酮的性质。如:(3)(3)用于合成化学的非传统溶剂：用于合成化学的非传统溶剂：“水水”溶剂溶剂 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理

46、与应用8-40 仅就与这12条原理相关的几个重要方面作些讨论：3. 生态效应，现用的催化剂或多或少存在污染问题。研究和开生态效应，现用的催化剂或多或少存在污染问题。研究和开发无毒害而高效的催化剂是绿色化学又一个重要研究方向。发无毒害而高效的催化剂是绿色化学又一个重要研究方向。 近年来，已开发出不少新型催化剂，如环境友好的固体近年来，已开发出不少新型催化剂，如环境友好的固体超强酸（强碱）催化剂、杂多酸催化剂；对反应物分子有选超强酸（强碱）催化剂、杂多酸催化剂；对反应物分子有选择性的择性的“夹层催化剂夹层催化剂”；适合于医药、香料、染料、农药和；适合于医药、香料、染料、农药和化妆品等精细化工产品生

47、产的化妆品等精细化工产品生产的“相转移催化剂相转移催化剂”；可精细调；可精细调节的结构和孔径的节的结构和孔径的“沸石分子筛沸石分子筛”；以及经修饰和改造对反；以及经修饰和改造对反应底物的立体结构有很强识别能力的应底物的立体结构有很强识别能力的“仿酶催化剂仿酶催化剂”等。等。 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-41 仅就与这12条原理相关的几个重要方面作些讨论：4.原子经济性反应原子经济性反应 以往化学合成主要注意合成产品的产率，对合成工艺路以往化学合成主要注意合成产品的产率，对合成工艺路线和加工生产过程中是否使用或产生有毒物质和废物很线和加工生

48、产过程中是否使用或产生有毒物质和废物很少考虑。少考虑。1991年美国斯坦福大学年美国斯坦福大学Trost教授首次提出了化教授首次提出了化学反应要考虑学反应要考虑“原子经济性原子经济性”的新概念，他认为进行化的新概念，他认为进行化学合成应考虑原料分子中的原子最终进入希望得到产品学合成应考虑原料分子中的原子最终进入希望得到产品中的数量。就是说在设计合成路线时尽量使原料分子中中的数量。就是说在设计合成路线时尽量使原料分子中的原子更多或全部变成最终预期产品中的原子。的原子更多或全部变成最终预期产品中的原子。 %100物分子的质量物分子的质量反应中所使用全部反应反应中所使用全部反应被利用原子的质量被利用

49、原子的质量率率原子经济性或原子利用原子经济性或原子利用环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-42 仅就与这12条原理相关的几个重要方面作些讨论： Trost教授认为合成效率应该是今后合成方法学研究教授认为合成效率应该是今后合成方法学研究中的关键所在。他将化学反应的选择性（包括化学、区域、中的关键所在。他将化学反应的选择性（包括化学、区域、立体选择性）和原子经济性并列为合成效率的两个必要方立体选择性）和原子经济性并列为合成效率的两个必要方面。创造高原子经济性的合成化学反应是绿色化学研究的面。创造高原子经济性的合成化学反应是绿色化学研究的核心任务。这一

50、原创性贡献，使核心任务。这一原创性贡献，使Trost获得获得1998年度美国年度美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖。总统绿色化学挑战奖中的学术奖。 采用新合成原料、新反应加工途径和开发新催化剂等采用新合成原料、新反应加工途径和开发新催化剂等都是提高合成反应原子经济性的有效方法。都是提高合成反应原子经济性的有效方法。 环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用绿色化学的基本原理与应用8-43产率和原子经济性（Yield and Atom Economy）产产率低于率低于100%， ， 且伴有副且伴有副产产物的典型反物的典型反应应环境化学环境化学 第八章第八章 绿色化学的基本原理与应用