第二节 绿色化学的含义/ 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
2、Q值
对化学物质的毒理学性质用Q值衡量，Q值的大小是有 机化学衡量选择环境友好生产过程的重要因素。
Q值是根据废物在环境中的行为给出的对环境不友好
度。例如：
若对无害的氯化钠（NaCl）和硫酸铵[(NH4)2SO4] 其Q值=1，则重金属 [如铜（Cu）、汞（Hg）等] 离子的 盐类基于其毒性大小，Q值=100-1000。
第二节 绿色化学的含义
为了从根本上预防和治理环境污染，实现人类的可持续 发展，科学家们提出了“绿色化学”的新观念、新学科。 绿色化学是更高层次的化学，又称“可持续发展化 学”、“环境友好化学”、“清洁化学”等，在其基础 上发展的技术称“绿色技术”、“环境友好技术”或 “洁净技术（Clean Technology）”。 绿色化学的含义可以从四个方面理解： 一、绿色化学的目的 三、绿色化学的基础 二、绿色化学的特点 四、绿色化学的理想
CH2
+
Ph3 P=O w aste 278
98
product 96（总）
正是因为存在着这样一个矛盾，原子经济的概念被应用。
第二节 绿色化学的含义/二、绿色化学的特 点——从注重产率到注重原子经济性
3、原子经济性的概念
基于原子经济的概念：如果所有的反应物都完完全 全地参与到最终产物中，该合成路线被称之为100%的原 子经济。 绿色化学的主要特点是原子经济性，即在获取新物质 的化学过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”， 使化学从“粗放型”向“集约型”转变，既充分利用资源， 又不产生污染。
第二节 绿色化学的含义/二、绿色化学的特 点——从注重产率到注重原子经济性
2、 “诺贝尔奖”的遗憾（上）
但是，这个转化过程在生成每一摩尔产物的同时，也可 能会产生一摩尔或更多摩尔的废物 ；而且，所得废物的 分子量可能会比所要产物的分子量大许多倍。 因此，基于百分产率计算可以认为某个合成方法是“完 全有效”的，但只用百分产率来计算时体现不出这些废物 的产生的。 可以用一个传统的例子，即Wittig反应（1979年诺贝 尔化学奖成果）来说明这种计算产率的方法的缺点。
第二节 绿色化学的含义/ 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
3、EQ
因此，更为精确地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的环境行为本质，其综 合表现为环境商值（EQ），即：
EQ = E×Q
（式中E为E-因子）
但在新方法未能完善前，通常用“致命剂量50” （LD50）作为参考。
第二节 绿色化学的含义
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重
原子经济性
1、 “产率”的缺陷（下）
所谓“产率”，完完全全地忽略了在合成反应中生成的任 何不希望得到的产物，而它们却是合成产物中固有的一部分。 有可能且常常会是这样一种情况：一个合成步骤，或甚至 一个合成路线能够达到100%的产率，但其产生的废物不论在重 量上还是在体积上都远远超过了所希望得到的产品。 这是因为产率的计算，是基于分子摩尔的概念：如果一 摩尔的原料产生了一摩尔的所要产物，那么产率是100%。
第二节 绿色化学的含义/ 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
4、LD50（上）
在传统上，化学危险物的定量评价是用“致命剂 量50”（LD50）来衡量的，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。
LD50一般以毫克（物质）/千克（体重）为单位，代 表了使动物（通常是白鼠）种群一次口服、注射或皮肤涂 抹药剂后，产生急性中毒而在一周内有一半致死时所需 该药剂的用量。
第二节 绿色化学的含义
一、绿色化学的目的——预防优于治理
3、回避“预防”的荒唐理由
几百年以前就有这样一句谚语，叫做“一两的预防胜 于一斤的治疗”。 与此相反，化学工业和其他生产或加工化学品的部门回 避“预防”已有数十年之久。回避“预防”的理由是 （虽然最近这种情况有所改变，但在某些部门现在仍这样认 为）： 虽然一些物质及废物有害，但化学家们知道怎样对付和 处理这些化学品。这样的理由与“因为医生懂得怎样治 病，因而不必预防生病”一样地不合逻辑。
2
ClCH2 CH2OH + Ca(OH)2 + HCl C2H4+ Cl2 + Ca(OH)2 总反应分子量： 原子利用率 = =25% 44+111+18 44
+ H2O
O C2H4O + CaCl2+ H2O 44 111 18
第二节 绿色化学的含义/二、绿色化学的特点—— 从注重产率到注重原子经济性
第二节 绿色化学的含义
一、绿色化学的目的——预防优于治理
2、避免增加开支的方法
