[工学]绿色化学工艺——基本原理2.pptVIP

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 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”。 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”。。 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 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 绿色化学工艺——基本原理 Wittig1979年获诺贝尔化学奖 反应过程 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 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） × 100 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（Atom Economy) 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 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1 A + B C + D 反应2 E + F C 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。 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％ 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（Rearrangement Reaction） 将组成分子的原子进行重组，例如Claisen重排 绿色化学工艺——基本原理 B.加成反应（Addition Reaction) 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 绿色化学工艺——基本