绿色化学 授课人：张珍明 李树安 许兴友 李金志 授课单位： 淮海工学院 化学工程学院 2017/3/20 绿色化学

§3 绿色化学的研究领域 (Green Chemistry) 3.1 设计安全和有效的目标分子 3.2 寻找安全的起始原料 §3 绿色化学的研究领域 (Green Chemistry) 3.1 设计安全和有效的目标分子 3.2 寻找安全的起始原料 3.3 寻找安全的合成工艺 3.4 寻找安全的新的转化方法 3.5 寻找安全的新的反应条件 2017/3/20 绿色化学

目标分子的安全性应该要优先考虑，同时此目标分子也应该是有效的。 3.1 设计安全有效的目标分子 目标分子的安全性应该要优先考虑，同时此目标分子也应该是有效的。

设计安全有效的目标产物 包括两个方面： 设计新的安全和有效的分子 设计新的安全和有效的分子替代已存在但不友好的分子。 2017/3/20 绿色化学

设计有效的目标分子的行动

新分子设计方法 : 发现目标分子的传统方法： 反复试验 理论作指导 实际需要 合成 试验 合成 试验 借助安全分析报告设计 实际需要 合成

设计安全和有效的目标分子 工作台+计算机+通风橱 厨房

3.2 寻求新的起始原料

3.2.1 寻求新的起始原料替代目前 正在使用的有害和有毒的原料 3.2.1.1 用二氧化碳替代光气合成聚氨酯 3.2.1.2 根除氢氰酸的使用 3.2.1.3 新的安全的起始原料合成己二酸

3.2.1.1 异氰酸酯的合成 异丙酸酯最先是由光气和胺的反应合成，之后使用异丙酸酯来制备聚氨酯。 RNH2 + COCl2 RNCO + 2HCl RNHCO2R1 2017/3/20 绿色化学

在反应中光气究竟提供了 哪种官能团？ 提供 -CO 基团 哪种化合物可以被用来替代光气？ 2017/3/20 绿色化学

二氧化碳在制备异丙酸酯时被用来代替光气(提供羰基基团) 绿色新途径 二氧化碳在制备异丙酸酯时被用来代替光气(提供羰基基团) 光气的功能:提供-CO 基团 RNH2 + CO2 RNCO + H2O RNHCO2R1 2017/3/20 绿色化学

C6H5N(H)CO2H 使用二氧化碳合成异氰酸酯 苯胺 C6H5NH2 + CO2 –H2O C6H5N=C=O 2017/3/20 绿色化学

碳酸二甲酯的合成方法 传统方法 新的绿色方法 2CH3OH + COCl2 CH3OOCOOCH3 + 2HCl 新的绿色方法 按照化学 催化剂 2CH3OH + CO + ½ O2 CH3OOCOOCH3 + H2O 2CH3OH + CO + ½ O2 热力学、催化剂、反应条件：温度/压力 2CH3OH + CO2 ? CH3OOCOOCH3 + H2O 2017/3/20 绿色化学

3.2.1.2 根除氢氰酸的使用 2017/3/20 绿色化学

HCN被广泛用于以下产品的合成中： 己二腈（Hexane dinitrile); 甲基丙烯酸系列 （Series of methylpropenoic acid); 一系列化学中间体像螯合剂（ chelator / chelating agent），蛋氨酸 （methionine) 2017/3/20 绿色化学

（sodium iminodi-acetate） 传统方法： 包括两步： 2017/3/20 绿色化学

用一种新的起始原料：二乙醇胺(diethanolamine) 新的绿色方法： 用一种新的起始原料：二乙醇胺(diethanolamine) HOCH2CH2NHCH2CH2OH 铜基催化剂 2017/3/20 绿色化学

B.替代 HCN新的绿色方法 合成己二酸 （adipic acid /hexanedioic acid) 己二胺 （hexamethylene diamine) 2017/3/20 绿色化学

