第二部分 方兴未艾的绿色化学—— 绿色化学的基本内容与实例
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绿色化学
第一章1.温室效应（概念）由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。
（原因）（影响）地球上的病虫害和传染疾病增加；海平面上升；气候反常，海洋风暴增多；土地干旱，沙漠化面积增大。
2.臭氧层破坏（概念）臭氧层空洞实际上是臭氧的密度不到正常密度一半的稀薄层（原因）氟氯烃破坏臭氧的机理是按链反应进行的。
CF2Cl 2可在紫外光作用下产生Cl 原子，对臭氧会产生长久的破坏作用。
据统计，一个氟氯烃分子可以破坏数万个臭氧分子，这个循环包括下列三个化学方程式。
①CF2Cl2＋hν--> Cl.＋CF2Cl.②O 3＋Cl. --> O2＋ClO.③O.＋ClO. --> Cl.＋O 2（危害）农作物枯死；动物免疫系统和 DNA 会受到破坏；大海中的生物会大幅度减少；人类皮肤病患者大幅增加。
臭氧层低值区的出现具有季节性，与气温变化有关，造成臭氧层空洞的物质：氟氯烃。
3. 光化学烟雾（氮氧化物与烃类物质在紫外线照射下，经过一系列复杂反应后形成的一种大气污染现象）4.生物多样性：地球上动物植物微生物及其所构成的生态综合体，包括遗传多样性，物种多样性，生态系统多样性三个组成部分。
5.水体污染/富营养化（是指水中含有较多的有利于植物生长的营养元素磷和氮）由水中藻类如甲藻、硅藻等浮游生物的群落所组成的，称为红潮或赤潮。
6. 大量的废旧农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具（以下统称为塑料包装物）在使用后被抛弃在环境中，给景观和生态环境带来很大破坏。
由于废旧塑料包装物大多呈白色，因此造成的环境污染被称为“白色污染”7.生活垃圾处理主要是填埋、堆肥和焚烧三种方式，混入生活垃圾的废旧电池在这三种过程中都会对周围环境产生污染。
危害来自其中所含的少量重金属，如铅、汞、镉等。
8. 资源问题：水，能源，土地，矿产，生物。
我国是一个公认的能源短缺而又贫水的国家9. 可持续发展的定义和战略主要包括四个方面的含义： (1) 走向国家和国际平等； (2) 要有一种支援性的国际经济环境； (3)维护、合理使用并提高自然资源基础； (4) 在发展计划和政策中纳入对环境的关注和考虑。
第二部分 方兴未艾的绿色化学—— 绿色化学的基本内容与实例
Tuesday, April 07, 2020
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 衡量的，它也可以在新方法未能完善前作为参考，尤其
是对化学品急性毒性的评估。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
一、E因子 相对与每种化工产品而言，期望产品以外的任何东西都是废 物。一个产品生产过程中对环境造成的影响可以用E因子来衡 量。E因子定义为每生产1kg期望产品与同时产生的废物质量 的比值，即：
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, April 07, 2020
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
42 71 74
Tuesday, April 07, 2020
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, April 07, 2020
Tuesday, April 07, 2020
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
Tuesday, April 07, 2020
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 衡量的，它也可以在新方法未能完善前作为参考，尤其
是对化学品急性毒性的评估。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
一、E因子 相对与每种化工产品而言，期望产品以外的任何东西都是废 物。一个产品生产过程中对环境造成的影响可以用E因子来衡 量。E因子定义为每生产1kg期望产品与同时产生的废物质量 的比值，即：
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, April 07, 2020
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
42 71 74
Tuesday, April 07, 2020
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, April 07, 2020
Tuesday, April 07, 2020
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
Tuesday, April 07, 2020
绿色化学GreenChemistry绿色化学绿色化学
Rachel Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯 ”。
环境保护经历的三个时期
(1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累 乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物 质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化 学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。 应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗 和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一 定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造 成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人 类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世 纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。
气管哮喘
SO2
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
公害 成因
米糠油 多氯 事件 联苯
1968年日本 九州艾知县 等23个府县
食用含多氯联 生产中 苯的米糠油、 多氯联 全身起红疙瘩、苯进入 呕吐、恶心、 米糠油 肌肉通
富山 骨痛病
镉
1972年3月 日本富山
关节、神经、 全身骨痛、骨 骼萎缩、食含 镉的米、水
公害 成因
1930年12月 SO2→SO3 →
比利时马斯河 肺部、咳 1. 工厂
谷
嗽…
多工业
1948年10月 美国多诺拉
1952年12月 英国伦敦
SO2+烟尘→
污染物 积聚
硫酸 →肺部、 咳嗽、胸闷、
2.
遇雾 天
喉痛、呕吐
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
环境保护经历的三个时期
(1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累 乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物 质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化 学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。 应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗 和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一 定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造 成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人 类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世 纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。
气管哮喘
SO2
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
公害 成因
米糠油 多氯 事件 联苯
1968年日本 九州艾知县 等23个府县
食用含多氯联 生产中 苯的米糠油、 多氯联 全身起红疙瘩、苯进入 呕吐、恶心、 米糠油 肌肉通
富山 骨痛病
镉
1972年3月 日本富山
关节、神经、 全身骨痛、骨 骼萎缩、食含 镉的米、水
公害 成因
1930年12月 SO2→SO3 →
比利时马斯河 肺部、咳 1. 工厂
谷
嗽…
多工业
1948年10月 美国多诺拉
1952年12月 英国伦敦
SO2+烟尘→
污染物 积聚
硫酸 →肺部、 咳嗽、胸闷、
2.
