工学绿色化学工艺-基本原理2课件

绿色化学工艺——基本原理

实现绿色化学工艺的途径绿色化学工艺遵循的基本准则绿色化学工艺的评价准则1绿色化学工艺——基本原理1绿色化学工艺——基本原理四、绿色化学工艺遵循的基本准则1.树立预防为主的理念所谓预防为主就是要从源头上消除有害废物的产生，而不是再其产生后进行净化和处理。在社会中早就存在这样的理念：将问题消灭在萌芽状态优于问题产生后在加以解决。几百年前西方就有谚语：“一盎司的预防等于一磅治疗”。我国也有相同的理念，如“圣人治乱于未乱，治病于未病”。2绿色化学工艺——基本原理四、绿色化学工艺遵循的基本准则2绿色化学工艺——基本原理

在评估产生废物会有什么危害传统关注：人类健康和环境用绿色化学工艺的观点看，“危害”还包括某些物质被无效地加工或转化，将它从产品中分离需耗能、耗时、耗钱，将它进行无害化处理需要某种技术等，即还应该认识到当本可避免的废物产生或使用本可避免的有害物质，这也是“危害”。。3绿色化学工艺——基本原理在评估产生废物会有什么危害3绿色化学工艺——基本原理2.目标产品生产过程中应最大限度地利用合成所用的所有原料

典型的描述转化效率参数是产率，产率完全忽略了属于合成内在本质之一的非理想产品的使用和产生。在通常情况下，会出现这种情况:某一合成路线或某一合成步骤有100%的转化率，但产生的副产品（废物）却远远高于理想产品。原因是产率的计算是基于产物的摩尔数和原料摩尔数之比。如果1摩尔原料生产1摩尔产品，其产率当然是100%，则认为合成过程的效率极高

4绿色化学工艺——基本原理2.目标产品生产过程中应最大限度地利绿色化学工艺——基本原理同样的转化过程可能会在产生1摩尔产品时产生1摩尔或更多的废物，而废物的分子量远大于产品的分子量。因此按照产率百分数计算的极高效的合成过程也可能产生大量的废物，仅仅用产率并不能揭示过程的实质。经典例子——Wittig反应

精细有机合成：广泛用于合成带烯键的天然有机化合物，如胆固醇母体、番茄红素、β-胡萝卜素5绿色化学工艺——基本原理同样的转化过程可能会在产生1摩尔产品绿色化学工艺——基本原理Wittig1979年获诺贝尔化学奖反应过程6绿色化学工艺——基本原理Wittig1979年获诺贝尔化学奖绿色化学工艺——基本原理反应收率：80％以上问题：溴化甲基三苯基膦分子中只有亚甲基被利用到产物分子中，如果以分子质量计，357

份质量中只有14份质量被利用，而且还产生了278份质量的“废物”——氧化三苯膦，即从原子利用率角度看，是不经济的7绿色化学工艺——基本原理反应收率：80％以上7绿色化学工艺——基本原理转化率（％）＝（反应物实际转化为产物的质量/理论上反应物转化为产物的质量）×100产率或收率（％）＝（目的产品的质量/理论上原料变为目的产物所应得的产品的质量）×1008绿色化学工艺——基本原理8绿色化学工艺——基本原理显然，转化率或高收率的高低在某些情况下不能反映废物生成的情况，必须从原子的角度探讨原料利用的情况原子经济性（AtomEconomy)