传统方法

绿色方法: 用环已烷氧化 氧化 （已二酸) 丁二烯的氢甲酰化

合成苯乙酸 传统方法 新的绿色方法 2017/3/20 绿色化学

用苯乙烷与氧气为原料能合成苯乙酸吗？ 为什么不能？ 2017/3/20 绿色化学

3.2.1.3 新的安全的 起始原料合成己二酸 腈纶66是一种重要的合成纤维。生产腈纶的原料——己二酸一直使用有致癌作用的苯为起始原料制备，制备过程中还产生了有毒的中间体苯酚及废气氮氧化物。 2017/3/20 绿色化学

传统方法 能说说传统方法的缺点吗？ 2017/3/20 绿色化学

传统方法的缺点是什么？ 光化学迷雾 起始原料使用对人体有害的苯； 使用重金属钴作催化剂； 释放的氮氧化物有多重危害； Depletion of ozone（消耗臭氧） 酸雨 2017/3/20 绿色化学

绿色方法一： 排除有危害的溶剂苯的使用，过氧化氢的腐蚀性比硝酸小，没有污染物产生。 2017/3/20 绿色化学

采用生物合成技术，以来自于生物资源的葡萄糖为原料，用遗传工程获得的微生物为催化剂，成功地合成了己二酸。这项新技术革除了大量有毒的苯，且技术上、经济上都完全可行，是绿色化学的一个范例。

3.2.2 可持续起始原料的使用： 150年前，工业有机化学品都采自从植物得来的生物质能。 2017/3/20 绿色化学

3.2.2.1 可持续起始原料的使用 起始物质生物质能 煤 石油 天然气 煤 生物质能可再生，所以作为能量和 工业革命 起始物质生物质能 煤 石油 天然气 煤 生物质能可再生，所以作为能量和 起始原料使用，当今又获得很大的关注。 生物质能是太阳能的一种形式。 2017/3/20 绿色化学

安全能源 石油: 30-50 年 天然气: 50-100 年 煤: 200-400 年

石油 40年 天然气 5 0 年 煤 碳 240年

3.2.2.2 新能源主要包含： 太阳能 核能 海洋能 风能 地热能 水能 生物质能等几种形式。 2017/3/20 绿色化学

3.2.2.3 生物质能 生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。 它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。 2017/3/20 绿色化学

太阳能 风能 生物质能

地热能 波浪能

氢能的开发与利用 氢能的特点： 1、是自然界存在最普遍的元素 2、发热值高 3、氢燃烧性能好，点燃快 4、氢本身无毒 5、氢能利用形式 6、理想的清洁能源之一 ……

动力未来 氢能量转折

3.3 试剂绿色化 以相对更加安全、无毒的试剂代替传统的有害化学品作为化学反应的试剂，或者采用不含有毒试剂的新方法、新工艺，就是试剂的绿色化。

3.3.1 固体溴化试剂 用溴(Br2)与苯酚、苯胺反应制备对位的一溴代物，不仅反应产物不易控制，条件要求较多，甚至要采用绕道而行的间接办法，而且Br2试剂(液溴或溴水)有毒、易挥发，不便准确量取。 但是，使用新型的固体溴化剂四丁基三溴化铵(TBABr3),则一切问题可迎刃而解，其还具有可回收再利用的特点。因此，四丁基三溴化铵作为一种稳定的固体溴化剂，不失为一种绿色化试剂。

3.3.2 安全的酰基化试剂 光气(COCl2)是氨基甲酸酯类农药合成中的重要试剂，但其有剧毒(曾被用作气态的化学武器)，在储藏、运输和使用中非常危险。庆幸的是，目前已有了其代用品——液态的氯甲酸三氯甲酯(又名双光气，BTC)。

3.3.3 绿色的氧化剂 3.3.3.1 烯烃臭氧化反应的应用 臭氧作为一种氧化剂，从绿色化学的观点出发，是反应试剂的绿色化。因为其不会像重铬酸钾 (K2CrO7)一样产生含铬(Cr)废水而带来环境污染，故被用于香料洋茉莉醛合成工艺的改进。

