有机化学与绿色化学71页PPT

J.W,Forst和K.M.Draths开发了生产已二酸的生物技术路线。这一路线
由淀粉和纤维素制取的葡萄糖为原料，经由DNA重组技术改进的大肠
杆菌，将葡萄糖转化为已二烯二酸，然后在催化剂的作用下加氢制得
已二酸：
OH
OH
O
大 肠 杆 菌
OH
H 2/PdorN i
HOO2)C 4C(O CO HH
OHOH
（1）过渡金属催化的环加成反应
（2）异构化反应 (3)炔烃偶联反应
二、设计新的合成路线
在有机合成中，尤其是精细化学品和药物的合成 往往需要多步反应才能达到目的。即使单步反应的收 率较高，多步反应的总的原子核利用率也不会很理想。 若能设计新的合成路线来缩短和简化合成步骤，反应 的原子利用率就会大提高。如布洛芬的合成需6步反应 才能得到产品。原子利用率只有40，04%。最近法国 BHC公司发明设计的新路线只需3步反应即可得到产品 布洛芬，原子利用率达77，44%。新方法减少了37%的 废物排放。BHC公司也因此获得了1997年度美国“总 统绿色化学挑战奖”。布洛芬的两种合成路线见下：
H 2 N i or P d
OHO
O 2
+
HN 3 H O OO 2)4C CO (C OH H
这一工艺路线曾是现代合成化学的重大成就之一。但从绿色化学
的观点看，这一工艺存在严重缺点。苯来自石油，属不可再生资源，
而且是一毒性物质。在合成过程中又采用空气和硝酸氧化。氧化过程
一般选择性差，原料的利用率较低，特别是最后一步采用HNO3为氧 化剂，腐蚀严重，且反应后产生臭气（N2O），排放到空气中，进入 大气层，会破坏大气中的臭氧层。为了克服上述缺点，美国的
A R1

02
通过绿色化学手段，可以减少化 学品对人类健康和环境的危害， 降低能源消耗和资源浪费，促进 可持续发展。
绿色化学的发展历程
20世纪90年代初，美国提出了“绿色 化学挑战计划”，标志着绿色化学的 诞生。
目前，绿色化学已经成为全球范围内 研究的热点领域之一，被广泛应用于 环境保护、能源开发、医疗保健等多 个领域。
03
绿色化学的应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
绿色合成路径
总结词
采用高效、环保的合成方法，减少不必要的副产物和废物产 生。
详细描述
绿色合成路径旨在减少化学反应过程中的能耗和资源消耗， 同时降低对环境的负面影响。通过改进反应条件、优化反应 路线和使用高效催化剂等方法，实现高效、环保的化学品生 产。
许多人对绿色化学原则缺乏了解，这可能导致对绿色化学品的接 受程度较低。
环保法规的不完善
目前，许多国家和地区的环保法规尚不完善，无法有效地引导和规 范绿色化学的发展。
利益冲突和环保意识的差异
不同国家和地区、不同利益群体之间在环保意识和利益诉求上存在 差异，这可能影响绿色化学的发展。
前景展望
1 2
技术进步推动绿色化学发展
设计安全化学品原则还需要考虑到化学品的可降解性和可回收性，以降低其对环境的长期影 响。
降低能耗和物耗原则
降低能耗和物耗原则是指在化 学过程中，应尽可能地降低能 源和物质的消耗，以提高效率 和减少资源浪费。
降低能耗和物耗原则的实现需 要采用节能减排的技术和工艺 ，优化生产过程，提高设备的 能效和利用率。
。
原子经济性原则的实现需要采用 先进的生产技术和工艺，优化化 学反应过程，提高原料的利用率

3 使用非有机溶剂体系
3.1 液态以及超临界 CO2 3.2 离子液体 3.3 Fluorous Phase Chemistry 3.4 水
3.1 液态 CO2 作为绿色萃取溶剂
McKenzie, L. C.; et al. Green Chem. 2004, 6, 355.
超临界 CO2
超临界的含义?
scCO2商业应用
• 天然产物提取 • 合成高分子 • 干洗
利用超临界co2脱除
茶、咖啡、可可含有的咖啡因
由于健康或其他理由可以选择不含 咖啡因的咖啡
Decaffeinated
• 超临界二氧化碳来代替从 咖啡豆中提取咖啡因二氯 甲烷是一种绿色化学实践
• 相较于二氯甲烷 ,
二氧化碳无毒，不会造 成环境问题
June 2010
有机溶剂的缺点
有机溶剂在化工行业受到广泛关注，因为在合 成、加工以及分离时都用到大量的溶剂： •有机溶剂价格昂贵 •有机溶剂需要严格监管。 •许多有机溶剂易挥发，易燃，有毒.
溶剂选择
A. 无溶剂反应 B. 非有机溶剂体系 C.加工技术
什么是绿色溶剂?
• 低毒性 • 容易回收 (无废弃物) •进一步应有的特点 :
Chemistry
Chapter 4: Green Chemistry in Organic Synthesis
有机溶剂的优点
•要比离子液体和氟溶剂廉价 •挥发性 - 它需要较少的能源，以消除溶剂蒸发。 •溶剂可以通过蒸馏回收，较少废物 . •调节 - 大多数国家已经有限制释放挥发性有机化合 物的工业要求。
为什么用水作为溶剂?
• 成本 – 水是最廉价的溶剂. • 安全性 – 没有比水更安全的溶剂. • 某些反应在水中进行效果更好.

