什麽是綠色化學？

20世紀90年代初，化學家提出了“綠色化學”的概念，它不同於傳統的“汙染控制”概念。它要求任何與化學有關的活動(包括化學原料的使用、化學和化學工程以及最終產品)都應該對人類健康和環境友好。綠色化學的理想是停止使用有毒有害物質，不再產生廢物。從科學角度看，綠色化學是化學科學基本內容的更新；從環境角度，強調從源頭上消除汙染；從經濟角度來說，它提倡合理利用資源和能源，降低生產成本，符合可持續發展的要求。綠色化學的基本原則是:①預防汙染勝於治理汙染；(2)原子經濟性(設計的合成方法應盡可能將反應過程中使用的所有材料轉化為最終產物)；③只要可行，盡量采用對人類和環境低毒或無毒的合成路線；④設計的化學藥品應能保持藥效，降低毒性；⑤輔助物質(如溶劑、分離試劑等。)應盡可能避免使用，使用時應無毒；⑥要考慮能源消耗對環境和經濟的影響，盡量少用能源(常溫常壓)；⑦只要技術上和經濟上可行，原材料應是可再生的，而不是即將枯竭的；(8)盡量避免不必要的衍生步驟(保護基團、保護和去保護等)。);⑨催化劑(盡可能好的選擇性)優於化學計量試劑；⑩化工產品在完成使命後應能降解成無害物質，不應殘留在環境中；應進壹步開發分析方法，以便在有害物質產生之前立即對其進行在線跟蹤和控制；在化學轉化過程中，所選擇的物質和物質形式降低了發生化學事故(包括泄漏、爆炸、火災等)的可能性。)盡可能多。上述12綠色化學原理反映了近年來綠色化學領域的各種研究內容，也指明了未來發展綠色化學的方向，逐漸被國際學術界所接受。化學反應的“原子經濟性”概念是綠色化學的核心內容之壹，最早由美國斯坦福大學的B.M.Trost教授提出。他明確指出，應該用壹個新的標準來評價化學過程，即選擇性和原子經濟性。原子經濟考慮在化學反應中有多少原料原子進入產品。理想的原子經濟反應是原料分子中的原子100%轉化為產物，不產生副產物或廢物，從而實現廢物的“零排放”。“原子經濟”的概念也是目前普遍認可的。b . m . trost 65438-0998獲得美國“總統綠色化學挑戰獎”學術獎。(2)綠色化學在行動綠色化學作為化學工業未來發展的方向和基礎，越來越受到政府、企業和學術界的重視。如1995，美國設立“總統綠色化學挑戰獎”，獎勵在綠色化學基本原理的創造性研究、開發和應用方面取得突出成績的個人、集體或組織。包括學術獎、中小企業獎、新合成路線獎、新工藝獎、安全化工設計獎五個獎項。1998出版的《綠色化學理論與實踐》壹書是綠色化學的經典著作，書中詳細闡述了綠色化學的定義、原理、評價方法和發展趨勢。《綠色化學》是由英國皇家化學學會主辦的國際雜誌，創刊於1999。其內容涵蓋了清潔化工生產技術的諸多研究成果、綜述等信息，涵蓋了通過化學品的應用或加工減少對環境影響的國際學術研究活動。循著美國部分綠色化學獎的授獎軌跡，可以看到目前綠色化學技術和工藝研究的主要成果和趨勢:①發展“原子經濟”反應近年來，發展原子經濟反應已成為綠色化學研究的熱點之壹。例如，環氧丙烷是生產聚氨酯塑料的重要原料。傳統上主要采用兩步反應的氯醇法，不僅使用可能帶來危險的氯氣，而且產生大量汙染環境的含氯化鈣的廢水。國內外正在開發新的丙烯催化氧化制環氧丙烷的原子經濟反應方法。再如，EniChem公司在鈦矽分子篩催化劑作用下，環己酮、氨和過氧化氫可以直接合成環己酮肟。對於已經在工業上應用的原子經濟反應，還需要從環保、技術經濟等方面進壹步研究和完善。為了實現該反應的高原子經濟性，有必要開發新的反應路線，並用催化反應代替化學計量反應。1997新合成路線獎獲得者BCH公司的工作就是壹個很好的例子。該公司開發了壹種合成布洛芬的新工藝(布洛芬是壹種廣泛使用的非甾體類鎮靜止痛藥物)。傳統的生產工藝包括六個化學計量反應，原子的有效利用率不到40%。新工藝采用三次催化反應，原子有效利用率達到80%。如果考慮副產物醋酸的回收利用，原子的有效利用率達到99%。②采用無毒無害的原料。為了人類健康和環境安全，必須用無毒無害的原料代替有毒有害的原料來生產所需的化工產品。例如，孟山都公司開發了由無毒的二乙醇胺催化脫氫生產氨基二乙酸鈉的安全工藝，改變了以往以氨、甲醛和氫氰酸為原料的兩步合成路線，並因此獲得了1996美國總統綠色化學挑戰獎中的新合成路線獎。此外，國外開發了由異丁烯生產甲基丙烯酸甲酯的新合成路線，以丙酮和氫氰酸為原料替代丙酮氰醇法。③采用無毒無害的催化劑。目前碳氫化合物的烷基化壹般采用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸催化劑。這些催化劑都有同樣的缺點，如設備腐蝕嚴重，對人有危害，有廢渣，汙染環境。目前，烷基化反應的固體酸催化劑正由分子篩、雜多酸和超強酸等新型催化材料發展而來。