遇雾 天
喉痛、呕吐
世界八大公害事件
事件
污染 物
发生时 间、地点
致害原因 中毒症状
高中化学 6.2 绿色化学与可持续发展文字素材 苏教版选修2
绿色化学与可持续发展近年来，随着世界人口增长和经济的迅猛发展，世界资源的巨大消耗以及由此而产生的环境污染和人类生态平衡问题越来越引起了人们的重视和关注，许多国家提出了人类长期可持续发展的战略性问题，从而出现了发展绿色经济、开发绿色科技的热潮。
由于化学在人类经济发展中的重大作用以及它在资源利用和对人类生存环境所产生的巨大影响，发展绿色化学成为了贯彻可持续发展的一个重要方向。
一、"绿色化学"的提出与内涵"绿色化学"这个名称最早出现在美国环保局的官方文件中，以突出化学对环境的友好。
1995年，美国总统克林顿、副总统戈尔专设了"总统绿色化学挑战奖"，以推动社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究，鼓励支持重大的创造性的科学技术突破，从根本上减少乃至杜绝化学污染源。
由于上述原因，使得"绿色化学"这个名称广为传播。
绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。
绿色化学即是从源头上用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。
它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。
可以看出绿色化学是发展生态经济和工业的关键，是实现可持续发展战略的重要组成部分。
二、"绿色化学"的作用过去的一个世纪中，化学对农业的发展产生了巨大的影响。
然而，人工合成的化学物质多数不具备环境相容性，地球缺乏对它们的"自净能力"，随着它们在环境中的残留物越来越多，空气污染、气候变化、臭氧层损耗、淡水资源枯竭、水污染、森林锐减、水土流失、沙漠化、物种的灭绝、生物多样性锐减等严峻问题日益出现，危害了生物和人类以及人类赖以生存的生态环境。
因此，研究高效低毒的化学技术是绿色化学近期的紧迫任务。
[工学]绿色化学第2章绿色化学
![[工学]绿色化学第2章绿色化学](https://img.taocdn.com/s1/m/1d810a780c22590103029d38.png)
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2020/11/14
第二节 为什么要大力发展绿色化学
许多排放物能在环境中残留和积累 , 对环境造成破 坏。另外，化工生产中的偶然事故也会对人类和环境造 成突发性的影响，比如， 1983 年印度 Seveso 农药厂异 氰酸甲酯的泄漏造成 2000 人死亡， 30 万人中毒等。但 是，目前人类社会发展到今天已无法离开造成我们当前 物质文明的化学产品和化学工业而退回到更上一个世纪， 去过那种田园生活。尽管我们处在可怕的白色污染的包 围之中，但我们完全无法想像没有今天的高分子聚合物 产品，我们的日常生活还能否正常进行，尤其是在都市 中，这种情况更为突出。
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2020/11/14
第一节 什么是绿色化学
由于物质及人类活动本身有其内在的运动规律，因此， 任何物质和人类活动对人类本身及环境均会有或多或少 的影响，那是不是意味着“没有什么物质是友好的，我 们追求的完美无缺的绿色化学仅仅是一种理想状态而无 法实现的”呢？目前绿色化学领域取得的进展已经对此 作出了否定的回答。这方面取得的成果不仅解决了传统 方法造成的对环境、对人类健康的危害，同时在经济技 术指标、原料有效利、过程效益等方面均取得了良好效 果，因此，已成为市场驱动和利益驱动的技术。诚然， 要绝对区分哪一物质、哪一过程对环境更加无害是十分 困难的，很难构筑一张物质过程对环境危害的定量表。
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2020/11/14
第三节 化学反应的原子经济性
• 例如，由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯化 乙醇法时，假定每一步反应的产率、选择性均 为 100% ，这条合成路线的原子利用率也只能 达到 25% ：
《绿色化学》PPT课件
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
完整版课件ppt
24
环境友好催化剂
COCl
O
envirocat EPZG
OH
OH
OH
OH
OH OH
2021/2/1
完整版课件ppt
28
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 。
第八章 绿色化学
10、设计要考虑降解－设计化学产品时，应考虑当该物 质完成自己的功能后，不再滞留于 环境中，而可降解为无毒的产品； 11、为了预防污染进行实时分析－分析方法也需要进一 步研究开发，使之能做 到实时、现场监控，以 防有害物质的形成；
12、防止事故发生的固有安全化学－化学过程中使用的 物质或物质的形态，应考虑尽 量减少实验事故的潜在危险， 如气体释放、爆炸和着火等。
耗的化石燃料，２０
世纪初不足１５亿吨，
７０年代初达７０－
８０亿吨．
大量工业污染物的排放 使人们面临有害物质、 元素的威胁
含量/(mg·kg -1 )
不同年代北极冰中的铅含量 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1715 1750 0.02 1860 0.05 1965 0.21 1950 0.12
3. 德国的 “为环境而研究”计划 六十年代，经济高速发展，环境污染严重 （如莱茵河鱼虾大量死亡）； 八十年代，实施环境保护政策； 九十年代，联邦政府通过 “为环境而研究” 计划。内容包括区域性和全球性环境工程、实施 可持续发展的经济及进行环境教育。
4. 英国的绿色化学奖
2000年设立英国绿色化学奖，奖励 那些在绿色化学研究中做出突出成绩 的学者、公司和中小企业。
O O
Safrole，黄樟素
案例六：
天然食物中有的也含有有益的化学物质，比 如水果和蔬菜中常常含有天然抗氧化剂，像
葡萄中含有的resveratrol 具有抗氧化能
力，能防止老化、抗肿瘤、保护心血管 。 OH
HO OH
Resveratrol
世界各国发生的关于有毒化学品的环境事故很多 全世界每年消