3.3.3.2 过氧化氢的应用 过氧化氢(H2O2)是一种绿色的氧化剂，因为其被还原后生成无害的水。因此，其应用越来越受到重视，如应用于制备有机合成中间体2(5H)-呋喃酮，也可应用于氧化环己烯，代替硝酸合成己二酸。

3.3.3.3 特殊的氧化剂、还原剂--有机电合成 电化学反应用的氧化剂或还原剂是电子，一般无需使用危险或有毒的试剂；电合成过程易实现自动、连续，电解槽容易密闭，电解通常在常温、常压下进行。电合成基本上可以说是无公害工艺，在洁净合成中具有独特的魅力，使其成为绿色化学中有机合成洁净技术的重要组成部分。

3.4 产品绿色化 3.4.1 染料的绿色化 合成染料由于结构复杂、品种繁多、化学稳定性高、生物可降解性低，故成为重要的环境污染物。

3.4.2 生物降解高分子的合成与利用 生物降解塑料是指可在细菌、霉菌、藻类等自然界微生物作用下完全分解为CO2和H2O的塑料。因此，对完全可生物降解材料的合成与研制，成为当今化学、材料等领域的研究热点，如人工合成的生物降解高分子聚乳糖(PLA)。

聚乳糖合成与降解循环示意图

3.4.3 其他的产品绿色化的实例 氟铃脲 双苯酰肼 1998 2000 总统挑战奖

3.5 反应条件温和化 化学反应经常在一定温度、压力(能量)下进行，且需要溶剂、催化剂等辅剂。因此，一般的化工生产通常都在高温、高压、溶剂、催化剂等条件下进行。这些情况往往会对环境造成很大污染，高温、高压甚至带来一定的操作危险。因此，追求条件温和化，即常温常压下尽可能无溶剂、催化剂的反应，对环境是友好的。

3.5.1 化学辅助性物质 事实上，在化学品的生产、加工和使用过程中，每一步都会用到辅助性物质。辅助性物质可以被定义为：使用这些物质有助于一个化学品或一些化学品能顺利地进行转化，但其自身却不是这些化学品分子的组成部分。 例如：溶剂，催化剂，分散剂， 大多溶剂都有一定的毒性，常用的有：二氯甲烷，氯仿，四氯化碳。

3.5.2 无溶剂固相合成 从理论上讲，无溶剂固相合成是利用物理中的机械能(或摩擦方法)，其具体做法是：将粉末状反应物混合均匀，在玛瑙研钵处理后放置反应，必要时增加机械振动或研磨反应混合物的次数，也可辅之以微波加热。可见，无溶剂固相合成法不仅节约溶剂，减少能耗，而且提高了反应的空间效率，故在工业合成中前景广阔。 采用无溶剂反应产率为97％，而用氯仿溶剂产率为46％

3.6 溶剂绿色化 对于一些必须使用溶剂等化学辅助性物质的反应，人们也在溶剂绿色化方面进行了努力，开发出水相合成法、氟相合成法以及使用超临界流体、离子液体等绿色溶剂进行有合成。

3.6.1 水相合成法 以水相作为溶剂的有机合成方法，就是水相合成法。 水相合成法的出现不但大大简化了实验条件，安全价廉，某些反应兼有快速、选择强的有点。

3.6.2 氟相合成法 1993年，一位华人科学家在Synthesis杂志上首次系统地把全氟烷烃和全氟三烷基胺作为惰性溶剂应用于有机合成反应中。1994年，国外学者在Science杂志上第一次提出了氟两相体系的概念。 氟气是一种高毒性的淡黄色气体，熔点-219度，沸点为-188.1度，在液态有特殊气味，在许多方面，其物理性质和氩相似。