Stanford大学B.M.Trost教授1991年首次提出1998年获美国“总统绿色化学挑战奖”基本思想：化学合成应考虑原料分子中原子进入目标产品中的数量，其目标是设计化学合成时应使原料中的原子更多或全部变为产品的原子9绿色化学工艺——基本原理显然，转化率或高收率的高低在某绿色化学工艺——基本原理比如：合成目标产品C有如下不同的途径反应1A+BC+D反应2E+FC反应1有副产物D生成，而且D对环境有害，显然D中的原子是被浪费掉的反应2无任何副产物，原料中的原子全部进入到产品中，原子得到了％的利用。10绿色化学工艺——基本原理比如：合成目标产品C有如下不同的途径绿色化学工艺——基本原理原子经济性原子利用率（％）＝（被利用原子的质量/反应中所使用的全部反应物分子的质量）×100原子利用率从原子水平上看化学反应产率或收率从宏观量上看化学反应Wittig反应的原子利用率只有4％11绿色化学工艺——基本原理原子经济性11绿色化学工艺——基本原理化学反应原子经济性的评价A.分子间结构互变或异构化的重排反应（RearrangementReaction）将组成分子的原子进行重组，例如Claisen重排12绿色化学工艺——基本原理化学反应原子经济性的评价12绿色化学工艺——基本原理B.加成反应（AdditionReaction)例如，丙烯在镍催化剂作用下加成生成丙烷环己烷在钴催化剂作用（100℃，加压）下生成己二酸

13绿色化学工艺——基本原理B.加成反应（AdditionRe绿色化学工艺——基本原理Ｃ.取代反应（SubstitutionReaction)常见的取代反应有烷基化、芳基化、酰化以及磺化反应等，例如丙酸乙酯与甲胺的取代反应生成丙酰甲胺和乙醇

原料中部分原子未进入产品丙酰甲胺而生成了副产品，其原子利用率仅为65.42%

14绿色化学工艺——基本原理Ｃ.取代反应（Substitutio绿色化学工艺——基本原理D.消去或降解反应（EliminationReaction)消去反应：脱氢、脱水、脱氨、脱卤化氢、脱醇、脱羧基、脱酰基降解反应：羧酸降解、醛糖降解、氨基降解、酰胺降解、胺类降解、等通式：15绿色化学工艺——基本原理D.消去或降解反应（Eliminat绿色化学工艺——基本原理由于消除或降解反应生成了其它小分子，其原子经济性也不理想例如：季铵碱氢氧化三甲基丙基铵热分解反应丙烯为目的产物，原子利用率仅35.30%16绿色化学工艺——基本原理由于消除或降解反应生成了其它小分子，绿色化学工艺——基本原理提高化学反应原子经济性的途径A.开发并采用新的催化剂案例——环氧丙烷的生产传统工艺：氯醇法消耗大量的石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染严重

17绿色化学工艺——基本原理提高化学反应原子经济性的途径17绿色化学工艺——基本原理18绿色化学工艺——基本原理18绿色化学工艺——基本原理绿色工艺:TS-1分子筛催化剂，反应条件温和（40～50℃，压力低于0.1MPa),氧源安全易得，H2O2得转化率93％以上，环氧丙烷选择性高达97％19绿色化学工艺——基本原理绿色工艺:TS-1分子筛催化剂，反应绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较原子经济性仅31％氯醇法生产环氧丙烷的原子经济性反应物分子式相对分子质量产物中被利用分子式相对分子质量产物中未被利用分子式相对分子质量C6H12H2Cl2O2Ca(OH)2合计8410574263C6H12O2

8432

116

H2Cl2Ca(OH)27374

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20绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较氯醇法生产环氧丙烷的原绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较原子经济性仅76.32％TS-催化合成法生产环氧丙烷的原子经济性反应物分子式相对分子质量产物中被利用分子式相对分子质量产物中未被利用分子式相对分子质量C3H6H2O2合计423476C3H16O

4216

58

H2O1818

21绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较TS-催化合成法生产环绿色化学工艺——基本原理B.采用新的反应加工途径布洛芬（Ibuprofen)在药物中起止痛作用，与阿司匹林（Aspirin)一样，是非类固醇消炎剂传统工艺：Brown合成方法6步合成法——原子利用率40.03%22绿色化学工艺——基本原理B.采用新的反应加工途径22绿色化学工艺——基本原理23绿色化学工艺——基本原理23绿色化学工艺——基本原理24绿色化学工艺——基本原理24绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：4步合成——原子利用率77.44%25绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：4步合成——原子利用率7绿色化学工艺——基本原理C.采用新合成原料甲基丙烯酸甲酯（MMA)聚合物——有机玻璃传统工艺：丙酮－氰醇（ACH)法