5、安全的溶剂和助剂－尽量不使用辅助性物质（如 溶剂、分离试剂等），如果 一定要用，也应使用无毒物质； 6、设计要讲求能效－能量消耗越小越好，应能为环 境和经济方面的考虑所接受；
高中化学校本课程教材《绿色化学》
原子经济性概念
01
在化学反应中，原料分子中的原子全部转化为目标产物，实现
零排放和高效利用。
原子经济性反应类型
02
包括加成反应、重排反应、环化反应等，这些反应具有高效、
高选择性和环境友好的特点。
原子经济性合成实例
03
如烯烃的氢甲酰化反应、羰基合成等，这些实例展示了原子经
济性合成在工业生产中的应用。
高效催化合成技术
水作为溶剂在化学反应中具 有独特的性质，如促进某些 有机反应的进行、提高反应 速率和选择性等。
离子液体作为溶剂的特点及应用
离子液体由阴阳离子组 成，具有极低的蒸气压 、高热稳定性、宽电化 学窗口等特性。
离子液体可以作为绿色 溶剂替代传统有机溶剂 ，用于有机合成、催化 反应、电化学等领域。
离子液体在溶解有机物 、无机物和聚合物等方 面具有广泛的应用前景 。
B
C
绿色涂料
以水性涂料、无溶剂涂料等为代表，具有无 毒无害、低挥发性有机化合物排放等特点。
绿色燃料
以生物柴油、氢气等为代表，具有可再生、 清洁环保等特点。
D
谢谢聆听
超临界流体在有机合成、催化反应、纳米材 料制备等领域具有广泛的应用前景。
D
无溶剂条件下的绿色合成反应
01
02
03
04
无溶剂条件可以避免使用有机 溶剂，从而减少环境污染和废
弃物处理成本。
无溶剂条件下的绿色合成反应 具有高原子经济性、高选择性
和高效率等优点。
常见的无溶剂条件下的绿色合 成反应包括固相反应、研磨反
绿色化学的应用可以减少有害物质对人类健 康的影响，提高生活质量。
02
01
推动科技创新
【课程思政示范课程案例】《绿色化学》课程
一、课程简介
绿色化学是综合运用现代科学技术，从源头上减少化学工业对环境污染的一门新兴交叉学科。
课程内容紧密围绕国家生态文明与低碳经济领域的重大战略需求，以绿色化学基本原理、技术和前沿发展动态等专业知识为载体，培养学生了解绿色化学技术在现代化工、农业等领域的应用，树立生态文明理念，激发乡村振兴使命担当，厚植“大国三农”情怀。
绿色化学作为专业特色课程，主要面向我校应用化学、生物工程本科三年级学生开设，服务北京市一流专业建设，在课程体系中承上启下。
二、课程思政教学设计
结合我校“高水平应用型大学”本科人才培养需求和“新农科”建设行动计划，以培养知农爱农的现代农林人才为目标开展课程思政教学设计。
通过支部引领思政建设、教师提升思政能力、课程融入思政元素、作业践行思政效果、考核评价彰显思政成效开展课程思政。
通过完善农科、校本特色思政案例库、建设线上思政讨论区，布置新媒体思政作业三方面培养学生的思政能力。
利用校内实验室和校外实践基地，开展虚拟仿真实验、学科竞赛和农业实践，引导学生践行思政内容，有机融入“乡村振兴”、“生态文明”、“健康中国”等涉及“三农”的重大战略内容，引领和激励学生在农业农村广阔天地建功立业。
三、课程思政实践情况
1.引导学生了解中国发展
关注中国问题、理解中国现实。
紧密结合生态文明建设实例，在学习清洁能源章节时，通过北京冬奥会的时事热点，激发学生的时代感和使命感。
2.引导学生了解国家战略
在绿色农药章节讲解中，课前通过在线平台布置任务，学生学习我国在粮食安全领域的突出成就和农业农村部在农药减量增效方面的文件，引导学生知农爱农。
绿色化学
二、绿色化学的主要特点
(1) 化学反应的原子经济性。 化学反应的原子经济性。 (2) 化学反应的清洁性 (3) 化学工艺的循环性和闭路性。 化学工艺的循环性和闭路性。 (4) 化学反应技术的可持续性 (5) 化工生产的可持续性
三、绿色化学的研究内容
无毒无害原料 可再生资源
原子经济反应
环境友好产品 回归自然 废物回收利用
石灰
O 2 CH3 CH CH2
+ CaCl2 + 2H2O
废渣 污水
绿色工艺—钛硅分子筛催化 原子经济性=76% 绿色工艺 钛硅分子筛催化：原子经济性
H2O2 CH3 CH CH2 TS-1 O CH3 CH CH2 H2O
甲基丙烯酸甲酯的生产工艺
传统工艺
47%原子经济性 原子经济性
绿色工艺
100%原子经济性 原子经济性
化工生产应遵循“绿色化学 条原则 条原则” 化工生产应遵循“绿色化学12条原则”
(7) 使用可再生原料 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。 (8) 减少衍生物 减少衍生物(reduce derivatives):应尽可能避免 不必要的衍生化（阻断基团，保护／脱保护，物理 和化学过程的暂时修饰）因为这些步骤需要添加试 剂并可能产生废物。 (9) 催化 催化(catalysis):催化试剂(尽可能好的选择性)优 于化学计量试剂。
100%的原子经济反应。 实例：Claisen重排和Beckmann重排反应等。
加成反应： 加成反应：
加成反应是不饱和分子与其它分子在反应中相互加合 生成新分子的反应。由于加成反应是将反应物的原子加到 某一基质上，因此是原子经济性反应。其通式为：
绿色化学
1999年，世界上第一本《绿色化学》杂志诞生。 年 世界上第一本《绿色化学》杂志诞生。 2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。 年 美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。
★ 日本
制订“ 世纪重建绿色地球 的新阳光计划， 世纪重建绿色地球” 制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划， 设立 为地球创新技术的研究院” “为地球创新技术的研究院”
绿色化学品的设计： 绿色化学品的设计： 功能与环境影响并重
转变观念——产品功能与环境影响并重，设计、研 产品功能与环境影响并重，设计、 转变观念 产品功能与环境影响并重 制新产品时，一般要考虑下面因素： 制新产品时，一般要考虑下面因素： – 物质的结构与活性的关系 – 避免采用毒性功能基团 – 生物吸收量最小化 – 使辅助的物质最小化
• 1.预防（prevention)：防止废物产生优 预防（ ： 预防 于废物产生后再处理或清理 • 2.原子经济性（atom economy）： 原子经济性（ ）：应设 原子经济性 ）： 计合成方法使其能把反应过程中利用的所 有材料尽可能多地转化到最终产物中 • 3.低毒化学合成（iess hazardous 低毒化学合成（ 低毒化学合成 chemical synthesis）： ）：只要可行，应设 ）： 计合成方法使其利用和产生的物质对人类 健康和环境无毒性或很低毒性。 • 4. 设计安全化学品 设计安全化学品(designing safer chemicals):应设计化工产品使其保留功 效，但降低毒性
