OH– / H2O
C6H5CH2COOH
我们还能设计其他绿色方法以乙苯和氧为原料来合成苯 乙酸吗？
C6H5CH2CH3 + O2
C6H5CH2COOH
If can’t, why?
Example 3
改变起始原料合成己二酸 己二酸是一个重要的化学品，是生产尼龙—6,6必不可少 的原料。
传统工艺:
新绿色方法
采用替代原料二乙醇胺HOCH2CH2NHCH2CH2OH
以无毒无害的二乙醇胺和氢氧化钠为原料，在铜催化剂作用下而得 目标产物。这一方法不再使用氢氰酸等有毒有害物质，产品无需经过复 杂的分离程序就可使用，无需进行废物处理。为此，孟山都公司获得了 1996年美国总统绿色化学挑战奖。
替代HCN
2.4 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
绿
寻找新的转化方法
色 、
安
全 寻找安全有效的反应条件
2.4.1 设计安全可靠的目标分子
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 是完全安全有效的。
绿色化学的一大关键任务就是设计安全有效的目标分子或设计比被 替代的其他分子更安全有效的目标分子。
O
C
Cl
Cl
-CO
哪些化合物可用来替代光气产生上述官能团?
新的绿色方法
可用二氧化碳来代替光气合成异氰酸酯（提供羰基） 光气提供的官能团是: -CO
RNH2 + CO2
RNCO + H2O
RNCO + R1OH
RNHCO2R1
这是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氰酸 酯，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培不产生污 染．同时解决了两方面的问题。
用 CO2合成异氰酸酯： C6H5NH2 + CO2
二甲基碳酸酯的合成
C6H5N(H)CO2H –H2O
C6H5N=C=O
传产统方法
2CH3OH + COCl2
CH3OOCOOCH3 + 2HCl
2CH3OH + CO + ½ O2
新的绿色方法 Catalyst
CH3OOCOOCH3 + H2O
热力学,催化剂, 反应条件: 温度/压力
OCH3 + H2O
Example 2
HCN
改变工艺．消除有毒有害氢氰酸的使用
HCN 广泛用于下列生产
己二腈(Hexane dinitrile); 甲基丙烯酸系列(Series of methylpropenoic acid); 螯合剂(Series of intermediate chemicals such as chelator /
异氰酸酯的合成是生产关键 传统方法：
异氰酸酯最早是由光气和胺合成的，再由异氰酸酯合成聚氨酯.
RNH2 + COCl2 RNCO + R1OH
RNCO + 2HCl RNHCO2R1
这一工艺不但要使用剧毒的光气作为原料，而且还要生成对环境有害的副 产物氯化氢，对人类的健康和环境均有较大的危害.
在上述化学反应中光气提供了何种官能团
chelating agent), 蛋氨酸(methionine) etc.
亚氨基二乙酸二钠（生产除草剂的中间体）
传统方法：包括两步
NH3 + 2CH2O + 2HCN
NCCH2NHCH2CN
NCCH2NHCH2CN+ 2NaOH → NaO2CCH2NHCH2 CO2Na + NH3
由于氢氰酸是剧毒的，生产过程中必须采用严格的保护措施，以确保 生产操作者及环境的安全。该过程每生产7kg目标产物亚氨基二乙酸二钠就 会产生1kg废物，其中含有微量甲醛和氢氰酸，因此必须经过处理后才能排 放.
1）. 新的安全有效化学品的设计 2）.对已有的有效但不安全的分子进行重新设计
迄今，己拥有超过1800万个化合物，且每年还要增加约60万个。传统方 法是首先合成一个化合物，再试验其性质，若不满足需要则另行合成。这样， 工作量十分庞大，花费很多，对资源和环境都会造成不利影响。目前，由于 计算机和计算技术的发展．对分子结构与性能关系研究的不断深入，分子设 计和分子模拟研究巳引起了人们的广泛关注，“实验台+通风橱+计算机”三 位一体的新的化学实验室已普及 ,安全有效化学品的设计将会得到更大更快 的发展。
Example 3
改变原料生产己二酸
Example 1
O
C
Cl
Cl
在聚亚胺酯和聚碳酸酯合成中消除有毒的光气
光气广泛用于生产：
异氰酸酯( isocyanate)
聚亚氨酯(polyurethane) 聚氨酯是一种重要的高分子材料，广泛用于涂料、粘合剂、合 成纤维、合成橡胶或塑料等
聚碳酸酯(Polycarbonate)
设计安全化学品就是“利用分子结构与性能的关系(SAR)和分子控 制方法，获得最佳的所需功能的分子，且分子的毒性最低”。最理想的 情况就是，分子具有最佳的使用功能且一点毒也没有，这里所指的毒性 当然包括对人类、其他所有动物、水生生物及植物和其他环境因素的毒 性。
然而，有时需要在分子功效和毒性之间寻求某种平衡。设计安 全有效化学品包括如下两个方面的内容：
OHC(CH2)4CHO
HN=CH(CH2)4CH=NH 2H2
H2N(CH2)6NH2
2NH3 - 2H2O
O2 catalyst
HOOC(CH2)COOH
传统方法：
C6H5CH2Cl +HCN
绿色新方法：
替代HCN：苯乙酸的制备
H2O
C6H5CH2CN + HCl
C6H5CH2COOH
C6H5CH2Cl + CO
发现有效分子的传统方法
实际需要
合成
测试
试差法
合成
试验
新的分子设计法
实际需要
根据SAR设计 理论指导下的分子设计
合成
试验
2.4.2 寻找安全有效的 反应原料
用无毒无害原料取代有毒有害原料 以可再生资源为原料
Example 1 用CO2代替有毒有害的光气合成聚氨酯
Example 2
消除有毒有害的氢氰酸的使用
己二酸和 己二胺的合成
Traditional method
CH2=CHCH=CH2 + HCN
NCCH2CH2CH2CH2CN
HOOC(CH2)4COOH
H2N(CH2)6NH2
环己烷氧化法
C6H12
Oxidation
新绿色方法
HOOC(CH2)COOH
丁二烯的碳水化
CH2=CHCH=CH2 + 2CO + 2H2