绿色化学理论与应用PDF电子书下载

1 引言 1

1.1 化学和环境的现状 1

1.2 环境运动的演变过程 3

1.2.1 大众的觉醒 3

1.2.2 “以稀释来解决污染问题” 7

1.2.3 强制性管理废物的抑制和处理 8

1.2.4 防止污染 8

1.2.5 绿色化学 9

1.3 化学家的职责 10

2 什么是绿色化学 12

2.1 定义 12

2.2 为什么这个新的化学领域如此令人注目 14

2.3 为什么化学工作者应追求绿色化学的目标 15

2.4 创新的根源 18

2.5 局限和障碍 19

3 绿色化学的手段 22

3.1 非传统底物/起始物 22

3.2 非传统试剂 25

3.3 非传统溶剂 26

3.4 非传统产物/目标分子 27

3.5 在线分析化学 28

3.6 非传统催化剂 29

4 绿色化学的原理 30

4.1 防止废物的产生优于在其生成后再进行处理或清理 31

4.2 合成方法应被设计成能把反应过程中所用的所有材料尽可能多地转化到最终产物中 34

4.2.1 重排反应 35

4.2.2 加成反应 36

4.2.3 取代反应 36

4.2.4 消除反应 36

4.3 只要可行，合成方法应被设计成能使用和产生对人类健康和环境无毒或者毒性很低的物质 36

4.4 化工产品应被设计成既保留功效，又降低毒性 38

4.4.1 设计更安全的化工产品的含义是什么 38

4.4.2 这样的设计现在为什么可能 39

4.5 应尽量避免使用辅助性物质(如溶剂、分离剂等)，如用时应是无毒的 40

4.5.1 辅助性物质的常规使用 40

4.5.2 溶剂的利害关系 41

4.5.3 环境 41

4.5.4 超临界流体 43

4.5.5 无溶剂 43

4.5.6 水相 44

4.5.7 固定化 44

4.6 应认识到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽可能少地使用能源 45

4.6.1 化学工业中的能源使用 45

4.6.2 能源是怎样用的 46

4.6.3 为加速反应而加热 46

4.6.4 为控制反应而冷却 46

4.6.5 分离过程中能源的使用 47

4.6.6 微波 47

4.6.7 声波 47

4.6.8 优化反应要符合低的能量需求 48

4.7 只要技术和经济上可行，原料或反应底物应是可再生的而非将耗竭的 48

4.7.1 什么是可再生的原料和将耗竭的原料 48

4.7.2 可持续性 49

4.7.3 直接的环境影响 49

4.7.4 间接的环境影响 50

4.7.5 有限的资源造成经济压力 50

4.7.6 石油的政治影响 51

4.7.7 生物性原料的一些利害关系 51

4.8 应尽可能避免不必要的衍生化(阻断基团、保护/脱保护、物理/化学过程的暂时修饰) 52

4.8.1 在化学中这些不必要的过程被广泛采用 52

4.8.2 阻断基团/保护基团 52

4.8.3 形成盐等以便于处理 53

4.8.4 增加一个反应基团而最终又去掉该基团 53

4.9 催化性试剂(有尽可能好的选择性)优于化学计量试剂 54

4.10 化工产品应被设计成在完成使命后不在环境中久留并降解为无毒的产物 55

4.10.1 当今之状况 55

4.10.2 环境中的滞留 56

4.11 分析方法需进一步发展以使在有害物质形成前能够进行即时的和在线的跟踪及控制 57

4.12 在化学过程中，所用的物质和物质的形态应尽可能地减少发生化学事故的可能性，包括泄漏、爆炸及火灾 58

5 评估化学的影响 60

5.1 化学家如何评估化学产品或化学过程对人类健康和环境的影响 60

5.1.1 对人体的毒性 61

5.1.2 对野生生物的毒性 64

5.1.3 对局部环境的影响 65

5.1.4 对全球环境的影响 66

6 对原料/反应物的评估 68

6.1 原料/反应底物的来源 68

6.2 可再生的或将耗竭的资源 69

6.3 有害或无害的原料 70

6.4 原料的选择对下游合成步骤的影响 70

7 对反应类型的评估 72

7.1 有哪几种常见的反应类型 72

7.1.1 重排反应 73

7.1.2 加成反应 74

7.1.3 取代反应 76

7.1.4 消除反应 78

7.1.5 周环反应 80

7.1.6 氧化/还原反应 81

7.2 各种类型反应的基本特性 82

7.2.1 反应是否需要外加的化学试剂 83

7.2.2 反应是否一定会产生废弃物 84

8 对设计更安全化学品方法的评估 86

8.1 毒性作用途径的分析 88

8.2 结构-效能关系 89

8.3 避免引入有毒性的官能团 90

8.4 减少进入生物体的可能性 91

8.5 尽量少使用辅助性物质 92

9 绿色化学的例子 94

9.1 绿色原料的例子 94

9.1.1 多糖聚合物 94

9.1.2 从葡萄糖合成日用化学品 95

9.1.3 生物质转化成化学产品 95

9.2 绿色反应的实例 98

9.2.1 原子经济和均相催化 98

9.2.2 芳香胺的无卤合成 99

9.2.3 替代 Strecker 合成路线的绿色合成路线 100

9.3 绿色试剂的实例 102

9.3.1 异氰酸酯的非光气合成 102

9.3.2 使用碳酸二甲酯进行选择性甲基化反应 102

9.3.3 使用碳酸二苯酯进行无定形聚合物的固态聚合 103

9.3.4 用于绿色氧化反应的过渡金属络合物 104

9.3.5 液态氧化反应器 104

9.4 绿色溶剂和反应条件的实例 105

9.4.1 超临界流体 105

9.4.2 水相反应条件 108

9.4.3 固定化的溶剂 109

9.4.4 光照反应的条件 110

9.5 绿色化学产品的实例 111

9.5.1 设计有机腈的替代物 112

9.5.2 Rohm and Haas 公司的 Sea-Nine(tm)产品 113

9.5.3 Rohm and Haas 公司的杀虫剂 CONFIRM(tm) 113

9.5.4 Donlar 公司的聚天冬氨酸 114

9.5.5 Polaroid 公司的复合显影剂 115

10 绿色化学的发展趋势 119

10.1 氧化试剂和催化剂 119

10.2 仿生的多功能试剂 120

10.3 组合绿色化学 121

10.4 兼有防止和治理现存污染的化学技术 121

10.5 无溶剂反应的广泛应用 122

10.6 关注能源问题 122

10.7 非共价键衍生 123

练习题 124

参考文献 129

附录 美国总统绿色化学挑战奖一览表(1996～2001) 134