我国把绿色化学列入重点支持的更大基础领域， 我国把绿色化学列入重点支持的更大基础领域，确定如下具 体目标： 体目标： (1)对我国的环境至关更要的一些工业，如煤炭，石油， 化工，造纸，制革，酿造和制药中的绿色化学开展基础研究； (2)在"原子经济性"和可持续发展的基础上研究合成化学 和催化化学的基础问题，即绿色合成和绿色催化等； (3)综合利用现代生物技术和化学化工技术的绿色生化工 程，如生物煤炭脱硫，微生物造纸，新生物煤炭脱硫和新生 物质能源等； (4)研究如何用类似于生物分子的自复制和自组装过程生 产一般分子(特别是无机小分于)和特殊功能的纳米粒子。
★ 日本
制订“ 世纪重建绿色地球 的新阳光计划， 世纪重建绿色地球” 制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划， 设立 为地球创新技术的研究院” “为地球创新技术的研究院”
绿色化学品的设计： 绿色化学品的设计： 功能与环境影响并重
转变观念——产品功能与环境影响并重，设计、研 产品功能与环境影响并重，设计、 转变观念 产品功能与环境影响并重 制新产品时，一般要考虑下面因素： 制新产品时，一般要考虑下面因素： – 物质的结构与活性的关系 – 避免采用毒性功能基团 – 生物吸收量最小化 – 使辅助的物质最小化
• 1.预防（prevention)：防止废物产生优 预防（ ： 预防 于废物产生后再处理或清理 • 2.原子经济性（atom economy）： 原子经济性（ ）：应设 原子经济性 ）： 计合成方法使其能把反应过程中利用的所 有材料尽可能多地转化到最终产物中 • 3.低毒化学合成（iess hazardous 低毒化学合成（ 低毒化学合成 chemical synthesis）： ）：只要可行，应设 ）： 计合成方法使其利用和产生的物质对人类 健康和环境无毒性或很低毒性。 • 4. 设计安全化学品 设计安全化学品(designing safer chemicals):应设计化工产品使其保留功 效，但降低毒性
我国把绿色化学列入重点支持的更大基础领域， 我国把绿色化学列入重点支持的更大基础领域，确定如下具 体目标： 体目标： (1)对我国的环境至关更要的一些工业，如煤炭，石油， 化工，造纸，制革，酿造和制药中的绿色化学开展基础研究； (2)在"原子经济性"和可持续发展的基础上研究合成化学 和催化化学的基础问题，即绿色合成和绿色催化等； (3)综合利用现代生物技术和化学化工技术的绿色生化工 程，如生物煤炭脱硫，微生物造纸，新生物煤炭脱硫和新生 物质能源等； (4)研究如何用类似于生物分子的自复制和自组装过程生 产一般分子(特别是无机小分于)和特殊功能的纳米粒子。
绿色化学
economically practicable
8 Reduce Derivatives
Unnecessary derivatization (use of blocking groups, protection/de-protection, and temporary modification of physical/chemical processes) should be minimised or avoided if possible, because such steps require additional reagents and can generate waste.
4. Designing Safer Chemicals
Chemical products should be designed to effect their desired function while minimising their toxicity.
5. Safer Solvents and Auxiliaries
• 1991年美国环境保护署 ：在化学品的设计、制备和使用时所 采用的一系列新技术，以便减少或消除有毒物质的使用或产生
• 1996年联合国环境规划署 ：用化学技术和方法去减少或消 除那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和 试剂的生产和应用
绿色化学(Green Chemistry)
——环境无害化学 ——环境友好化学 ——清洁化学
9 Catalysis
Catalytic reagents (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents.
10 Design for Degradation
8 Reduce Derivatives
Unnecessary derivatization (use of blocking groups, protection/de-protection, and temporary modification of physical/chemical processes) should be minimised or avoided if possible, because such steps require additional reagents and can generate waste.
4. Designing Safer Chemicals
Chemical products should be designed to effect their desired function while minimising their toxicity.
5. Safer Solvents and Auxiliaries
• 1991年美国环境保护署 ：在化学品的设计、制备和使用时所 采用的一系列新技术，以便减少或消除有毒物质的使用或产生
• 1996年联合国环境规划署 ：用化学技术和方法去减少或消 除那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和 试剂的生产和应用
绿色化学(Green Chemistry)
——环境无害化学 ——环境友好化学 ——清洁化学
9 Catalysis
Catalytic reagents (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents.
