綠色化學與有機合成化學

1、綠色化學與有機合成化學眾所周知，有機化學特別是有機合成化學是一門進展得比較完備的學科。在人類文明史上，它對提高人類的生活質量作出了巨大的奉獻然而，不行否認，“傳統(tǒng)”的合成化學方法以及依其建立起來的“傳統(tǒng)”合成化學工業(yè)，對整個人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境造成了嚴峻的污染和破壞。以往解決問題的主要手段是治理、停產、甚至關閉，人們?yōu)橹蔚摹爸卫砦廴尽辈煌摹熬G色化學”的概念，即如何從源頭上削減、甚至消退污染的產生。通過爭辯和改進化學化工過程及相應的工藝技術，從根本上降低、以至消退副產品或廢棄物的生成，從而到達保護和改善環(huán)境的目的“綠色化學”的目標要求任何一個化學的活動，包括使用的化學原料、化學和化工過程、以

2、及最終的產晶，對人類的安康和環(huán)境都應當是友好的。因而，綠色化學的爭辯成果對解決環(huán)境問題是有根本意義的。目標、根本原理和爭辯領域等已經邁步明確，初步形成了一個多學科穿插的的爭辯領域。具體來說，綠色化學的根本原理可以有以下幾個方面：1)防止污染的產生優(yōu)于治理產生的污染；2)原子經濟性；3)只要可行，應盡量承受毒性小的化學合成路線：4)更安)應盡可能避開使用關心物質應考慮到能源消耗對環(huán)境和經濟的影響，并應盡量少地使用能源；7)原料應是可再生的，而非將耗竭的；8)盡量避開不必要的衍生化步驟；催化性試劑(有盡可能好的選擇性)優(yōu)于當量性試劑；10)化工產品在完成其使命后，不應殘留在環(huán)境中，而應能降解為無害

3、的物質：11)分析方法必需進一步進展，以使在有害物質生成前能夠進展即時的和在線跟蹤及把握：12)在化學轉換過程中，所選用的1995年美國設立了總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎，旨在嘉獎在制造性地爭辯、開發(fā)和應用綠色化學根本原理方面獲得出色成就的個人、集體或組織。共有五個獎項：學術獎(AcademicAward)、中小企業(yè)獎(SmallBusinessAward)、合成路線獎(AlternativeSyntheticPathwaysAward)、工藝獎(AlternativeSolventReactionConditionsAward)和安全化學品設計獎(DesigningSaferChemicalsAwar

4、d)。從設立的獎項和歷屆獲獎的爭辯成果也可以大致了解綠色化學所涵蓋的范圍。從根本上說，綠色化學是要求化學家從一個嶄的角度來打量“傳統(tǒng)”的化學爭辯和化工過程，并以“與環(huán)境友好”為根底和動身點提出的化學問題，制造出的化工技術。這里，僅就作者比較生疏的綠色化學中的有機合成方面的問題提出看法，供大家參考和爭辯。二、以綠色化學的原理打量和進展有機合成方法學原子經濟性1991年，有名化學家BMTrost提出以“原于經濟性”的觀念來評估化學反響的效率，也就是，要考察有多少反響物分子進入到最終的產物分子。抱負的“原子經濟性” 100子經濟性”的觀念是綠色化學的根本原理之一。傳統(tǒng)的有機合成化學比較重視反響產物W

5、ittig成烯反響是一個應用格外和重視。但是，經過多年的實踐，很多化學家，包括一些企業(yè)界的人士都生疏到“原子戰(zhàn)獎學術獎。子經濟性”的有機合成反響還不多見。實現(xiàn)“原子經濟性”的目標是一個長的過程。科學工作者應當自覺地用“原子經濟性”的原則去打量已有的有機合成反響，井努力開發(fā)符合“原子經濟性”原則的反響。進展高選擇性、高效的催化劑效的催化反響更符合綠色化學的根本要求。催化的不對稱合成反響獲得單一手性分子的方法中，外消旋體的拆分是一個重要的途徑。但是，抱負的產率也原子經濟性是很差的。因此，對于合成單一的手性分子，催化的不對稱合成反響應當是首選的，也是最重要的。催化的不對稱反響是有機合成化學爭辯的熱點

6、和前沿，也是有2022年的諾貝爾化學獎授予了 Knowles，Noyori 和Sharpless應重視以下兩個方面。應重視觀念、技術、方法和型手性催化劑的爭辯和應用例如，外消旋體的動半異構體只能作為副產品廢棄掉，造成低的原子經濟性近年來，報道了動態(tài)動力學拆分的方法”，即在反響體系中參加另一種催化劑，可以催化異構化反響，這樣，單一光其他還比方，不對稱活化(毒化)、不對稱放大、去對稱化反響等的觀念、方法和技術都是需要深入爭辯和進展的至于型手性催化劑的研制，更需要重視具有我國特色的型手性配體和相應的手性催化劑的爭辯和開發(fā)。和反復的試驗來篩選和覺察優(yōu)良的手性配體、手性催化劑，以及型的不對稱反響，因此，

7、其進展的方向應當是更多地留意總結規(guī)律，加強理論的爭辯和指導作用。生物轉化反響雖然，對于某些生物催化劑是否會導致污染還沒有明確的定論，但是總的來看，生物轉化反響格外符合綠色化學的要求：具有高效，高選擇性和清潔反響的特點；反響產物單純，易分別純化；可避開使用貴金屬和有機溶劑；能源消耗低；可以合成一些用化學方Chi-HueyWong以在酶促反響所取得的引入矚目的Chi-HueyWong教授指出，酶促反響在化學合成工業(yè)上的應用具有很大的潛力。設計與進展適于酶促反響的的底物和利用遺傳工程轉變酶的催化性質等，都將大大有利于在制藥工業(yè)中的應用6l。我們認為，生物轉化合成反響的爭辯可集中在以下幾個方面：覺察的

