ashsska 18 asha
58
58
=
58 + 18
╳ 100% =
╳ 100% = 76% a
42 + 34
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
44
44
=
╳ 100% =
╳ 100% = 25%
111+ 18 + 44
28+ 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 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.
❖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
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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 寻找安全有效的反应条件
Greener, Safer
❖ 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
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世界部分矿物耗竭年限预测
300 250 200 150 100
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％：
☺ 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：
C3H6O 丙醛 丙烯醛
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。
❖ E因子定义为每生产1kg期望产品同时产生的废物 的量
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3. 为了得到产品还需ห้องสมุดไป่ตู้分离和提纯过程
新方法——催化氧化法
CH2=CH2 + 1/2O2 ashsska C2H4O
28
16 ashsska 44
44 0
44 = ashsska
28+16
╳ 100%
=
44
ashsska
44
过程中使用银作为催化剂
╳ 100% = 100%
新方法的优点
假定该反应的选择性为100％：
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
CH3CH=CH2
+ H2O2
AshsTitsaknaia- sillica
molecular sieve
42 34
The amount of target
ka
product formed asha
ashsska
C3H6O + H2O 58 asha 18 58
▪ 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
化学反应的原子经济性
1991，Barry M. Trost
获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖
杜艳 南京工业大学环境学院
Nanjing 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
❖ 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
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原子利用率
原子利用率 =
目标产物的量
╳ 100%
按化学计量式所得所有产物的量之和
目标产物的量
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。
❖Q值：根据废物在环境中的行为给出的对环 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
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。
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
合成
试验性质
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
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
❖ 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
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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。
AA 100
115
100
=
100 ╳ 100% =
100
100+115
58+27+32+98
115 AA a
╳ 100% A=A 46A%A
传统方法的缺点
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
18
asha 58
111+ 18 = 129
58
58
=
╳ 100% =
╳ 100% = 31%
111+ 18 + 58
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.
定义： 原子经济性是指反应物中有多少进入了产物，
一个理想的原子经济性的反应，就是反应物中 的所有原子进入目标产物的反应，也就是原子 利用率为100%的反应，这就要求目标产物就 是反应物原子的结合
原子经济反应：
不饱和键的简单加成反应 无机化学中的元素与元素作用生成化合物的反应
? 如何设计原子经济反应
held
CH3COCH3 + HCN Ahs ska CH3C(CN)(OH) CH3
CH3OH, H2SO4
CH3OOC(CH3)C=CH2 + NH4HSO4
CH3COCH3+ HCN + CH3OH + H2SO4 AaA CH3OOC(CH3)C=CH2 + NH4HSO4
58 27 32
98
☺ 高的原子利用率 (100%) ☺ 反应物氧气对人以及环境都是安全的 ☺ 不需要分离和提纯过程
Example 2 环氧丙烷的制备
传统方法——氯醇法
CH3CH=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 ka C3H6O + CaCl2 + H2O
42
71 asha 74 ashsska
asha
58 asha 111
▪ 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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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