ACH合成－甲基丙烯酸酰胺硫酸盐（MAS)合成－酯化－MMA回收与提纯－酸性废水回收与处理ACH合成用氢氰酸，MAS用100％硫酸，原子经济性47％26绿色化学工艺——基本原理C.采用新合成原料26绿色化学工艺——基本原理27绿色化学工艺——基本原理27绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：钯催化剂，6.0MPa，60℃甲基乙炔在甲醇存在下进行羰化反应100％原子积极性，MMA选择性99.9%28绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：钯催化剂，6.0MPa，绿色化学工艺——基本原理3.生产过程使用或产生的物质对人类健康和环境基本无害-化学生产可在对人类和环境均安全的条件下进行-问题：有专长的人，常常自以为是地认为人们知道如何处理有害物质，他们就可以采用任何物质，而不论其是否有害29绿色化学工艺——基本原理3.生产过程使用或产生的物质对人类健绿色化学工艺——基本原理-从伦理道德角度：因为我们能这样做。化学家和化学工程师的知识必须获得可使人类健康和环境更安全的新技术。

因为我们必须这样做。化学家和化学工程师的任务被社会认为既是革新者，有是污染者。通过设计和开发减低或消除危害的新工艺，绿色化学工艺提供了解决这些问题的科学方法。30绿色化学工艺——基本原理-从伦理道德角度：因为我们能这样做绿色化学工艺——基本原理4.化学产品设计在降低毒性的同时应保证其功效-化学家、毒物学家和药学家已开发了应用化学结构表征分子毒性的手段。诸如致癌性、致变性、神经毒性以及再生和发展毒性。-了解毒性机理必然引起人体或环境的特定反应，则分子结构改变肯定能保证这一反应不再发生。当然，任何结构改进都必须保持该分子的性能和功效。31绿色化学工艺——基本原理4.化学产品设计在降低毒性的同时应保绿色化学工艺——基本原理-不了解详细的机理，这时，毒性的存在和某种化学结构（例如官能团）可能仍有关系，与毒性影响相关的官能团也可能避免、减小或消除以降低最终的毒性。-第三种情况是通过减少生物获得量发生影响。如果一种物质有毒，但不会到达人的器官（如胃、肺、肝），则可能被报告为无毒物质。通过消除吸收和生物获得量，毒性被降低了。32绿色化学工艺——基本原理-不了解详细的机理，这时，毒性的绿色化学工艺——基本原理

5.尽量不用辅助物质，必须用时应采用无毒的（-辅助物的一般使用:溶剂、助剂等在化学品生产、制造过程中，辅助物在每一个环节都可能用到。辅助物可帮助控制化学品性能，但它不是该化学品分子机构的组成部分，这类物质的使用一般是为了克服化学产品合成种的某种特殊障碍。（-溶剂:由于其良好的溶解能力被广泛应用

一氯甲烷、氯仿、全氯乙烯和四氯化碳等卤代溶剂有致癌作用，而苯和其他芳香化合物也通过不同的机理引起或促进人体和其他动物的癌变。33绿色化学工艺——基本原理5.尽量不用辅助物质，必须用时应采绿色化学工艺——基本原理-改进措施超临界流体、无溶剂化、溶剂固定化离子化

激发

中和生成活性基34绿色化学工艺——基本原理-改进措施离子化绿色化学工艺——基本原理35绿色化学工艺——基本原理35绿色化学工艺——基本原理6.尽量减少能源需求，并考虑其环境与经济影响-化学工业的能源消耗36绿色化学工艺——基本原理6.尽量减少能源需求，并考虑其环境与绿色化学工艺——基本原理-提高反应速度的耗能降低反应的活化能，可以降低转化过程所需的热能-放热反应冷却时的耗能

