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【摘 要】尽管绿色化学在有机合成设计中的应用取得了巨大的进展，但是人类仍然面临着有史以来最为严峻的环境污染。绿色化学提出了新的观念和方法，减少了资源消耗、实现了可持续发展的重要科学基础，是未来化学发展和人类进步的方向。
【关键词】绿色化学；有机合成；设计；应用
前言：
众所周知，化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力方面均起着关键作用。化学科学的研究成果和化学知识的应用，创造了无数的新产品进入每个普通家庭，使我们衣食住行各方面都受益匪浅，更不用说化学药物对人们的防病祛疾、延年益寿、享受生活等方面起到的作用。但是另一方面，随着化学品的大量生产和广泛应用，给人类原本和谐的生态环境带来了严重的污染：黑臭的污水、讨厌的烟尘、难以处置的废弃物和各种各样的有毒物威胁着人们的健康，伤害了我们赖以生存的地球。
基于这种情况的日趋严重，1990年美国制定了《污染预防法案》，明确提出“污染预防”这一概念，要求杜绝污染源，并指出最好的防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物。这个法案推动了化学界为预防污染、保护环境做进一步努力。此后，人们赋予这一新鲜事物不同的名称：环境无害化学、清洁化学、原子经济学和绿色化学等等。美国环保局率先在官方文件中采用“绿色化学”这个名词。之后，1995年美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”，1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志，日本也制定了以环境无害制造技术等绿色化学为内容的“新阳光计划”，绿色化学很快成为国际化学科学的前沿。面对国际上兴起的绿色化学与清洁生产技术浪潮，在我国有关部门和机构也开展了相应的行动。1995年中国科学院化学部组织的《绿色化学与技术》推进化工生产可持续发展的途径，院士咨询活动，结合国内情况，提出了发展绿色化学与技术、消灭和减少环境污染源的7条建议。1997年由国家自然科学基金委和中国石油化工总公司联合资助的“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”正式启动，同年，为迎接新世纪挑战的需要而制定的“国家重点基础研究发展规划”，亦将绿色化学的基础研究项目作为支持的重要方向之一。此外，我国已成立了两家专门致力于绿色化学与技术的研究中心，召开了5次专题研讨会，许多高校开设了绿色化学课程，《绿色化学与化工》和《绿色化学导论》已经出版。
1绿色化学的概念
绿色化学（GreenChemistry）又称为环境友好化学（EnvironmentallyBenignChemistry），是近几十年来国际化学界提出的一个新概念，它的核心理念是：在化学反应过程和化工生产过程中不使用或减少使用有害物质，减少或消除有害产物的生成，从源头上消除化学、化工生产对环境和人类健康的负面影响。如今绿色化学的理念已经被全世界化学工作者所认同，提倡按照绿色化学要求的各项原则进行研发和应用，将会对生态环境和人们的生活质量的提高产生深远的影响。美国在1996年设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出贡献的企业和科学家。绿色化学遵循的原则有12条：①从源头上防止污染，而不是在最后治理污染；②合成方法应具有原子经济性，即尽量使参加反应的原子都进入最终产物；③在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒害的物质；④设计具有高使用效益低环境毒性的化学产品；⑤尽量不用溶剂等辅助物质，必须使用时要用无害的溶剂；⑥反应条件温和，能耗要最低；⑦尽量采用可再生原料，用生物质原料代替石油和煤等矿物原料；⑧尽量减少副产物；⑨使用高选择性的催化剂；⑩化学产品在使用完后应能降解成无害的物质，并且能进入生态系统循环；发展适时分析技术以便监控有害物质；减少发生意外事故的风险。凡是能够符合以上原则中的一条或几条的化学反应和化工生产工艺都可称之为绿色化学。
2 绿色化学的概念在有机合成设计中的应用
2.1 有机合成中的原子经济性
原子经济性的概念是1991年由Trost首先提出的，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成产物（也即原子的利率：原子的利用率=预期产物的相对分子质量/所反应物的相对分子质量@100%）。Trost认为，合成效率是合成化学方法研究的焦点。合成效率包括两个方面：原子经济性和选择性（化学、区域、对映性和非对映体选择性）。一个有效的合成反应不但要有高度的选择，而且要具备较好的原子经济性，尽可能充分利用原料分子中的原子。环氧乙烷是生产聚氨酯类产品的重要原料，传统方法以乙烯、氯气和氢氧化钙反应制得，原子利用率仅为25%，但改用乙烯在銀催化剂存在下进行氧气氧化的反应，原子经济性就表现出来了，其原子利用率高达100%.