10 Design for Degradation
绿色化学
绿色化学
张秀莲教授 博士 2009.11. 24
绿色化学
第一部分
在中学化学教学中实施绿色化学教育
第二部分
绿色化学
第一部分
在中学化学教学中实施绿色化学教育
一、绿色化学的有关概念和目标 二、实施绿色化学教学的有效途径
一、绿色化学的有关概念和目标
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清
洁化学、原子经济学. 绿色化学是运用化学的原
另外在线分析还能省钱．
3.6非传统催化剂 如果没有催化剂，需要用大量的试剂来进行化学转 化并最终导致废物的增加，催化剂可以提高反应效率
但基于重金属的催化剂有剧毒。化学家在寻找既能提 高反应效率又能带来环境效益的非传统催化剂． 一 二 第四章 绿色化学原理 防止废物的产生优于在其产生后再进行处理或 清理． 合成方法应被设计成能把反应过程中所用的所 有原材料尽可能多地转化到最终产物中． 只要可行，合成方法应被设计成使用和产生对 人类健康和环境无毒性或很低毒性的物质． 化工产品应被设计成既保留功效，又降低毒性． 应尽可能避免使用辅助性物质（如溶剂．分离 剂等）．
百地转化为产物,不产生副产物或废物,实现废物
“零排放”. 原子经济性的表达式为: 原子利用率 ( %) = (目的产物的摩尔质量/ 所有反应物的摩尔 质量总和) ×100 %.
绿色化学要求在选择原料时应尽量使 用对人体和环境无害的材料,避免使用 枯竭或稀有的材料,尽量采用回收再生 的原材料,采用易于提取、可循环利用 的原材料,使用环境可降解的原材料.
C4H8O2 C3H6=CH2O2=H2 + CO2
（２）己二酸的生产有以下3 种方法,请判断哪 种最佳,体现了绿色化学的哪些理念:
分析：①原料苯为致本身被还原为NO(NO 进一步氧化
张秀莲教授 博士 2009.11. 24
绿色化学
第一部分
在中学化学教学中实施绿色化学教育
第二部分
绿色化学
第一部分
在中学化学教学中实施绿色化学教育
一、绿色化学的有关概念和目标 二、实施绿色化学教学的有效途径
一、绿色化学的有关概念和目标
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清
洁化学、原子经济学. 绿色化学是运用化学的原
另外在线分析还能省钱．
3.6非传统催化剂 如果没有催化剂，需要用大量的试剂来进行化学转 化并最终导致废物的增加，催化剂可以提高反应效率
但基于重金属的催化剂有剧毒。化学家在寻找既能提 高反应效率又能带来环境效益的非传统催化剂． 一 二 第四章 绿色化学原理 防止废物的产生优于在其产生后再进行处理或 清理． 合成方法应被设计成能把反应过程中所用的所 有原材料尽可能多地转化到最终产物中． 只要可行，合成方法应被设计成使用和产生对 人类健康和环境无毒性或很低毒性的物质． 化工产品应被设计成既保留功效，又降低毒性． 应尽可能避免使用辅助性物质（如溶剂．分离 剂等）．
百地转化为产物,不产生副产物或废物,实现废物
“零排放”. 原子经济性的表达式为: 原子利用率 ( %) = (目的产物的摩尔质量/ 所有反应物的摩尔 质量总和) ×100 %.
绿色化学要求在选择原料时应尽量使 用对人体和环境无害的材料,避免使用 枯竭或稀有的材料,尽量采用回收再生 的原材料,采用易于提取、可循环利用 的原材料,使用环境可降解的原材料.
C4H8O2 C3H6=CH2O2=H2 + CO2
（２）己二酸的生产有以下3 种方法,请判断哪 种最佳,体现了绿色化学的哪些理念:
分析：①原料苯为致本身被还原为NO(NO 进一步氧化
绿色化学greenchemistry
+ C H 3
C NO H 2 H
2） 氧化催化 氧化不论在石油化工还是精细化工中都是一类
重、要的反应,用催化过程生产的有机化学品中, 催化选择氧化生产的产品约占25%。在石油化学 工业过程中,氧化反应大多采用氧气或空气在气相 中进行,如甲醇在负载银催化剂上氧化制甲醛,丙 烯氨氧化制丙烯腈等。
目前许多新的氧化催化技术正在兴起。
德国 BASF公司研究了酶法制旋光性胺，氨基酸等，用脂酶催 化拆分外消旋混合物，产率及对映体的纯度高。
可见，生物酶催化技术是现代绿色化学加工业重要部分 极富生命力。
化学生物技术在绿色化学的应用
生物技术(生物工程技术, 生物工艺)是利用活的生 物体或者生物体的组成 部分制造或改造产品, 通 过生物技术一旦获得某 种有价值的物种,便能永 久保存和利用，周期短、 见效快,并可以连续长期 利用它创造财富和基本 上无环境污染。绿色化 学与生物技术是绿色技 术领域中最佳的两个支 撑点，是绿色技术真正 的希望所在。
（3）酶催化剂将化学合成的前体、潜手性化合物或外消 旋衍生物转化为单一、光学活性产物，根据有机化学基 本理论中关于立体化学的阐述，得知通过酶催化而生成 的手性化合物在精细化工中占极重要的地位。它利用生 物酶的生物合成和拆分，解决手性源问题，还减少化学 合成中的污染和无效对映体，称为“绿色合成”。例如
目前Ｍｏｂｉｌ Ｂａｄｇｅｒ工艺完全避免了
负载型酸,直接采用酸性沸石分子筛作催化剂,避
免了液体酸污染，降低E因子，选择性大大提高，
把此工艺变成了真的绿色工艺。
例：
H O
O H
+
C O O H z e olite c atay lst
H O
OO
绿色化学课件
• 不会形成光化学烟雾，也不会破坏臭氧层 • 来源丰富，价格低廉 • 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物
21
2 离子液体
完全由一种正离子和一种负离子组成，在室温下呈液态 的化合物，称之为室温离子液体。
离子之间作用力降低，晶格能下降，熔点下降，所以在 室温下呈液态。室温离子液体的特性：
1Байду номын сангаас 蒸汽压极小。
12
7: A raw material or feed stock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. 8: Unnecessary derivations should be avoided whenever possible. 9: Catalytic reagent (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents
11
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.