许多化学反应是强放热反应，这类反应通常很快，反应时间为毫秒级。为了预防反应失控，引起意外事故，需要通过冷却控制反应速度。这一过程同样有能量损失37绿色化学工艺——基本原理-提高反应速度的耗能37绿色化学工艺——基本原理-分离过程耗能提纯和分离过程是化工生产中能耗较大的单元。无论提纯/分离是采用精馏、再结晶或超滤，为了保证产品分离的纯度，都需要大量的能量。分离过程的设计应尽量降低过程的能耗。-微波应用微波技术可提高化学转化过程的速度，通常应用于液固反应过程。微波技术具有显著的优点，它不需要为了反应发生而进行长时间的加热。此外，由于反应直接在固态下进行，也避免了对大量辅助溶剂的加热。38绿色化学工艺——基本原理-分离过程耗能38绿色化学工艺——基本原理-超声波已研究了用超声波能对某些确定的反应（如环加反应）的催化能力。通过应用这一技术，可显著改变反应组分在局部的条件，从而促进化学转化过程。-优化反应以降低能源消耗39绿色化学工艺——基本原理-超声波39绿色化学工艺——基本原理7.在技术经济可行时应使用可再生原料8.尽量避免不必要的衍生作用-阻断/防护基团使用阻断（或防护）基团以保护在特定反应条件下的活性部分，活性部分如果不加以保护则会危及产品功能。-用盐类减缓过程可简单地使用盐类衍生物以减缓过程。再则，其作用（如作为保护基团）完成后，应容易再生。显然，这一过程在原反应物再生时会产生废物。40绿色化学工艺——基本原理7.在技术经济可行时应使用可再生原料绿色化学工艺——基本原理

-加入官能团替代设计合成过程时，化学家渴望每个反应都有较高的选择性。当分子中存在多个反应点时，让反应在理想的反应点上直接进行无疑是明智的。这一点可通过使理想点对反应组分具有吸引力和提供较好的脱离基团而获得。例如，通常用卤代衍生物使亲核替代反应得以进行。卤素可使反应点具有更多的正电性而更具吸引力，而卤素本身可作为一个较好的脱离基团。毋容赘言，这一过程会形成衍生物，它会消耗试剂并产生卤化废物。41绿色化学工艺——基本原理-加入官能团替代绿色化学工艺——基本原理9.催化助剂优于仅起化学计量配比的助剂反应物A和B生成产物C，A和B的所有原子均保留在C中，而不需要任何反应助剂，这样的反应是很少见的-提高选择性-能耗最小化42绿色化学工艺——基本原理9.催化助剂优于仅起化学计量配比的助绿色化学工艺——基本原理10.化学产品在其使用后应能分解为无害物-塑料-杀虫剂许多杀虫剂是卤化有机物，这类物质杀虫效果好，但会在许多植物和动物种群中积累，通常在积累在脂肪组织或细胞中。DDT是这类杀虫剂中第一个被发现有这种破坏作用的物质。-设计时考虑降解功能-生物降解性的设计43绿色化学工艺——基本原理10.化学产品在其使用后应能分解为无绿色化学工艺——基本原理11.开发实时在线分析方法，在有害物形成前进行控制12.选择化工过程使用的物质及形态时应降低其产生意外事故44绿色化学工艺——基本原理11.开发实时在线分析方法，在有害物绿色化学工艺——基本原理五、绿色化学工艺的评估从原料反应条件

反应类型

目标产品出发-可否再生-是否安全-原子经济性-无害毒性能耗安全性试剂类型45绿色化学工艺——基本原理五、绿色化学工艺的评估45绿色化学工艺——基本原理1.对人类安全的影响

-广泛实验-大量基础数据-何种条件下产生危害-危害的范围（从皮肤刺激到致癌）

46绿色化学工艺——基本原理1.对人类安全的影响46绿色化学工艺——基本原理A.量的问题（或者从量的角度出发）潜在性Examp例子：A物质使人失明外无其它影响，其量超过一亿分之一将使人失明。B物质使人失明外无其它影响，其量超过千万分之一将使人失明