氯原子数不显示，如果含有溴则加B和原子数 如果是环状化合物则在前面加C。例如： 氟化合物的命名 系统命名 习惯命名： 碳原子数-1；氢原子数+1；氟原子数不变 氯原子数不显示，如果含有溴则加B和原子数 如果是环状化合物则在前面加C。例如： C2Cl4F2 (112); 四氯二氟乙烷 CCl3F(11)：三氯一氟甲烷 C4F8 (C318); 全氟环丁烷 CBr2F2 (12B2) :二氟二溴甲烷

(一)全氟烷烃、全氟溶剂与氟两相体系 1.全氟烷烃 质量全氟烷烃的分子骨架是一条锯齿碳链，四周被氟原子严密包围。这种空间屏障，使全氟烷烃的碳链受到周围氟原子的良好保护，即使最小的原子也难以进入。由于氟原子的特大颠覆性，使带负电的亲和试剂由于同性相斥而难以接近碳原子，很难使全氟烷烃发生化学反应。

高氟代碳链化合物的范德华作用力，比相应未被氟取代的母体化合物的要弱。更因高氟代碳链化合物几乎无氢键，所以全氟烷烃与一般烷烃的混溶性都很低。

正是全氟烷烃的这一特殊结构，使得全氟烷烃具有如下特点：高密度、无色、无毒、化学惰性、热稳定性高、阻燃性好、非极性好、有较低的分子间作用力、表面能低、有较宽的沸点范围，甚至具有生物兼容性、气体的良好溶解性。

2.全氟溶剂 全氟溶剂，也成为氟溶剂或全氟碳，是一种新兴的绿色溶剂，它是碳原子上的氢原子全部被氟原子取代的烷烃、醚和胺。常见的主要有： (1)全氟烷烃，如全氟己烷、全氟甲基环己烷、全氟甲苯和全氟庚烷等。 (2)全氟二烷基醚，如全氟2-丁基四氢呋喃等。 (3)全氟三烷基胺，如全氟三乙基胺等。

3.氟两相体系 氟两相体系是一种非水液-液两相反应体系，它由普通有机溶剂和全氟溶剂两部分组成。由于全氟溶剂是非极性介质，其在较低的温度(如室温)下与大多数普通有机溶剂(如乙醇、甲苯、丙酮和四氢呋喃等)混溶性很低，分开成两相，即氟相和有机相。

氟两相体系随着温度的升高，普通有机溶剂在全氟溶剂中的溶解度急剧上升。在某一较高的温度下，某些氟溶剂很好地互溶成但一相，为有机化学提供良好的均相条件。反应结束后，一旦温度降低，体系有恢复为两相，即含催化剂的氟相和含产物的有机相。

(二)氟代催化剂氟相合成法 氟两相体系的最大优势在于均相催化反应，使均相催化剂易于从反应体系中分离。成功进行氟两相体系中催化反应的关键，是氟代催化剂或氟代试剂的开发。

(二)氟代催化剂氟相合成法 一般含氟的均相催化剂易溶于氟溶剂相，有机反应物和产物易溶于有机相、而不溶于氟溶剂相。利用氟两相体系在较高的温度下呈均相，在室温有分成两相的特点，就能很方便地把催化剂从反应体系中分离出来，回收套用。

(三)氟相合成法应用实例 (1)酯化反应 酯化反应是一个可逆过程，平衡点转化率在2/3左右。为了是平衡向右进行，需大大过量一种反应物，或者边反应边移出产物。等摩尔的有机酸和醇反应，如果又不蒸出酯或水时，酯化反应的转化率比较低。

但是，加入全氟壬烯，在反应温度下产物乙酸酯能与它形成氟两相体系而脱离反应平衡体系，使反应平衡点右移，转化率得以大大提高。因此，以全氟壬烯作溶剂时，酯化反应能以等摩尔量的乙酸与乙醇进行，转化率为100%。

