绿色化学与有机合成

化学工业得到了飞速的发展，促进了国防、工农业、医药卫生等科学技术的进步，改善了人们的生活条件。但是，在人类物质生活不断提高和工业化高度发展的同时，大量排放的工业和生活污染物却反过来使人类的生存环境迅速恶化，如酸雨出现，温室效应、臭氧层被破坏、海洋污染、淡水资源污染等。环境问题已成为21世纪国际上急待解决的之一。这就使化学家面临新的挑战，即要去发展对人类健康和环境较少危害的化学。

绿色化学又称环境无害化学、环境犮好化学、清洁化学，它具有以下四大特点：①采用无毒、无害的原料；②反应条件是无毒无害的；③反应选择性髙、副产物少；④产品对环境是友好的。

近年来，随着绿色化学的提出，有机合成的绿色化开始引起人们的重视。传统的有机合成往往存在着原料毒性大，生产过程步骤多、三废汚染严重等问题，给人类健康和环境治理带来了一系列的难题。绿色化学是对传统化学的挑战，要求高效地合成对环境无害的化学品，以满足各行业各方面的需求，同时实现“零棑放”。

要做到绿色有机合成必须从以下几个方面考虑：

1．提高原子利用率，降低排放量，减少生产对环境的影响

原子利用率是“绿色化学”的一个重要衡量指标，它表示目标产物的质量与生成物总质量之比。其理想状态是反应物中的原子全部转化为目标化合物中的原子，即原子利用率为100%。

原子利用率＝

如在反应aA＋bB＝cC＋dD中，若C为目标产品，则制备C的原子利用率为：

（其中M_C、M_D为C、D的摩尔质量）

例如，环氧乙烷是生产树脂、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%，但改用乙烯在银催化剂存在下进行氧气氧化的反应：

其原子利用率高达100%，实现了“零排放”。

2．采用绿色溶剂

在大多数有机合成中，反应介质通常采用挥发性的有机溶剂，但是这些溶剂往往对环境有不利的影响。因而，在有机合成设计时用无毒无害的物质代替挥发性有机溶剂是十分必要的，这也是绿色化学研究的重要方向。近年来，以水或超临界CO₂作为有机合成溶剂的研究取得了很大的进展。水是价廉、无毒、不危害环境，而且对一些重要的有机转化是十分有效的。超临界流体是指处于临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体状态，其密度接近于液体。其中超临界CO₂流体以其临界压力和温度适中、来源广泛、价廉无毒等诸多优点得到广泛应用。

3．采用无毒、无害、髙效的催化剂

催化剂在有机合成中的作用是非常重要。催化剂分为化学催化剂和生物催化剂两类。化学类催化剂主要是易分离、可多次使用的高效固体催化剂；生物催化剂因具有较髙的催化效率和选择性、反应条件温和、副反应少以及分离简单和产物单一等特点也越来越受到人们的关注。

4．采用绿色合成原料

在有机合成中，为了达到绿色化学的要求，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。