2.2 绿色溶剂的采用
有机合成一般避免用水作反应介质，但因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。而且水溶剂特有的疏水效应对一些重要的有机转化是十分有效的。Breslow发现，环戊二烯与甲基乙烯酮的环加成反应在水中较之异辛烷为溶剂的反应快700倍。随后，Grieco在水相环加成方面也作了许多开创性的工作，结果发现水相中的反应比有机溶剂中的反应产率高。
2.3 选用绿色催化剂
缩酮目前的合成大都采用HCl催化，若用SnCl4/NaHSO4催化，则可以减少酸催化剂带来的污染，并且还提高了产率
2.4 绿色合成原料的采用
在有机合成设计中，为了达到环境友善的目的，采用绿色合成原料可以在化学反应的源头预防、控制污染的产生。碳酸二甲酯（DMC）是一种新型的绿色化学原料，其毒性远远小于目前使用的光气。DMC不仅可以取代光气等有害有毒的化学物质作羰基化剂，还可以利用其独特的性质来制备许多衍生物。DMC的传统光气制法有许多缺点，比如有毒气体泄露的危险和产品中残余的氯难以除去而影响使用等。新的改进方法为：
甲醇氧化羰基化
2.5 实现少排放、零排放
实现清洁生产是绿色化学与有机合成设计相结合的最终目的，如果暂且尚无条件使用绿色原料就应该采用循环工艺，尽可能地减少废料排放。
工业上把苯磺酸钠的生产和酸化操作结合起来，碱熔时的副产物Na2SO3可用来中和苯磺酸，中和时放出的SO2就用来酸化苯酚钠。
3绿色化学的前景展望
绿色化学是实现污染预防最基本和最重要的科学手段，其目的是实现污染物排放低、资源和能源消耗少的化学反应和生产工艺。绿色化学的理念会给企业带来更好的经济效益，减少生态环境承载的压力，尽可能降低对人们身体健康的危害。因此绿色化学的发展会受到政府、企业、群众的欢迎。基于绿色化学的社会效益和经济效益，绿色化学领域的研究将会成为高校、科研机构、高技术企业的重要研究方向；另一方面，要赶超发达国家的技术水平，政府也会逐渐增加投入。
结语
绿色化学理念的提出对化学与化工行业来说既是挑战又是机遇，任何国家或企业如果抓住机遇，积极面对挑战，就有可能在未来的竞争中处于有利的地位，解决好经济发展和保护生态环境的难题。
参考文献：
[1]曾向潮.有机合成实验的绿色化学探索[J].化学试剂，2011，33（9）.
[2]陈振明，刘金华，陶军华.生物催化在绿色化学和新药开发中的应用[J].化学进展，2007，19（12）.
[3]刘尚钟，王敏，陈馥衡.拟除虫菊酯类农药的研究和展望[J].农药，2004（7）.
[4]陈庆，崔彪.全淀粉生物降解塑料技术研究现状[J].塑料工业，2010（增刊）.
【关键词】绿色化学；有机合成；设计；应用
前言：
众所周知，化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力方面均起着关键作用。化学科学的研究成果和化学知识的应用，创造了无数的新产品进入每个普通家庭，使我们衣食住行各方面都受益匪浅，更不用说化学药物对人们的防病祛疾、延年益寿、享受生活等方面起到的作用。但是另一方面，随着化学品的大量生产和广泛应用，给人类原本和谐的生态环境带来了严重的污染：黑臭的污水、讨厌的烟尘、难以处置的废弃物和各种各样的有毒物威胁着人们的健康，伤害了我们赖以生存的地球。
基于这种情况的日趋严重，1990年美国制定了《污染预防法案》，明确提出“污染预防”这一概念，要求杜绝污染源，并指出最好的防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物。这个法案推动了化学界为预防污染、保护环境做进一步努力。此后，人们赋予这一新鲜事物不同的名称：环境无害化学、清洁化学、原子经济学和绿色化学等等。美国环保局率先在官方文件中采用“绿色化学”这个名词。之后，1995年美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”，1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志，日本也制定了以环境无害制造技术等绿色化学为内容的“新阳光计划”，绿色化学很快成为国际化学科学的前沿。面对国际上兴起的绿色化学与清洁生产技术浪潮，在我国有关部门和机构也开展了相应的行动。1995年中国科学院化学部组织的《绿色化学与技术》推进化工生产可持续发展的途径，院士咨询活动，结合国内情况，提出了发展绿色化学与技术、消灭和减少环境污染源的7条建议。1997年由国家自然科学基金委和中国石油化工总公司联合资助的“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”正式启动，同年，为迎接新世纪挑战的需要而制定的“国家重点基础研究发展规划”，亦将绿色化学的基础研究项目作为支持的重要方向之一。此外，我国已成立了两家专门致力于绿色化学与技术的研究中心，召开了5次专题研讨会，许多高校开设了绿色化学课程，《绿色化学与化工》和《绿色化学导论》已经出版。
1绿色化学的概念
