适应可持续发展的化学人才应具备的知识结构-胡常伟

适应可持续发展的化学人才应具备的知识结构—兼谈绿色化学课程建设胡常伟绿色化学与技术教育部重点实验室四川大学化学学院2008-111一、化学内容随采用原料的演变二、化学的可持续发展面临的挑战三、适应可持续发展的化学人才四、绿色化学课程建设主要内容2一、化学内容随采用原料的演变3化学？？？化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。

《化学》，人民教育出版社，北京，2006，4

化学是在分子和原子的水平上研究物质的性质、组成、结构、变化及变化规律和其应用、制备，以及物质间相互作用关系的科学。

4化学？？？Chemistryisthestudyofthenanoworld,theworldofatomsandmoleculesspanningdimensionsfromonetoseveralthousandangstroms.Chemistsstudythearchitectureofthisminiatureuniverse,explorethechangeswhichoccur,unraveltheprincipleswhichgovernthesechemicalchanges,anddevisewaystocreateentirelynewcompoundsandmaterials.TheundergraduateprograminchemistryatMIT5化学的内涵与人类可获得的原料密切相关工业革命前：生物质、矿物质化学

如何处理生物质、改性材料及矿物

工业革命后：煤化学

处理煤焦油、电石基化学（CaC2）二战后：石油化学1970：煤化学、合成气化学

(CO+H2)近年来：生物质转化、生物炼制

???6二、化学的可持续发展面临的挑战7化学研究什么原料物质的转化？

化石资源:石油、天然气、煤这些资源枯竭后怎么办？化学和化学工业面临环境问题？化学品的毒性固有的污染或不安全因素环境污染的源头之一副产物污染：浪费资源环境污染的源头之一化学必须面对可持续发展的需要化学人才的培养必须面对可持续发展的需要8设法延长现有原料的使用寿命寻找新的可持续获得的原料研究新原料的转化方法为了可持续发展，化学必须消除环境污染从源头上消除环境污染使用的化学品是安全无害的目前大学培养的化学类人才的知识结构可以满足完成上述使命的要求吗？9化学品的工业用途适应工业合成的基础化学人才传统的化学化工人才培养模式对从化学反应调控的初期就引入工程工艺措施重视不够对工程工艺与基础知识的融合产生的协同效应研究不够对化学品在环境中的作用和演变规律考虑不够适应工业合成的化学工程与工艺人才

10药物合成农药合成基础人才化学品的药效生化毒性等传统的化学医药、农药等人才培养模式相关工程人才过于注重即时的应用效果对即时效果后的后续效应重视不够对合成方法学重视不够11传统化学人才的知识结构主要基于石油等化石原料的化学注重物质的结构、性质、转化的基本原理和方法从环境角度看对物质的毒性、物质在环境中的演变规律和影响重视不够从资源角度看：原料较为单一，对生物质等的转化化学内容不够从学科领域看：较重视划定的“地盘”，对交叉协同效应重视不够12三、适应可持续发展的化学人才13从环境和安全的角度看：化学品是否安全？？？怎样获得安全的化学品？？？化学品在环境中会怎样演变？？？这些演变对人和环境有和影响？？？14IndustrialefficacyofchemicalsIndustrialsynthesischemist

Traditional

IndustrialeducationalmodeMedicalandpesticidechemistsPharmacological,Biochemical,Toxicologicaleffects(SAR）TraditionalPharmacologicaleducationalmodeNewhybridGreenchemist从环境和安全的角度看：需要加强化学品毒性等与合成化学的交叉化学类学生的知识结构中应增加毒性、代谢等知识15从环境和安全的角度看：需要加强化学品毒性等与合成化学的交叉需要加强合成化学与分子设计与性质计算的交叉化学类学生的知识结构中应增加毒性、代谢等知识应加强分子结构与功能关系方面的知识设计安全有效的化学品模拟计算分子的性质VS设计有某种性质的分子16从资源角度看：延长现有资源的使用寿命

加强原子经济反应和过程的设计的知识

学习掌握原子经济的手性合成的原理和方法AtomeconomicreactionsAlltheatomsofallthereactantsenterthetargetproduct“Pseudo-atomeconomicreactions”By-productsFormationTheby-productsformedareenvironmentallyacceptablesubstancessuchasH2O、N2etc.17Usethenaturalresourcemoreefficiently,prolongtheirlifetime.

StudyonatomiceconomicreactionsChiraltechniqueAllatomsfromreactantsenterintothetargetmoleculeAllatomsfromreactantsenterintothetargetmoleculestereo-orientatedly从资源角度看：延长现有资源的使用寿命

加强原子经济反应和过程的设计的知识

学习掌握原子经济的手性合成的原理和方法18从资源角度看：开发新资源

生物质转化化学

植物结构的知识

碳水化合物

蛋白质

油脂化学

酶催化反应的知识

酶催化与化学催化的协同效应

HydrocarbonBio-refineries19从学科交叉和协同效应看：应加强工程工艺的知识促进基础知识与工程工艺知识结合在处理具体问题的协同效果20Chemistry

TreatingCnH2n±xCH4CTreatingCnH2nOnCCO221Waysofconvertingbiomasstochemicals(energysupports)BiomasssugarDehydration/hydrogenationUsefulChemicalsCelluloseandligninChemicalconversion

Bio-conversionBio-dieselFruitsBio-ethyleneethanol22Mainresearcharea:conversiontofuel

LiquidfuelElectricityFuelcellSynthesisofmethanol23Bio-dieselCH2-CH-CH2OOROOROOR+3CH3OH3CH3OOR+HOCH2CH(OH)CH2OHBio-dieselEffectiveCatalystsandCatalyticProcesses???Howtousetheglyceroleffectively???24Bio-dieselRCOOH+CH3OHCH3OORBio-dieselEffectiveCatalystsandCatalyticProcesses???25Bio-ethyleneBio-originatedCH3CH2OHCH2CH2EffectiveCatalyst26Theconversionofsugartochemicals2728293031323334353637383940

Convertingbiomasstofuelandchemicals

Directliquation

BiomassLiquidfuel&chemicals

Indirectconversion

GasificationC3-C4GasesGasfuelCO+H2Liquidfuel&chemicalsCatalyticconversion41DirectliquefactionofbiomassPureliquefactionCatalyticliquefactionUpgradeofbio-oilUsefulchemicalsorfuelBiomass42四、绿色化学课程建设43课程建设思路原料绿色化延长使用寿命开发新原料产品绿色化结构与功能的关系分子设计与分子修饰过程绿色化过程强化应用实例44参考文献1、RogerLGarrett.DesigningSaferChemicals.StephenCDevitoandRogerLGarretted.Washington,DC:AmericanChemicalSociety,1996.2、王连生，王塑睽，等编著。分子结构、性质与活性。北京：化学工业出版社，19973、GeorgeW.Huber,BreakingtheChemicalandEngineringBarrierstoLignocellulosic

Biofuels,AmericanChemicalSociety,2007.4、DennisJ.Milleretal.,NationalScienceFoundationWorkshopReportonCatalysisforBiorenewablesConversion,Virginia,20045、BrentH.Shanksetal.,NationalScienceFoundationWorkshopReportonDesignofCatalystSystemforBiorenewables“HarnessingCatalysisforaNewCarbonEcon