(2) 烯烃的氢甲酰化反应 烯烃氢甲酰化反应是重要的工业过程，它以烯烃、一氧化碳和氢气为原料，在钴或铑均相催化剂的作用下制备醛。

(3) 氧化反应 由于全氟烃特别不易氧化，而氧气在全氟溶剂中的溶解度很高，所以氟两相体系非常适合于氧化反应。此外，绝大多数氧化反应得到极性产物，难以溶解于全氟溶剂，因而产品的分离简单、方便。

(4)烯烃的硼氢化和烯酮的氢硅烷化反应 烯烃的硼氢化反应可以用过渡金属来催化，催化剂为铑(Rh)、钯(Pd)、钛(Ti)等的金属络合物。

(5)Diels-Alder反应 以Sc[C(SO2C8F17)3]3和Sc[F(SO2C8F17)3]3为催化剂(5mmol%)，在全氟甲基环己烷(5ml)与1,2-二氯乙烷(5ml)氟两相体系中，2,3-二甲基-1,3-丁二烯与甲基乙烯基酮在35℃反应8h，通过简单的相分离可得到乙酰基环己烯，催化剂几乎全部回收。催化剂连续套用四次，回收均在91%以上。

3.6.3 超临界流体溶剂 超临界流体是高压、低温下的气体，是通过使一些小分子(如二氧化碳、水、丙酮)在受到一定温度和压力并达到临界点后形成的。因此，这些分子具有一种被最恰当地描述为介于气态和液态之间的流体特性。 超临界流体具有可调节性，这意味着溶剂的性质可通过调节温度和压力参数而变化。

什么是超临界流体：物质的四种状态(固态、液态、气态和超临界状态)随着它的温度和压力而改变。以CO2为例，CO2在三相点(T)上,固、液、气三相共存的温度T(tr)为-56.4℃ (217K)，压力P(tr)为5.2×105Pa。CO2的蒸气压线终止于临界点C(Tc=31.3℃，Pc=73.8×105Pa，ρc=0.47 g/cm3)。超过临界点以上，液气两相的界面消失，成为超临界流体(SF)。SF的扩散系数(～10-4cm2/s)比一般液体的扩散系数(～10-5cm2/s)高一个数量级，而它的粘度(～10-4N s/m2)要低于一般液体(～10-3Ns/m2)一个数量级。

超临界流体是温度和压力同时高于临界值的流体，亦即压缩到具有接近液体密度的气体。超临界流体的密度和溶剂化能力接近液体，粘度和扩散系数接近气体，在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体的性质。

一、超临界萃取的技术原理 超临界CO2流体萃取（SFE, supercritical fluid extraction）分离原理:是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。

当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

二、超临界萃取的特点 1、超临界萃取可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的有效成分，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来；

二、超临界萃取的特点 2、使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100%的纯天然性；

二、超临界萃取的特点 3、萃取和分离合二为一，当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取的效率高而且能耗较少，提高了生产效率也降低了费用成本；

4、CO2是一种不活泼的气体，萃取过程中不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒、安全性非常好；

二、超临界萃取的特点 6、压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，通过改变温度和压力达到萃取的目的，压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来；反之，将温度固定，通过降低压力使萃取物分离，因此工艺简单容易掌握，而且萃取的速度快。

三、超临界CO2萃取技术的应用 超临界CO2萃取的特点决定了其应用范围 十分广阔。如在医药工业中，可用于中草药有效成份的提取，热敏性生物制品药物的精制，及脂质类混合物的分离；在食品工业中，啤酒花的提取，色素的提取等；在香料工业中，天然及合成香料的精制；化学工业中混合物的分离等。具体应用可以分为以下几个方面：

三、超临界CO2萃取技术的应用 1、从药用植物中萃取生物活性分子，生物碱萃取和分离； 2、来自不同微生物的类脂脂类，或用于类脂脂类回收，或从配糖和蛋白质中去除类脂脂类； 3、从多种植物中萃取抗癌物质，特别是从红豆杉树皮和枝叶中获得紫杉醇防治癌症； 4、维生素，主要是维生素E的萃取；