从潜在的危害性而言，B物质安全，A物质十分危害，选择B。

47绿色化学工艺——基本原理A.量的问题（或者从量的角度出发）绿色化学工艺——基本原理B.度的问题（从危害程度的角度出发）

例子：物质A对人类有毒。毒性表现：其量超过100ppm会引起流泪。物质B对人类有毒。毒性表现：其量超过100ppm会引起中枢神经损害。

从危害的严重程度而言，A物质较B物质安全，应选择A物质。48绿色化学工艺——基本原理B.度的问题（从危害程度的角度出发绿色化学工艺——基本原理C.可逆性例子：A物质对人类有害，表现在：其量超过10ppm会引起呼吸紧张。一旦离开物质A或其浓度低于10ppm时，症状即消失。B物质对人类有害，表现在：其量超过10ppm会引起呼吸紧张。一旦离开物质B或其浓度低于10ppm时，症状也不会消失，即造成持久损害。

显然从危害的可逆性而言，应选择物质A。

49绿色化学工艺——基本原理C.可逆性49绿色化学工艺——基本原理2.对野生生物的影响

区别：人类――一个物种野生物――大量物种方法：外推法动物实验—基础数据—结构活性技术模型50绿色化学工艺——基本原理2.对野生生物的影响50绿色化学工艺——基本原理

问题在于：同一物质对一种生物有益，而对另一种生物有害。Example：磷对水环境的影响各种海藻的营养品大量繁殖导致水中缺氧，成为鱼类杀手51绿色化学工艺——基本原理问题在于：同一物质对一种生物有益绿色化学工艺——基本原理3.对区域环境的影响

对人类和野生生物无害，但对环境却有很大影响A.酸雨（SO2,NOX等）B.光化学烟雾（N2O，碳氢化合物）4.对全球环境的影响

A.温室效应（Greenhouseeffect）B.臭氧层破坏1995年诺贝尔奖

52绿色化学工艺——基本原理3.对区域环境的影响52绿色化学工艺——基本原理

实现绿色化学工艺的途径绿色化学工艺遵循的基本准则绿色化学工艺的评价准则53绿色化学工艺——基本原理1绿色化学工艺——基本原理四、绿色化学工艺遵循的基本准则1.树立预防为主的理念所谓预防为主就是要从源头上消除有害废物的产生，而不是再其产生后进行净化和处理。在社会中早就存在这样的理念：将问题消灭在萌芽状态优于问题产生后在加以解决。几百年前西方就有谚语：“一盎司的预防等于一磅治疗”。我国也有相同的理念，如“圣人治乱于未乱，治病于未病”。54绿色化学工艺——基本原理四、绿色化学工艺遵循的基本准则2绿色化学工艺——基本原理

在评估产生废物会有什么危害传统关注：人类健康和环境用绿色化学工艺的观点看，“危害”还包括某些物质被无效地加工或转化，将它从产品中分离需耗能、耗时、耗钱，将它进行无害化处理需要某种技术等，即还应该认识到当本可避免的废物产生或使用本可避免的有害物质，这也是“危害”。。55绿色化学工艺——基本原理在评估产生废物会有什么危害3绿色化学工艺——基本原理2.目标产品生产过程中应最大限度地利用合成所用的所有原料

典型的描述转化效率参数是产率，产率完全忽略了属于合成内在本质之一的非理想产品的使用和产生。在通常情况下，会出现这种情况:某一合成路线或某一合成步骤有100%的转化率，但产生的副产品（废物）却远远高于理想产品。原因是产率的计算是基于产物的摩尔数和原料摩尔数之比。如果1摩尔原料生产1摩尔产品，其产率当然是100%，则认为合成过程的效率极高

56绿色化学工艺——基本原理2.目标产品生产过程中应最大限度地利绿色化学工艺——基本原理同样的转化过程可能会在产生1摩尔产品时产生1摩尔或更多的废物，而废物的分子量远大于产品的分子量。因此按照产率百分数计算的极高效的合成过程也可能产生大量的废物，仅仅用产率并不能揭示过程的实质。经典例子——Wittig反应