绿色化学（GreenChemistry）又称为环境友好化学（EnvironmentallyBenignChemistry），是近几十年来国际化学界提出的一个新概念，它的核心理念是：在化学反应过程和化工生产过程中不使用或减少使用有害物质，减少或消除有害产物的生成，从源头上消除化学、化工生产对环境和人类健康的负面影响。如今绿色化学的理念已经被全世界化学工作者所认同，提倡按照绿色化学要求的各项原则进行研发和应用，将会对生态环境和人们的生活质量的提高产生深远的影响。美国在1996年设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出贡献的企业和科学家。绿色化学遵循的原则有12条：①从源头上防止污染，而不是在最后治理污染；②合成方法应具有原子经济性，即尽量使参加反应的原子都进入最终产物；③在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒害的物质；④设计具有高使用效益低环境毒性的化学产品；⑤尽量不用溶剂等辅助物质，必须使用时要用无害的溶剂；⑥反应条件温和，能耗要最低；⑦尽量采用可再生原料，用生物质原料代替石油和煤等矿物原料；⑧尽量减少副产物；⑨使用高选择性的催化剂；⑩化学产品在使用完后应能降解成无害的物质，并且能进入生态系统循环；发展适时分析技术以便监控有害物质；减少发生意外事故的风险。凡是能够符合以上原则中的一条或几条的化学反应和化工生产工艺都可称之为绿色化学。
2 绿色化学的概念在有机合成设计中的应用
2.1 有机合成中的原子经济性
原子经济性的概念是1991年由Trost首先提出的，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成产物（也即原子的利率：原子的利用率=预期产物的相对分子质量/所反应物的相对分子质量@100%）。Trost认为，合成效率是合成化学方法研究的焦点。合成效率包括两个方面：原子经济性和选择性（化学、区域、对映性和非对映体选择性）。一个有效的合成反应不但要有高度的选择，而且要具备较好的原子经济性，尽可能充分利用原料分子中的原子。环氧乙烷是生产聚氨酯类产品的重要原料，传统方法以乙烯、氯气和氢氧化钙反应制得，原子利用率仅为25%，但改用乙烯在銀催化剂存在下进行氧气氧化的反应，原子经济性就表现出来了，其原子利用率高达100%.
2.2 绿色溶剂的采用
有机合成一般避免用水作反应介质，但因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。而且水溶剂特有的疏水效应对一些重要的有机转化是十分有效的。Breslow发现，环戊二烯与甲基乙烯酮的环加成反应在水中较之异辛烷为溶剂的反应快700倍。随后，Grieco在水相环加成方面也作了许多开创性的工作，结果发现水相中的反应比有机溶剂中的反应产率高。
2.3 选用绿色催化剂
缩酮目前的合成大都采用HCl催化，若用SnCl4/NaHSO4催化，则可以减少酸催化剂带来的污染，并且还提高了产率
2.4 绿色合成原料的采用
在有机合成设计中，为了达到环境友善的目的，采用绿色合成原料可以在化学反应的源头预防、控制污染的产生。碳酸二甲酯（DMC）是一种新型的绿色化学原料，其毒性远远小于目前使用的光气。DMC不仅可以取代光气等有害有毒的化学物质作羰基化剂，还可以利用其独特的性质来制备许多衍生物。DMC的传统光气制法有许多缺点，比如有毒气体泄露的危险和产品中残余的氯难以除去而影响使用等。新的改进方法为：
甲醇氧化羰基化
2.5 实现少排放、零排放
实现清洁生产是绿色化学与有机合成设计相结合的最终目的，如果暂且尚无条件使用绿色原料就应该采用循环工艺，尽可能地减少废料排放。
工业上把苯磺酸钠的生产和酸化操作结合起来，碱熔时的副产物Na2SO3可用来中和苯磺酸，中和时放出的SO2就用来酸化苯酚钠。
3绿色化学的前景展望
绿色化学是实现污染预防最基本和最重要的科学手段，其目的是实现污染物排放低、资源和能源消耗少的化学反应和生产工艺。绿色化学的理念会给企业带来更好的经济效益，减少生态环境承载的压力，尽可能降低对人们身体健康的危害。因此绿色化学的发展会受到政府、企业、群众的欢迎。基于绿色化学的社会效益和经济效益，绿色化学领域的研究将会成为高校、科研机构、高技术企业的重要研究方向；另一方面，要赶超发达国家的技术水平，政府也会逐渐增加投入。
结语
绿色化学理念的提出对化学与化工行业来说既是挑战又是机遇，任何国家或企业如果抓住机遇，积极面对挑战，就有可能在未来的竞争中处于有利的地位，解决好经济发展和保护生态环境的难题。
参考文献：
[1]曾向潮.有机合成实验的绿色化学探索[J].化学试剂，2011，33（9）.
[2]陈振明，刘金华，陶军华.生物催化在绿色化学和新药开发中的应用[J].化学进展，2007，19（12）.
[3]刘尚钟，王敏，陈馥衡.拟除虫菊酯类农药的研究和展望[J].农药，2004（7）.
[4]陈庆，崔彪.全淀粉生物降解塑料技术研究现状[J].塑料工业，2010（增刊）.