设计安全有效分子的传统方法
实际需要 合成 合成
试验性质
试验性质
反复试验 设计安全有效分子的新方法—计算机模拟
实际需要 通过分子结构性能关系 试验性质 合成
理论指导
设计安全有效的目标分子
三位一体新的化学实验室： 实验台+计算机+通风橱
CH2=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 28 71 74
C2H4O + CaCl2 + H2O
44
44
111
18
111+ 18 = 129 44 ╳ 100% = 25% ╳ 100% = = 28+ 71 + 74 111+ 18 + 44 44
传统方法的缺点
假定每一步反应的产率100％：

1. 原子利用率只能达到 25%, 即生产1公 斤环氧乙烷（目标产物）就会产生3公斤的 副产物（废物） 2. 使用有毒有害 Cl2 作为原料，这就需要 特殊的设备和保护措施，以防泄漏.


3. 为了得到产品还需要分离和提纯过程
新方法——催化氧化法
CH2=CH2 + 1/2O2 28 16
ashsska ashsska
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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 污染的观点出发，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。
防止废物的产生优于在其生成后再进行处理或 清理，——“预防优于治理”
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若将无害的氯化钠和硫酸胺的Q值定为1，则重金属【如铜、
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绿色化学的理想——零排放
如果根本没有废物排放，则E因子为0，EQ 值必然为0，这就是零排放，它是绿色化学 最根本的特征，也是绿色化学的最终理想
因此，绿色化学在理论上是一个新的观念； 在实践上，更多地是一个过程，即绿色化 过程
100% =
58 42 + 34
╳
100% = 76%
a
新方法的优点
假定该反应的选择性为100％：

高的原子利用率 (76 %)


唯一的副产物---water.
与氯气相比，双氧水对人和环境相对 安全
Problem?
CH3CH=CH2 + 1/2 O2 C 3H 6O
1－最佳原子经济性和较低投资费用 2- 产率低、选择性低——选择合适的催化剂， 提高选择性 3-大连海事大学：低温等离子体反应器中， 直接引发自由基反应
CH3CH=CH2 + 1/2 O2
C 3H 6O 丙醛 丙烯醛
CH3CH=CH2 + 1/2 O2 CH3CH=CH2 + 1/2 O2
E因子（环境因子）
相对于每种化工产品而言，期望产品以外的任何 东西都是废物。 1992年，荷兰有机化学家Roger A.Sheldon 提出 环境因子的概念，表示一个产品生产过程中对环 境造成的影响。
境不友好度
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环境商值（EQ）
其综合表现为 EQ＝E×Q
环境商值（EQ）是以化工产品生产过程中产生的废物量 的多少、物理、化学性质及其在环境中的毒性行为等综合评价 指标来衡量合成反应对环境造成的影响 E-----E因子 Q-----对环境不友好度 汞等】离子的盐类基于其毒性大小，Q=100~1000.

高的原子利用率 (100 %) 与HCN相比，CO和甲醇相对安全. 没有废物产生


小 结

原子利用率达到100%的反应有两个最大的 特点：
最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约 了资源 最大限度地减少了废物排放（理论上可以达到 零废物排放），因为最大限度地减少了环境污 染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物 引起的污染
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绿色化学的任务
设计安全有效的目标分子
寻找安全有效的反应原料 寻找安全有效的合成路线
寻找新的转化方法 Greener, Safer
寻找安全有效的反应条件
设计安全有效的目标分子
从源头上消除污染，必须保证我们需要的 物质分子——目标分子是安全有效的。 1983年，美国华盛顿召开专题学术讨论提 出设计安全化学品的概念 设计安全化学品就是“利用分子结构与性 能的关系和分子控制方法，获得最佳所需 功能的分子，且分子的毒性最低” 我们有超过1800万个化合物，且每年还要 增加约60万个ing University of Technology
人类面临着挑战
化学是一门“核心、实用、创造性”的科学，可 以说，人类的衣、食、住、行、用以及保持健康 等无一项可以离开化学 随着人类社会的发展，人类正面临着严峻的挑战： 环境问题、资源问题、人类健康问题等 可持续发展战略思想的提出 面对这些挑战，化学怎么办？ 在思考过程中，人们使用了环境无害化学、环境 友好化学、清洁化学、原子经济和无害设计化学 等来描述迎接人类未来挑战的化学
Example 2：环氧丙烷的制备 Example 3：甲基丙烯酸甲酯的制备
Example 1
环氧乙烷的制备
杀菌消毒剂 致癌物
传统方法——氯化乙醇法
CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl ClCH2CH2OH + HCl
C2H4O + CaCl2 + 2H2O
E
~ 0.1 1~5 5 ~ 50 25 ~ 100
制药
产品的生产规模越小，E因子越大
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环境商值（EQ）
E因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比 例 废物排放到环境后，其对环境的影响和污 染程度还与相应废物的性质以及废物在环 境中的毒性行为有关。 精确评价一种合成方法、一个过程对环境 的好坏，必须同时考虑废物排放量和废物 的环境行为本质的综合表现。 Q值：根据废物在环境中的行为给出的对环
42+ 71 + 74
传统方法的缺点
假定每一步反应的产率100％：

1.原子利用率只能达到 31%,即生产1kg 的 目标产物会产生2公斤的废物. 2. 反应物 Cl2 对人是有害的，还可以损坏 设备，所以需要特殊的设备和保护措施. 3.为了得到产品还需要分离和提纯过程


新方法——催化氧化法
使用催化剂：钛硅分子筛
传统方法——氯醇法
CH3CH=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 ka 42 71 asha 74 ashsska C3H6O + CaCl2 + H2O 18 58 asha 111 58
asha
asha
111+ 18 = 129
58
=
╳
111+ 18 + 58
100% =
58
╳
100% = 31%
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世界部分矿物耗竭年限预测
300 250 200 150 100 50 0 铅 钨 锡 铜 镍 磷 锰 铁 铝 铬
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绿色化学的提出
“绿色化学”这一理念1991年由美国化学会（ACS） 提出，很快成为美国环境保护局的中心口号，现在 已成为所有化学工作者的中心口号。 1991年，美国有机化学家Trost在Science上提出 “原子经济性”的概念 1992年，荷兰有机化学家Sheldon提出“E因子”概 念 1996.6，克林顿颁发美国首届“总统绿色化学挑战 奖” 1999年，世界第一本《绿色化学》杂质在英国创办
CH3COCH3+ HCN + CH3OH + H2SO4 AA CH3OOC(CH3)C=CH2 + NH4HSO4 a 58 27 32 98 AA 100 100 115 AA a 115
=
100
100+115
100
╳ 100%
=
58+27+32+98
╳ 100% AA 46% = AA
传统方法的缺点
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 念主要是——产率 实际产量 产率 100% 预期产量 产率忽略了副产物的产生 绿色化学的主要特点就是原子经济性，即在获得 新物质的化学过程中充分利用每个原料原子，实 现零排放
原子经济性在数值上用E因子、原子利用率来衡量
假定每一步反应的产率、选择性均为100％：

1. 原子利用率为 46%, 即生产 1kg的目标 产物可产生 1.15kg 废物. 2. 反应物 HCN 为剧毒物质 3. 需要额外的分离和提纯过程


新方法——Pb(OAc)2一步催化法
该方法利用石脑油裂解的副产物丙炔为原料
新方法的优点
假定该反应的选择性为100％：
CH3CH=CH2 + H2O2 42
product formed
Ashs ska sillica Titaniamolecular sieve
C3H6O + H2O
58
asha
34 ka
ashsska ashsska asha
18
The amount of target
58 18