精细有机合成：广泛用于合成带烯键的天然有机化合物，如胆固醇母体、番茄红素、β-胡萝卜素57绿色化学工艺——基本原理同样的转化过程可能会在产生1摩尔产品绿色化学工艺——基本原理Wittig1979年获诺贝尔化学奖反应过程58绿色化学工艺——基本原理Wittig1979年获诺贝尔化学奖绿色化学工艺——基本原理反应收率：80％以上问题：溴化甲基三苯基膦分子中只有亚甲基被利用到产物分子中，如果以分子质量计，357

份质量中只有14份质量被利用，而且还产生了278份质量的“废物”——氧化三苯膦，即从原子利用率角度看，是不经济的59绿色化学工艺——基本原理反应收率：80％以上7绿色化学工艺——基本原理转化率（％）＝（反应物实际转化为产物的质量/理论上反应物转化为产物的质量）×100产率或收率（％）＝（目的产品的质量/理论上原料变为目的产物所应得的产品的质量）×10060绿色化学工艺——基本原理8绿色化学工艺——基本原理显然，转化率或高收率的高低在某些情况下不能反映废物生成的情况，必须从原子的角度探讨原料利用的情况原子经济性（AtomEconomy)

Stanford大学B.M.Trost教授1991年首次提出1998年获美国“总统绿色化学挑战奖”基本思想：化学合成应考虑原料分子中原子进入目标产品中的数量，其目标是设计化学合成时应使原料中的原子更多或全部变为产品的原子61绿色化学工艺——基本原理显然，转化率或高收率的高低在某绿色化学工艺——基本原理比如：合成目标产品C有如下不同的途径反应1A+BC+D反应2E+FC反应1有副产物D生成，而且D对环境有害，显然D中的原子是被浪费掉的反应2无任何副产物，原料中的原子全部进入到产品中，原子得到了％的利用。62绿色化学工艺——基本原理比如：合成目标产品C有如下不同的途径绿色化学工艺——基本原理原子经济性原子利用率（％）＝（被利用原子的质量/反应中所使用的全部反应物分子的质量）×100原子利用率从原子水平上看化学反应产率或收率从宏观量上看化学反应Wittig反应的原子利用率只有4％63绿色化学工艺——基本原理原子经济性11绿色化学工艺——基本原理化学反应原子经济性的评价A.分子间结构互变或异构化的重排反应（RearrangementReaction）将组成分子的原子进行重组，例如Claisen重排64绿色化学工艺——基本原理化学反应原子经济性的评价12绿色化学工艺——基本原理B.加成反应（AdditionReaction)例如，丙烯在镍催化剂作用下加成生成丙烷环己烷在钴催化剂作用（100℃，加压）下生成己二酸

65绿色化学工艺——基本原理B.加成反应（AdditionRe绿色化学工艺——基本原理Ｃ.取代反应（SubstitutionReaction)常见的取代反应有烷基化、芳基化、酰化以及磺化反应等，例如丙酸乙酯与甲胺的取代反应生成丙酰甲胺和乙醇

原料中部分原子未进入产品丙酰甲胺而生成了副产品，其原子利用率仅为65.42%

66绿色化学工艺——基本原理Ｃ.取代反应（Substitutio绿色化学工艺——基本原理D.消去或降解反应（EliminationReaction)消去反应：脱氢、脱水、脱氨、脱卤化氢、脱醇、脱羧基、脱酰基降解反应：羧酸降解、醛糖降解、氨基降解、酰胺降解、胺类降解、等通式：67绿色化学工艺——基本原理D.消去或降解反应（Eliminat绿色化学工艺——基本原理由于消除或降解反应生成了其它小分子，其原子经济性也不理想例如：季铵碱氢氧化三甲基丙基铵热分解反应丙烯为目的产物，原子利用率仅35.30%68绿色化学工艺——基本原理由于消除或降解反应生成了其它小分子，绿色化学工艺——基本原理提高化学反应原子经济性的途径A.开发并采用新的催化剂案例——环氧丙烷的生产传统工艺：氯醇法消耗大量的石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染严重