（1）面对着为处理化学实验（包括教学和研究性的实 验）中产生的废弃化学物品所付费用的挑战，大学和学院只 能减少实验的数目或规模（如开设微型化学实验 等）。——谁受损？
（2）避免增加这些开支的惟一办法是利用绿色化学 技术设计化学过程以避免有害物质的使用或者产生，避 免原料和试剂的浪费而避免为此物质付双份的钱：一份是 支付原料的费用，另一份是处理废物的费用。
第二节 绿色化学的含义
二、绿色化学的特点——从注重产率到注重
原子经济性
1、 “产率”的缺陷（上）
合成方法应被设计成能把反应过程中所用的所有材料尽可 能多地转化到最终产物中。
但是，在整个20世纪，有机化学的课本中没有表现配平 的方程式。所列的反应式很少，或根本不涉及在一个合成转化 过程中所产生的副产物或共生产物。 这是因为传统上，描述某一合成方法的有效性和效率的 是产率。
按化学方程式计量所得全部物质的摩尔质量
原子利用率越大，E-因子越小。
第二节 绿色化学的含义/二、绿色化学的特点—— 从注重产率到注重原子经济性
5、原子经济性衡量标志——原子利用率（下）
以环氧乙烷的合成为例：
(a) 传统工艺： CH2 CH2 + Cl2+ H2O ClCH2 CH2OH + HCl CH2 CH2 + CaCl
可见，天然存在的毒素（如黄曲霉毒素存在于发霉的豆 类和谷物中），通常比简单的无机物（如KCN）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
第二部分
方兴未艾的绿色化学 ——绿色化学的 基本内涵与实例
第三章 绿色化学的基本概念
第四章 绿色化学的主要内容
第五章 绿色化学的应用实例
第三章 绿色化学的基本概念
第一节 第二节 绿色化学的诞生 绿色化学的含义
本章思考题
第一节 绿色化学的 诞生
一、萌芽
Roger A. Sheldon
（1）1991年，美国著名有机化学家Trost在《Science》 上提出了“原子经济性（原子利用率）”的概念； （2）1992年，荷兰有机化学家Sheldon提出了“E-因子” 的概念。 这两个重要的绿色化学基本概念的提出，引起了人们 极大的关注，也标志着绿色化学的萌芽。
这两个事件，标志着绿色化学在20世纪末 诞生。
第一节 绿色化学的诞生
三、成长
（1）各国已设奖：美国的绿色化学奖除“总统”奖外， 还有Hancock绿色化学纪念奖学金等3个奖项；英国（2000年， 共3个奖项）、澳大利亚（1999年）、意大利（1999年）、 日本（2000年）等国都先后设立了自己的“绿色化学奖”。 （2）中国在行动：中国科学院上海有机研究所陆熙炎院 士、中国科技大学朱清时院士1994年起就在大学宣传并进行绿 色化学方面的研究，清华大学宋心琦教授1995年就开始在国内 《大学化学》撰文介绍绿色化学工艺…… ，中国的绿色化学活 动在20世纪末开始溶入了世界的潮流。
原子经济性在数值上用E-因子、原子利用率等衡量。
第二节 绿色化学的含义/二、绿色化学的特点—— 从注重产率到注重原子经济性
4、原子经济性的衡量标志——E-因子（上）
相对于每种化工产品而言，期望产品以外的任何物质 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：
第二节 绿色化学的含义/二、绿色化学的特 点——从注重产率到注重原子经济性
2、 “诺贝尔奖”的遗憾（下）
在Wittig反应中，虽然引入基团的分子量（CH2，14） 远远低于生成废物的分子量（ Ph3P=O ， 278 ），而这个 反应的产率仍有可能达到100%。
O
+
Ph3 P=CH2 needed 276（总）
5、原子经济性衡量标志——原子利用率（下）
(b) 现代石油化学工艺： 2 CH2 原子利用率= 100% CH2 + O2 Ag 2 CH2 O CH2
环氧乙烷合成的新工艺，非常符合绿色化学的理想。
但是，一个反应总效率的真实评价，必须把化学产率（选 择性的一个测定方法）、原子经济性（固有效率的一个测定方 法）和实际的反应物用量等结合起来（新评价指标待探索）。
第二节 绿色化学的含义
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
1、 消除危害性
绿色化学的基础是把最大限度地降低或消除危害性的 原则融入到化学设计的各个方面中。
在化学过程中，所用的物质和物质的形态应尽可能地 减少发生化学事故的可能性，包括泄漏、爆炸及火灾等。
换句话说，废物排放于环境中对环境的污染程度与相应 的废物的性质及在环境中的毒性行为也有关。
第二节 绿色化学的含义/ 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
不同物质的LD50（单位：毫克/千克）
物质名称 水（H2O） 蔗糖 氯化钠（NaCl） 咖啡碱 氰化钾（KCN） LD50 180000 35000 3750 130 15 物质名称 砒霜（As2O3） 黄曲霉毒素 沙林（神经毒气之一） 破伤风毒素A 肉毒杆菌毒素 LD50 15 10 0.4 5×10-6 3×10-8