21
2 离子液体
完全由一种正离子和一种负离子组成，在室温下呈液态 的化合物，称之为室温离子液体。
离子之间作用力降低，晶格能下降，熔点下降，所以在 室温下呈液态。室温离子液体的特性：
1Байду номын сангаас 蒸汽压极小。
12
7: A raw material or feed stock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. 8: Unnecessary derivations should be avoided whenever possible. 9: Catalytic reagent (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents
11
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.
绿色化学的发展实例
绿色化学的应用实例——化学工业上的应用院系名称：机械工程学院专业名称：工业设计1441班级学号：1441班02号姓名：***随着经济的发展，资源与环境问题日益严峻，绿色化工技术越来越受到关注与倡导。
对于化学工业来说，发展绿色化学，从源头上减少化工工业生产中的污染，是一种有效的方法和手段。
绿色化学是实现可持续发展的保障，是21世纪化学工业重要的研究方向。
本文介绍了绿色化学的含义及绿色化工技术特点与绿色化工的意义，并综述了近年来绿色化学在食品工业、石油化工、有机化学工业以及日用和农业化工产品工业上的应用，展望了绿色化工的前景。
化学工业的发展极大地推动了人类物质生产和生活的巨大进步从钢铁冶金、水泥陶瓷、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维,直到医药、农药、日用化学品等行业无不与化学工业息息相关,并且为人类创造了大量的物质财富,可以说现代社会生活已完全离不开化学工业和化工产品。
传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。
化学在为人类创造财富的同时，给人类也带来了危难。
而每一门科学的发展史上都充满着探索与进步，由于科中的不确定性，化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质的化合物，只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质，这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。
传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。
严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路近年来,世界各国化学工业的发展在不断促进人类进步的同时,客观上也加剧了环境染、温室效应等负面效应。
一些著名的环境事件多与化学工业有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化,如2007年太湖蓝藻大面积暴发事件、2008年青岛浒苔暴发等。
由于环境污染和资源匮乏等问题日趋严重,“可持续发展”成为21世纪经济和社会发展的重要战略,由此也催生了绿色化工的快速发展。
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Tuesday, May 21, 2019
二、原子利用率
期望产品的摩尔质量 原子利用率
按化学方程式计算所得全部物质的摩尔质量
利用原子利用率，可以从理论上初步判断E因子。原子利用 率越大，E因子越小。
Tuesday, May 21, 2019
例子：由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯乙醇法是，原子利 用率为25％
Tuesday, May 21, 2019
2. 寻找安全有效的反应原料 (一)用无毒无害原料取代有毒有害原料
在目前里利用的化学反应和化工生产中，常常使用 一些有毒有害的原料，比如氢氰酸(HCN)、丙烯腈、光气、 甲醛等。这些物质有的可能直接危及人类的生命，严重污 染环境，有的追危害人类的健康和安全或造成简介的环境 污染。
RNH2 COCl2
RNCO 2HCl
RNCO R1OH
RNHCOOR1
这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生产对 环境有害的副产物氯化氢(HCl)，对人类的健康和环境均有 较大的危害，孟山都公司的新工艺用二氧化碳代替光气与胺 反应生成异腈酸脂，不仅消除了剧毒物质光气的使用，其生 成的副产物水也对环境不产生污染，同时解决了两方面的问 题。
五 绿色化学的任务
1.设计安全有效的目标分子 从源头上消除污染，首先必须保证所需要的物质分子—目 标分子是安全有效的。因此，绿色化学的一大关键任务就 是设计暗暗有效的目标分子或设计比被代替的其他分子更 安茜有效的目标分子。
设计安全有效化学品包括如下两个方面的内容： a.新的安全有效化学品的设计。 b.对已有的有效但不安全的分子进行重新设计， 是这 类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全的性质， 得到改进过的安全有效的分子
CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl
ClCH2CH2OH + HCl C2H4O + 2CaCl2 + H2O
摩尔质量
C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 28 71 74
目标产物质量
废物量
C2H4O + 2CaCl2 + H2O
44
111 18
1.从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源 、降低生产成本，符合可持续发展的原理和方法。
2. 从环境观点看，绿色化学提供从源头上消除污染的方法 和原理，把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染， 后治理”改变为“不产生污染，从源头上根除污染”。
Tuesday, May 21, 2019
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重原子经济性 传统上，描述某一合成方法的有效性和效率的概念是产率。
Tuesday, May 21, 2019
NO2
(2)
CONH2
+
+2-1 O2/OH-
-H2O
O N H
NH2
NH2
骨架镍催化氢化 -H2O
NO2
Байду номын сангаасNH2
NO2 NH3/CH3OH CONH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6H2 +(CH3O)2O +HNO3
NH2 +4H2O +2CH3COOH
+3Fe+6HCl 3FeCl22H2O
NO2
NH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6Fe+12HCl +(CH3O)2O + HNO3
NH2 +6FeCl2+4H2O +CH3COOH
NH2
反应物中原理的相对质量之总和为1062，而目标产物为108， 即每生产108g对苯二胺就要产生954g废物，反应的原理利用 率仅为10%。
废物量
C2H4O 44
44
0
原子利用率＝ 44 100％＝44 100％＝100％