69绿色化学工艺——基本原理提高化学反应原子经济性的途径17绿色化学工艺——基本原理70绿色化学工艺——基本原理18绿色化学工艺——基本原理绿色工艺:TS-1分子筛催化剂，反应条件温和（40～50℃，压力低于0.1MPa),氧源安全易得，H2O2得转化率93％以上，环氧丙烷选择性高达97％71绿色化学工艺——基本原理绿色工艺:TS-1分子筛催化剂，反应绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较原子经济性仅31％氯醇法生产环氧丙烷的原子经济性反应物分子式相对分子质量产物中被利用分子式相对分子质量产物中未被利用分子式相对分子质量C6H12H2Cl2O2Ca(OH)2合计8410574263C6H12O2

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H2Cl2Ca(OH)27374

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72绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较氯醇法生产环氧丙烷的原绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较原子经济性仅76.32％TS-催化合成法生产环氧丙烷的原子经济性反应物分子式相对分子质量产物中被利用分子式相对分子质量产物中未被利用分子式相对分子质量C3H6H2O2合计423476C3H16O

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73绿色化学工艺——基本原理原子经济性比较TS-催化合成法生产环绿色化学工艺——基本原理B.采用新的反应加工途径布洛芬（Ibuprofen)在药物中起止痛作用，与阿司匹林（Aspirin)一样，是非类固醇消炎剂传统工艺：Brown合成方法6步合成法——原子利用率40.03%74绿色化学工艺——基本原理B.采用新的反应加工途径22绿色化学工艺——基本原理75绿色化学工艺——基本原理23绿色化学工艺——基本原理76绿色化学工艺——基本原理24绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：4步合成——原子利用率77.44%77绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：4步合成——原子利用率7绿色化学工艺——基本原理C.采用新合成原料甲基丙烯酸甲酯（MMA)聚合物——有机玻璃传统工艺：丙酮－氰醇（ACH)法

ACH合成－甲基丙烯酸酰胺硫酸盐（MAS)合成－酯化－MMA回收与提纯－酸性废水回收与处理ACH合成用氢氰酸，MAS用100％硫酸，原子经济性47％78绿色化学工艺——基本原理C.采用新合成原料26绿色化学工艺——基本原理79绿色化学工艺——基本原理27绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：钯催化剂，6.0MPa，60℃甲基乙炔在甲醇存在下进行羰化反应100％原子积极性，MMA选择性99.9%80绿色化学工艺——基本原理绿色工艺：钯催化剂，6.0MPa，绿色化学工艺——基本原理3.生产过程使用或产生的物质对人类健康和环境基本无害-化学生产可在对人类和环境均安全的条件下进行-问题：有专长的人，常常自以为是地认为人们知道如何处理有害物质，他们就可以采用任何物质，而不论其是否有害81绿色化学工艺——基本原理3.生产过程使用或产生的物质对人类健绿色化学工艺——基本原理-从伦理道德角度：因为我们能这样做。化学家和化学工程师的知识必须获得可使人类健康和环境更安全的新技术。

因为我们必须这样做。化学家和化学工程师的任务被社会认为既是革新者，有是污染者。通过设计和开发减低或消除危害的新工艺，绿色化学工艺提供了解决这些问题的科学方法。82绿色化学工艺——基本原理-从伦理道德角度：因为我们能这样做绿色化学工艺——基本原理4.化学产品设计在降低毒性的同时应保证其功效-化学家、毒物学家和药学家已开发了应用化学结构表征分子毒性的手段。诸如致癌性、致变性、神经毒性以及再生和发展毒性。-了解毒性机理必然引起人体或环境的特定反应，则分子结构改变肯定能保证这一反应不再发生。当然，任何结构改进都必须保持该分子的性能和功效。83绿色化学工艺——基本原理4.化学产品设计在降低毒性的同时应保绿色化学工艺——基本原理-不了解详细的机理，这时，毒性的存在和某种化学结构（例如官能团）可能仍有关系，与毒性影响相关的官能团也可能避免、减小或消除以降低最终的毒性。-第三种情况是通过减少生物获得量发生影响。如果一种物质有毒，但不会到达人的器官（如胃、肺、肝），则可能被报告为无毒物质。通过消除吸收和生物获得量，毒性被降低了。84绿色化学工艺——基本原理-不了解详细的机理，这时，毒性的绿色化学工艺——基本原理