O
C l
+
O
O O H
O
O
C l
+
O O H
3-氯过氧化苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物 ➢ 绿色工艺
O + H2O2
O
O + H2O
锡/β-沸石
负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水
2021/2/1
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环境友好催化剂
COCl
O
envirocat EPZG
OH
OH
OH
OH
OH OH
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使用安全的化学品(1)
发展与应用对人和环境无毒且无危险性的试剂和溶剂 以及其他实用化学品是绿色化学的重要一环。
O 1.HCN
2.H2SO4
3.MeOH
H2SO4
O
MeO
原子利用率46%
+ (NH4)HSO4
H3CC
CH + CO + CH3OH
聚氨酯是一种热缩性树脂，1995年世界总消耗量为650万吨， 80%作泡沫塑料，广泛应用于建材、家具、汽车、制革、纤维等行 业。
7
工业化学品对生态环境的影响
类别
炼油产品 大宗化学品 精细化学品 药物
化工产品生产规模与环境因子
生产规模 /ｔ
106～ 108 104～ 106 102～ 104 10～ 103
环境因子 （ｋｇ副产物 /ｋｇ主产物）
< 0.1 <1～ 5
5～ 50 2 5～ 1 0 0以上
精细化工生产对生态环境造成的影响最为突出 。

中，而能降解为无害的物质； （11）分析方法必须进一步发展，以使在有害物质
生成前进行实时的和在线跟踪及控制； （12）在化学转换过程中，所选用的物质和物质形
态应尽可能地降低发生化学事故的可能性。
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Twelve Principles of Green Chemistry
10
1: It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it is formed.
13
10: Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products.
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4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.

ppt课件 11
中国7大环境污染

山东沂南涑河砷化物水污染 2009年4月，亿鑫化工有限公司将产生的大量含 砷有毒废水排放在一处蓄意隐藏的污水池存放。 7月2 0日、2 3日深夜，该公司为节省处理污水费 用，趁当地降雨，附近一河流水量增加之际，用 水泵将含砷量超标2.7254万倍的生产废水排放到 南涑河中，致使水体严重污染。
ppt课件
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Facts & Figures 2000
“21世纪化学工程进展”专家结构预测（10 — 25年，全球）
产品重组与技术前沿 1. 生化工程产品 2.制药 3a.半导体及电子器件 3b.功能陶瓷及复合材料 4. 新型能源与燃料 5. 新型材料（塑料，高聚物，合纤等） 6. 催化剂 7a.新型食品 7b.海底资源 8. 石化产品 ppt课件 9. 其它新型功能产品

ppt课件 18
2、绿色化学与化工
绿色化学化工作为应对21世纪挑战的关键技术与 基础,已成为21世纪世界科技研究前沿热点：

1995 年美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战 奖”； 日本政府规划了在 21 世纪重建绿色地球的“新阳光计 划”； 英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》1999年 1月创刊；
ppt课件
2
世界十大环境污染事件

洛杉矶光化学烟雾事件 40年代初期于美国洛杉矶市，全市 250多万辆 汽车每天消耗汽油约 1600万升，由于汽车漏油、 汽油挥发、不完全燃烧和汽车排气，向城市上空 排放近千吨石油烃废气、一氧化碳、氮氧化物和 铅烟，在阳光照射下，生成淡蓝色的光化学烟雾， 1952年12月的一次烟雾中，65岁以上老人死亡 400人
ppt课件 13


世界化学工业生产能力分布

特点
有机化合物种类繁多，结构复杂 ，具有独特的物理和化学性质。
有机化学的历史与发展
01
02
03
早期历史
有机化学的起源可以追溯 到古代，但真正的发展始 于18世纪。
近代发展
19世纪以后，随着化学理 论的不断完善和实验技术 的进步，有机化学得到了 迅速发展。
现代有机化学
20世纪以来，有机化学在 理论、实验方法和应用领 域等方面都取得了巨大进 展。
通过有机合成制备具有特定功能的材料， 如光电材料、催化剂等。
合成具有生物活性的化合物，如酶抑制剂、 受体配体等，并进行生物活性评价。
05
有机化合物的鉴定与分析
Chapter
有机化合物的分离与纯化技术
蒸馏法
利用物质沸点的差异进行分离， 包括简单蒸馏、分馏、减压蒸馏
等。
萃取法
利用物质在两种不互溶溶剂中的 溶解度差异进行分离，包括液-
有机化合物的化学性质
• 取代反应：有机化合物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应，如卤代烃的水解反应、 酯的水解反应等。
• 加成反应：有机化合物分子中不饱和键（双键或三键）两端的原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合 物的反应，如烯烃与氢气的加成反应、炔烃与卤素的加成反应等。
对已知化合物进行结构修饰和改造， 优化其性能，满足特定需求。
有机合成的基本策略与方法
逆合成分析
从目标分子出发，逆向分析其结 构，设计合理的合成路线。
保护与去保护策略
在合成过程中，对某些官能团进 行保护，以避免不必要的副反应 ，合成完成后再进行去保护。
01 02 03 04
合成子的选择与连接
选择合适的合成子，通过化学键 的连接形成目标分子。