例如，異丁烷與丁烯的烷基化是煉油工業中提供高辛烷值組分的重要方法。目前主要以氫氟酸或硫酸為催化劑，有公司開發了負載型磺酸鹽/SiO _ 2催化劑和固體酸催化異丁烷/丁烯烷基化新工藝。(4)與化學生產有關的大量汙染問題是由於使用無毒無害的溶劑和添加劑造成的，這些汙染不僅來自於原料和產品，還來自於制造過程中使用的物質，最常見的是反應介質、配方和分離中使用的溶劑。目前廣泛使用的溶劑是揮發性有機化合物，有些會破壞臭氧層，有些會危害人體健康。因此，有必要限制此類溶劑的使用。用無毒無害的溶劑替代揮發性有機物已成為綠色化學的重要研究方向。目前最活躍的研究項目是開發超臨界流體，特別是超臨界二氧化碳作為溶劑。1997學術獎授予北卡羅來納大學的J.M.DeSimone教授，因為他設計了壹種表面活性劑，這種表面活性劑是壹種熱愛二氧化碳的物質，可以產生二氧化碳和溶質的兩親效應，使二氧化碳可以廣泛用作溶劑，替代常規的含鹵素有機溶劑。除了使用超臨界溶劑外，還有以水或近臨界水為溶劑和有機溶劑/水相界面反應的研究。以水為介質的有機合成反應是環境友好合成反應的重要組成部分。水相有機反應操作簡單安全，沒有有機溶劑易燃易爆的問題，資源豐富，成本低廉，無汙染。雖然水是壹種潛在的環境友好的反應介質，但它不可避免地會導致許多新的問題，如有機底物在水中的疏水效應，反應底物和試劑在水中的穩定性，水中氫鍵對反應的影響，可能改變反應機理等。因此，水相有機合成的研究已成為有機合成化學中壹個活躍的研究領域。2001年度“總統綠色化學挑戰獎”學術獎授予了在美國的中國學者李朝軍教授，這也說明水相有機反應的研究越來越受到重視。李朝軍教授在水和空氣中的過渡金屬幹預和催化有機反應的設計和開發方面取得了壹系列顯著的創新。水相催化反應在藥物合成、精細化工合成和聚合物合成中具有廣闊的應用前景，為只能在惰性氣體和有機溶劑中進行的有機合成反應開辟了新的領域。⑤利用可再生資源合成化學品，利用可再生生物質(生物原料)替代目前廣泛使用的不可再生石油，是壹個長遠的發展方向，意義重大。將生物質轉化為動物飼料、工業化學品和燃料的技術是壹個非常活躍的研究領域。美國M.Holtzapple教授在該領域取得了卓越的成就，獲得了65438-0996美國“總統綠色化學挑戰獎”學術獎。雖然有些生物催化劑是否會造成汙染還沒有明確的結論，但總的來說，生物轉化是符合綠色化學要求的，具有高效、高選擇性和清潔生產的特點。反應產物簡單，易於分離純化，避免了貴金屬和有機溶劑的使用，能耗低，可以合成壹些化學方法難以合成的化合物。1996美國總統綠色化學挑戰獎中的學術獎授予了紫杉屬A &；M大學的M. Holt Zapple教授開發了壹系列技術，將廢棄生物質轉化為動物飼料、工業化學品和燃料。著名化學家翁啟惠因其在酶促反應方面的卓越創新成就，於2000年獲得美國“總統綠色化學挑戰獎”。⑥環境友好型產品隨著環境保護成為現代社會的知識，社會越來越需要環境友好型產品，世界各國政府制定的標準也不斷提高這方面產品的質量要求。比如機動車燃料，隨著環保要求的日益嚴格，為了減少汽車尾氣中的壹氧化碳和碳氫化合物造成的臭氧破壞和光化學煙霧等空氣汙染，美國政府逐步推廣使用新配方汽油，要求限制汽油的蒸氣壓和苯含量，並將逐步限制芳烴和烯烴的含量，要求在汽油中添加含氧化合物(如甲基叔丁基醚和甲基叔戊基醚)。這種新配方汽油質量要求的提高，促進了相關煉油技術的發展。再比如，從1996，美國總統綠色化學挑戰獎的安全化學設計獎頒給了羅門& amp；哈斯公司，因為其成功開發了壹種環境友好的海洋生物阻垢劑，用於防止海底汙垢的形成。中小企業獎授予Donlar公司，因為該公司開發了兩種生產熱聚天冬氨酸的高效工藝，聚天冬氨酸是壹種可生物降解的產品，可替代丙烯酸。(3)綠色化學在中國的活動越來越活躍。1995期間，中科院化學系組織了“綠色化學與技術——促進化工生產可持續發展的途徑”院士咨詢活動，對國內外綠色化學的現狀和發展趨勢進行了大量研究，結合國內情況提出了發展綠色化學與技術、消除和減少環境汙染源的七點建議。65438-0997由國家自然科學基金委和中國石油化工集團公司共同資助的“環境友好型石化催化化學與化學反應工程”重大基礎研究項目正式啟動。該項目涉及我國石油化工的壹些重要過程，即指導基礎研究、技術可行性初步探索和技術可行性、經濟合理性重點探索，開展采用無毒無害原料、催化劑、“原子經濟”反應等新技術的探索和研究。同年，為實施科教興國戰略，實現到2010和21世紀中葉我國經濟、科技和社會發展的宏偉目標，保證科技發展能力的不斷增強，適應新世紀的迫切需要，國家重點基礎研究發展計劃還將綠色化學基礎研究項目作為重要的支持方向之壹。此外，壹些高校還成立了專門的綠色化學研究機構。