28 18
44
Tuesday, May 21, 2019
例2 环氧丙烷的生产： 传统的采用的是氯丙醇的方法，其原子利用氯仅为31％
摩尔质量 目标产物质量 废物量
C3H6 + Cl2 + Ca(OH)2 42 71 74
EQ=E×Q 式中：E——E因子
Tuesday, May 21, 2019
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 衡量的，它也可以在新方法未能完善前作为参考，尤其
是对化学品急性毒性的评估。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
3. 寻找安全有效的合成路线 原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好与否就 具有十分重要的影响。美国斯坦福大学Paul A Wender曾 指出，一条理想的合成路线应该是采用价格便宜的，易得 的反应原料，结果简单的、安全的、环境可接受的和资源 有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子，而不管 这一目标分子是天然物分子还是根据需要设计的分子。
C3H6O + 2CaCl2 + H2O
58
111 18
58
111
18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝31％
58 11118
42 71 74
Tuesday, May 21, 2019
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
绿色化学是用化学来预防污染，不让污染产生，而 不是处理已有的污染。
Tuesday, May 21, 2019
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点，重 新审视和改革传统化学，使对环境的治理从治标转向治本 。因此，防止废物的产生优于在其生成后在进行处理或清 理，即“预防优于治理”。
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, May 21, 2019
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
产量 （t） 106～108 104～106 102～104 101～103
E因子 ～0.1 1～5 5～50 25～100
对于绿色化学的理论分析而言，用E因子衡量一个具体反应 的好坏是不方便的，因此我们进一步提出了原子利用率的概 念
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, May 21, 2019
三、绿色化学的基础——从化学物质的毒理学性质、 化学反应(过程)的安全性思考问题
(一)Q值与EQ Q值是根据废物在环境中的行为给出的对环境不友好度。 因此，若要精确的评价一种合成方法相对于环境的好坏， 必须同时考虑废物的排放量和废物环境行为的本质，其综 合表现为环境商值(EQ),即：
44
111
18
原子利用率＝ 44 100％＝ 44 100％＝25％
44 11118
28 71 74
Tuesday, May 21, 2019
新方法以银为催化剂，用氧气直接氧化乙烯一步合成环氧 乙烷，反应的原子利用率达到了100％
C2H4 + 0.5O2
摩尔质量
28 16
目标产物质量
Tuesday, May 21, 2019
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
RNH2 CO2
RNCO H2O
RNCO R1OH
Tuesday, May 21, 2019
RNHCOOR1
【例2】改变工艺，消除有毒有害氢氰酸的使用 亚氨基二乙酸二钠的生产新工艺也是利用无毒无害
物质取代有毒有害物质的成功例子，为此，孟山都公司获 得了1996年美国总统绿色化学挑战奖。亚氨基二乙酸二钠 是制造除草剂的重要中间体，过去以氨、甲醛和氢氰酸为 原料分两步合成。
产率
实际产量 预期产量
100%
Tuesday, May 21, 2019
可以用一个传统的例子，即Witting反应来说明计算产率方 法的缺点。
O Ph3P CH2
需求
98
276(总）
CH2
产物 96(总)
Ph3P=O 废物 278
在Witting反应中，虽然引入基团的摩尔质量(=CH2,14),远 远低于生成废物的摩尔质量(O=PPh3,278),而这个反应的产 率仍有可能达到100%。
NH3 + 2HCHO + 2HCN
NCCH2NHCH2CN
NCCH2NHCH2CN + 2NaOH
NaOOCCH2NHCH2COONa + NH3
Cu 催化剂
HOCH2CH2NHCH2CH2OH
NaOOCCH2NHCH2COONa + 4H2
2NaOH
Tuesday, May 21, 2019
2. 以可再生资源为原料 生物质主要有两类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、 土豆等是淀粉类的代表，农业废料(如玉米杆、麦苗杆等) 、森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。
NH2
反应物中原子的相对质量之和为300，而目标产物仅为108， 即每生产108g对苯二胺就会由192g废物生成，反应的原子利 用率为36%。
二、原子利用率
期望产品的摩尔质量 原子利用率
按化学方程式计算所得全部物质的摩尔质量
利用原子利用率，可以从理论上初步判断E因子。原子利用 率越大，E因子越小。
Tuesday, May 21, 2019
例子：由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯乙醇法是，原子利 用率为25％
Tuesday, May 21, 2019
2. 寻找安全有效的反应原料 (一)用无毒无害原料取代有毒有害原料
在目前里利用的化学反应和化工生产中，常常使用 一些有毒有害的原料，比如氢氰酸(HCN)、丙烯腈、光气、 甲醛等。这些物质有的可能直接危及人类的生命，严重污 染环境，有的追危害人类的健康和安全或造成简介的环境 污染。
RNH2 COCl2
RNCO 2HCl
RNCO R1OH
RNHCOOR1
这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生产对 环境有害的副产物氯化氢(HCl)，对人类的健康和环境均有 较大的危害，孟山都公司的新工艺用二氧化碳代替光气与胺 反应生成异腈酸脂，不仅消除了剧毒物质光气的使用，其生 成的副产物水也对环境不产生污染，同时解决了两方面的问 题。
五 绿色化学的任务
1.设计安全有效的目标分子 从源头上消除污染，首先必须保证所需要的物质分子—目 标分子是安全有效的。因此，绿色化学的一大关键任务就 是设计暗暗有效的目标分子或设计比被代替的其他分子更 安茜有效的目标分子。
设计安全有效化学品包括如下两个方面的内容： a.新的安全有效化学品的设计。 b.对已有的有效但不安全的分子进行重新设计， 是这 类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全的性质， 得到改进过的安全有效的分子
CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl
ClCH2CH2OH + HCl C2H4O + 2CaCl2 + H2O
摩尔质量