克莱森重排：烯醇或酚的烯丙基醚当加热到一定温度时，可发生分子内 重排。苯酚的烯丙基醚在200℃时，不用催化剂顺利的重排。
原子利用率100%
第7页/共42页
反应类型及其原子经济性
⑴ 分子重排反应。原子利用率100%
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连接、键 的形式等产生一个新的分子的反应。
第29页/共42页
2.5 采用安全的溶剂和助剂 Use safer solvents and auxiliaries
The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents, etc.) should be made unnecessary wherever possible and, innocuous when used.
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
CH2
CH CH
CH2
2HCN
Ni，Complex 30～50℃
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
其原子利用率为100%。
乙酸合成
Kolbe合成法:
甲醇羰基化法:
2009
C Fe CS2 Cl2 CCl4 红热管 Cl2C=CCl2
Cl2C=CCl2
A raw material of feedstock should be renewable rather than depleting wherever technically and economically practicable.
environmental and economic impacts and should be minimized. Synthetic methods should be conducted at ambient temperature and pressure.

缺点： 原子利用率低，仅为31%；消耗大量
的石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染严重。
◎钛硅分子筛（TS-1）催化氧化法
Ugine公司和Enichem公司开发了TS-1 分子筛作催化剂的新工艺：
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新工艺的特点：
a. 反应条件温和。常压，40~50℃。
b. 氧源安全易得（30%H2O2），转 化率高（以H2O2计算为93%）。
C2H4 + ½ O2Ag催化剂 C2H4O
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第5页/共31页
解： （1）总包反应为
C2H4 + Cl2 + Ca（OH）2 →C2H4O+CaCl2+H2O
28 71
74
44
原子利用率=
44 100% 28 71 74
=25.4%
（2）C2H4 + ½ O2 → C2H4O
28
16
44
原子利用率=
c. 选择性高达97%以上，原子利用
率76.3%。
d. 仅联产水，是低能耗、无污染的
绿色化工过程。
e. 不足之处是H2O2成本高。
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第23页/共31页
2. 简化合成步骤
布洛芬，非类固醇消炎剂，具有 止痛消肿的作用。原来的合成方法有 六步，原料的原子利用率为40.03%。
德国BHC公司发明了新方法，只需
第27页/共31页
和世界上首家实现三产品联产，实现了零排放。 创出了产量高、成本低、效益好、无污染、低 能耗、清洁生产的新路子。使得中国在这个领 域登上了当今世界科学的高峰。
这项技术除需要消耗一些燃料能源外，原料 成本达到了最小化。其重要经济利益在于：
第一，以工业废料为原料，大幅度降低了生产 成本；

7
第一节 反应经济化
反应原料 + 反应试剂
反应溶剂、催化剂 实验手段
目标产物 + 副产物
目标产物的摩尔质量
原子利用率=
× 100%
+ 目 标 产 物 的 摩 尔 质 量 废 弃 副 产 物 的 摩 尔 质 量
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第一节 反应经济化
一、常见有机合成反应的原子经济性分析
1、重排反应 ➢ 重排反应就是构成同一分子的原子的重新组合。
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第一节 反应经济化
三、应用实例
1、布洛芬——镇静、止痛药的生产 2、Baeyer-Villiger反应——用于生产医药、塑
料添加剂 3、丙烯环氧化制环氧丙烷
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布洛芬—镇静、 止痛药的生产
Boots公司的 Brown方法
原子经济性 ~40%
实例1
布洛芬
第六步
第五步
第一步 第二步 第三步 第四步
➢(6) 能量效率设计(design for energy efficiency):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。如有可能合成应在常温和常压下进行。
4
化工生产应遵循“绿色化学12条原则”
➢ (7) 使用可再生原料(use renewable feedstocks):只要 技术和经济上可行，原料应是可再生的，而不是将 耗竭的。
量数之和而定。
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第一节 反应经济化
一、常见有机合成反应的原子经济性分析
5、环加成反应 ➢ 环加成反应是两个反应物化合，生成新的环状化合物。
+
O
+
O
O
➢ 该反应的原子经济性100%。
O O O
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