8、高活性和高選擇性的酶催化劑；擴展酶促反響的適用范圍；利用生物工程技術獲得高效的酶催化劑；留意解決酶促反響工業(yè)中的問題；重視酶促反響的機理爭辯。 3簡化反響步驟，削減污染排放，開發(fā)的合成工藝重打量.這對于有機合成化學提出了的、更高的要求。cytovene的初期認為，他們所實行RocheColorado公司對原有的工藝進展了大的改進，承受從鳥嘌吟三酯(guaninetriester)動身的合成路線。與舊工藝相221166的廢氣894種不進入最終產物而能在工藝過程中循2倍。三、的或非傳統(tǒng)的“干凈”反響介質的開發(fā)利用介質；超臨界和近(或亞)臨界流體，液體水，高子液體等，還可以包括一些無溶劑的固態(tài)反響。

9、超臨界和近臨界流體有關超臨界二氧化碳作為有機反響的“干凈”介質的爭辯已有大量的報道，并已引起關 (Near-Critical W ater)的爭辯引起了重視。近臨界水有很多優(yōu)點和特點：相對來說，需要的溫度和壓力都較低；作為溶劑，對有機物的溶解性能相當于丙酮或乙醇；近臨界水的介電常數介于常態(tài)水和超臨界水之間，因此，近臨界水足以既能溶解鹽，又能溶解有機化合物：水與產物易分別，用于分別純化的消耗很小。在近臨界水中進展的有機反響也有一些值得留意(ionizationconstant)，對于某些需要酸催化或堿催化的反響，近臨界水也可催化反響，而不必另加催化劑例如，在近臨界水2AlCl3，或其Aldol縮

10、合反響、氧化反響等的爭辯結果。近臨界水的應用更適合于小規(guī)模、高附加值的化工過程。對于“干凈”的反響介質，近臨界水中的有機反響爭辯是一個值得留意的課題。以水為介質的有機反響有機合成化學中開拓出一個的爭辯領域。2022年美國總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎學術獎授予了李朝軍教授也說明水相有機反響的爭辯正在受到越來越多的關注。水相有機反響的爭辯己涉及多個反響類型，如：周環(huán)反響；親核加成和取代反響；金屬Lewis酸和過渡金屬試劑催化的有機反響，包括聚合反響；氧化和復原LewC-C鍵反響的應用：金屬參與的，特別是金屬銦參與的水相Grig水對反響的特別作用，以及相關的理論問題；爭辯有機金屬試劑或Lewis酸催化的水相反

11、響，特別是相應的水相不對稱反響：探究將水相有機反響和生物轉化反響相結合的合成方法；實現(xiàn)水相中的“原子經濟性”反響：加強對水相有機反響工業(yè)應用中根本問題的爭辯。離于液體的應用高子液體(ionicliquid)是指室溫或低溫下為液體的鹽，由含氮、磷有機陽離子和大的無(如；BF4，PF6等)組成。離子液體對有機、金屬有機、無機化合物有很好的子液體在作為與環(huán)境友好的“干凈”溶劑方面有很大的潛力。離子液體兼有極性和非極性有機溶劑的溶解性能，溶解在離子液體中的催化劑，同時具有均相和非均相催化劑的優(yōu)點，催化反響有高的反響速度和高的選擇性。因此，以離子液體為溶劑的有機反響也表現(xiàn)出很多特點，井有可能在工業(yè)生產中

12、得到應用。例如，在96，催化劑還能重復使用。某Lewis酸性，可以不另加催化劑就能催化反響。已報道的離子液體中鍵的偶聯(lián)反響等另外，為解決酶的固定化和其在有機溶劑中失活的問題， 用離子液體進展酶促反響是一個很好的方法。離子液體的應用正受到越來越多的重視。固然，這方面的工作還剛剛開頭，以離子液體為反響介質的優(yōu)點、適用范圍和缺乏，還要不斷地深入爭辯和挖掘。離子液體對環(huán)境和生物的影響還需要更深入的評估。四、替代有毒、有害的化學品選擇無毒、無害的化學原料這方面的工作已有很多報道，重要的有：以二氧化碳代替光氣合成異氰酸酯：催化的硝化反響，可少用或不用強酸；以二甲基碳酸酪代替硫酸二甲酯進展選擇性甲基化反響；家利用自行設計的催化劑，在過氧化氫的作用下，直接從丙烯制備環(huán)氧丙烷。整個過程只消耗烯烴、氫氣、分子氧，實現(xiàn)了高選擇性、高產率、無污染的環(huán)氧化反響，替代或(化學)有環(huán)境最友好的體系”。綠色產品無公害的替代品DDT的使用對人類生活都起到過很大的作用，但是隨著社會的進展， 它們對人類環(huán)境的危害也日漸暴躇。覺察和開發(fā)無公害的替代品已成當務之急。設計更安全的替代的化學產品可大大降低所合成物質的危害性，而使其對環(huán)境更加友好。這里將涉及分子構造與活性的關系、活性的作用機理、人體致毒機理等的爭辯。例如，美國(hexaf