5.尽量不用辅助物质，必须用时应采用无毒的（-辅助物的一般使用:溶剂、助剂等在化学品生产、制造过程中，辅助物在每一个环节都可能用到。辅助物可帮助控制化学品性能，但它不是该化学品分子机构的组成部分，这类物质的使用一般是为了克服化学产品合成种的某种特殊障碍。（-溶剂:由于其良好的溶解能力被广泛应用

一氯甲烷、氯仿、全氯乙烯和四氯化碳等卤代溶剂有致癌作用，而苯和其他芳香化合物也通过不同的机理引起或促进人体和其他动物的癌变。85绿色化学工艺——基本原理5.尽量不用辅助物质，必须用时应采绿色化学工艺——基本原理-改进措施超临界流体、无溶剂化、溶剂固定化离子化

激发

中和生成活性基86绿色化学工艺——基本原理-改进措施离子化绿色化学工艺——基本原理87绿色化学工艺——基本原理35绿色化学工艺——基本原理6.尽量减少能源需求，并考虑其环境与经济影响-化学工业的能源消耗88绿色化学工艺——基本原理6.尽量减少能源需求，并考虑其环境与绿色化学工艺——基本原理-提高反应速度的耗能降低反应的活化能，可以降低转化过程所需的热能-放热反应冷却时的耗能

许多化学反应是强放热反应，这类反应通常很快，反应时间为毫秒级。为了预防反应失控，引起意外事故，需要通过冷却控制反应速度。这一过程同样有能量损失89绿色化学工艺——基本原理-提高反应速度的耗能37绿色化学工艺——基本原理-分离过程耗能提纯和分离过程是化工生产中能耗较大的单元。无论提纯/分离是采用精馏、再结晶或超滤，为了保证产品分离的纯度，都需要大量的能量。分离过程的设计应尽量降低过程的能耗。-微波应用微波技术可提高化学转化过程的速度，通常应用于液固反应过程。微波技术具有显著的优点，它不需要为了反应发生而进行长时间的加热。此外，由于反应直接在固态下进行，也避免了对大量辅助溶剂的加热。90绿色化学工艺——基本原理-分离过程耗能38绿色化学工艺——基本原理-超声波已研究了用超声波能对某些确定的反应（如环加反应）的催化能力。通过应用这一技术，可显著改变反应组分在局部的条件，从而促进化学转化过程。-优化反应以降低能源消耗91绿色化学工艺——基本原理-超声波39绿色化学工艺——基本原理7.在技术经济可行时应使用可再生原料8.尽量避免不必要的衍生作用-阻断/防护基团使用阻断（或防护）基团以保护在特定反应条件下的活性部分，活性部分如果不加以保护则会危及产品功能。-用盐类减缓过程可简单地使用盐类衍生物以减缓过程。再则，其作用（如作为保护基团）完成后，应容易再生。显然，这一过程在原反应物再生时会产生废物。92绿色化学工艺——基本原理7.在技术经济可行时应使用可再生原料绿色化学工艺——基本原理

-加入官能团替代设计合成过程时，化学家渴望每个反应都有较高的选择性。当分子中存在多个反应点时，让反应在理想的反应点上直接进行无疑是明智的。这一点可通过使理想点对反应组分具有吸引力和提供较好的脱离基团而获得。例如，通常用卤代衍生物使亲核替代反应得以进行。卤素可使反应点具有更多的正电性而更具吸引力，而卤素本身可作为一个较好的脱离基团。毋容赘言，这一过程会形成衍生物，它会消耗试剂并产生卤化废物。93绿色化学工艺——基本原理-加入官能团替代绿色化学工艺——基本原理9.催化助剂优于仅起化学计量配比的助剂反应物A和B生成产物C，A和B的所有原子均保留在C中，而不需要任何反应助剂，这样的反应是很少见的-提高选择性-能耗最小化94绿色化学工艺——基本原理9.催化助剂优于