C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 28 71 74
目标产物质量
废物量
C2H4O + 2CaCl2 + H2O
44
111 18
1.从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源 、降低生产成本，符合可持续发展的原理和方法。
2. 从环境观点看，绿色化学提供从源头上消除污染的方法 和原理，把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染， 后治理”改变为“不产生污染，从源头上根除污染”。
Tuesday, May 21, 2019
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重原子经济性 传统上，描述某一合成方法的有效性和效率的概念是产率。
Tuesday, May 21, 2019
NO2
(2)
CONH2
+
+2-1 O2/OH-
-H2O
O N H
NH2
NH2
骨架镍催化氢化 -H2O
NO2
Байду номын сангаасNH2
NO2 NH3/CH3OH CONH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6H2 +(CH3O)2O +HNO3
NH2 +4H2O +2CH3COOH
+3Fe+6HCl 3FeCl22H2O
NO2
NH2
Tuesday, May 21, 2019
总包反应为：
NO2 +6Fe+12HCl +(CH3O)2O + HNO3
NH2 +6FeCl2+4H2O +CH3COOH
NH2
反应物中原理的相对质量之总和为1062，而目标产物为108， 即每生产108g对苯二胺就要产生954g废物，反应的原理利用 率仅为10%。
废物量
C2H4O 44
44
0
原子利用率＝ 44 100％＝44 100％＝100％
28 18
44
Tuesday, May 21, 2019
例2 环氧丙烷的生产： 传统的采用的是氯丙醇的方法，其原子利用氯仅为31％
摩尔质量 目标产物质量 废物量
C3H6 + Cl2 + Ca(OH)2 42 71 74
EQ=E×Q 式中：E——E因子
Tuesday, May 21, 2019
(二)LD50
在传统上，化学危险物的定量评价是用致死中量(LD50) 衡量的，它也可以在新方法未能完善前作为参考，尤其
是对化学品急性毒性的评估。
天然并非代表对人体无害。天然状态下存在的毒素通常比 简单的无机物（如KCN、As2O3）或人造毒素大得多。 肉毒杆菌毒素、发霉花生里的黄曲霉毒素，麦角酸，河豚 毒素等。
3. 寻找安全有效的合成路线 原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好与否就 具有十分重要的影响。美国斯坦福大学Paul A Wender曾 指出，一条理想的合成路线应该是采用价格便宜的，易得 的反应原料，结果简单的、安全的、环境可接受的和资源 有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子，而不管 这一目标分子是天然物分子还是根据需要设计的分子。
C3H6O + 2CaCl2 + H2O
58
111 18
58
111
18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝31％
58 11118
42 71 74
Tuesday, May 21, 2019
今年来发展了钛硅分子筛催化氧化的方法：
摩尔质量
C3H6 + H2O2 42 34
目标产物质量
绿色化学是用化学来预防污染，不让污染产生，而 不是处理已有的污染。
Tuesday, May 21, 2019
一、绿色化学的目的——预防优于治理 绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点，重 新审视和改革传统化学，使对环境的治理从治标转向治本 。因此，防止废物的产生优于在其生成后在进行处理或清 理，即“预防优于治理”。
E因子
废物质量 产品质量
Tuesday, May 21, 2019
表3-1 不同化工部门的E因子
工业部门 炼油 基本化工 精细化工 制药
产量 （t） 106～108 104～106 102～104 101～103
E因子 ～0.1 1～5 5～50 25～100
对于绿色化学的理论分析而言，用E因子衡量一个具体反应 的好坏是不方便的，因此我们进一步提出了原子利用率的概 念
废物量
C3H6O + H2O 58 18 58 18
原子利用率＝ 58 100％＝ 58 100％＝76％
58 18
42 34
Tuesday, May 21, 2019
三、绿色化学的基础——从化学物质的毒理学性质、 化学反应(过程)的安全性思考问题
(一)Q值与EQ Q值是根据废物在环境中的行为给出的对环境不友好度。 因此，若要精确的评价一种合成方法相对于环境的好坏， 必须同时考虑废物的排放量和废物环境行为的本质，其综 合表现为环境商值(EQ),即：
44
111
18
原子利用率＝ 44 100％＝ 44 100％＝25％
44 11118
28 71 74
Tuesday, May 21, 2019
新方法以银为催化剂，用氧气直接氧化乙烯一步合成环氧 乙烷，反应的原子利用率达到了100％
C2H4 + 0.5O2
摩尔质量
28 16
目标产物质量
Tuesday, May 21, 2019
绿色化学与环境保护的差异： 毫无疑问，化学、化工、环境保护界发展了很多创造性的处 理化学废物的方法；发展了许多分析检测空气污染、水污染 和土壤污染的方法和处理污染的技术等，这些对改善人类生 存环境、提高人类社会的生活质量，无疑是十分有益和必须 的，但这些并不能称为绿色化学。
RNH2 CO2
RNCO H2O
RNCO R1OH
Tuesday, May 21, 2019
RNHCOOR1
【例2】改变工艺，消除有毒有害氢氰酸的使用 亚氨基二乙酸二钠的生产新工艺也是利用无毒无害
物质取代有毒有害物质的成功例子，为此，孟山都公司获 得了1996年美国总统绿色化学挑战奖。亚氨基二乙酸二钠 是制造除草剂的重要中间体，过去以氨、甲醛和氢氰酸为 原料分两步合成。
产率
实际产量 预期产量
100%
Tuesday, May 21, 2019
可以用一个传统的例子，即Witting反应来说明计算产率方 法的缺点。
O Ph3P CH2
需求
98
276(总）
CH2
产物 96(总)
Ph3P=O 废物 278
在Witting反应中，虽然引入基团的摩尔质量(=CH2,14),远 远低于生成废物的摩尔质量(O=PPh3,278),而这个反应的产 率仍有可能达到100%。
NH3 + 2HCHO + 2HCN
NCCH2NHCH2CN
NCCH2NHCH2CN + 2NaOH
NaOOCCH2NHCH2COONa + NH3
Cu 催化剂
HOCH2CH2NHCH2CH2OH
NaOOCCH2NHCH2COONa + 4H2
2NaOH
Tuesday, May 21, 2019
2. 以可再生资源为原料 生物质主要有两类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、 土豆等是淀粉类的代表，农业废料(如玉米杆、麦苗杆等) 、森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。
NH2
反应物中原子的相对质量之和为300，而目标产物仅为108， 即每生产108g对苯二胺就会由192g废物生成，反应的原子利 用率为36%。