三、超临界CO2萃取技术的应用 5、对各种活性物质（天然的或合成的）进行提纯，除去不需要分子（比如从蔬菜提取物中除掉杀虫剂）或“渣物”以获得提纯产品； 6、对各种天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，如 蜂胶 、罗勒、串红、百里香、蒜、洋葱、春黄菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。

四、离子液体溶剂 室温离子液体是指在室温或附近温度下成液态，通常由体积较大的有机阳离子和无机酸根离子构成的盐，也称低温熔融盐。

(一)离子液体的优点 离子液体在化学反应中可以作为溶剂，对一些反应又兼有催化功能。与传统有机溶剂以及水、超临界流体等化学反应的溶剂相比，离子液体在以下几方面表现出其突出的优势。

(一)离子液体的优点 (1)离子液体是许多有机物、无机物、高分子材料及金属配合物的优良溶剂，而且多数可以任意比例均相混合，即溶解度相对于传统溶剂而言大得多。

(一)离子液体的优点 (2)离子液体通常由难与其他化合物配位的离子构成，因此它们可以是高极性而不产生配位作用的溶剂。一些离子液体不溶于水，也可用作与水难溶的极性相。

(一)离子液体的优点 (3)离子液体与非极性有机溶剂(如甲苯、乙醚等)不溶，因而可为两相体系提供一种非水的、极性的替代物，可以通过选择能溶解催化剂但不和反应物及产物混溶的离子液体来实现液液两相催化反应，使催化剂与体系分离后能重复使用，与传统溶剂相比，大大降低了反应成本。

(一)离子液体的优点 (4)离子液体的沸点通常在300℃左右。 (5)离子液体可在较宽的温度范围内以液态的形式存在，具有较高的热稳定性。 (6)离子液体的物理、化学性质可以通过选择适宜的阴离子、阳离子的组合在很广的范围内改变，因此又称离子液体为“设计者溶剂”。

(一)离子液体的优点 (7)离子液体能够溶解一些气体(如H2、CO和O2等)，作为催化加氢、羟基化、氢甲酰化等反应的溶剂具有很大的潜力，能避免使用对环境造成污染的传统溶剂。

(二)离子液体在化学反应中的应用 1.催化加氢反应 对C=C的加氢反应，研究最多的是用过渡金属配合物作为催化剂的均相反应体系。由于离子液体溶剂能有溶解部分过渡金属，所以起到了溶剂和共催化剂的双重作用。与水和其他普通有机溶剂相比，离子液体在简单的烯烃、二烯烃及芳烃等物质的加氢反应中表现出很大的优势，如产物易分离，溶剂、催化剂可回收利用等。

2.酯化反应 以乙酸与乙醇等的酯化为例，用氯化丁基嘧啶/AlCl3离子液体作为反应介质和催化剂，可实现清洁化酯化反应工艺。与一般浓硫酸催化的酯化反应结果相比，离子液体溶剂具有与产物极易分离、能重复使用、不污染环境等优点；且作为催化剂，其活性高，酯化反应速度快，反应温度相对较低时即可活度较高的转化率。

第七节 催化剂绿色化 催化是化学反应、化学工业的常用手段，催化剂也是化学辅助性物质之一。 以清洁生产为目的的绿色催化工艺及催化剂的开发，已成为21世纪的特点。因为只有采用这种工艺及新催化剂，才能实现科技创新与绿色环保相结合，才能带来企业的高效益和社会高效益的同步增长。催化剂的绿色化，一方面表现为使用更友好的化学催化剂；另一方面，体现在与生物技术的结合，即生物催化。

一、更友好的化学催化剂 Friedel-Crafts反应中三氯化铝的替代 1.异相催化剂替代 在付式酰基化反应中，常用的催化剂是易水解产生对环境有害的酸性富铝废物及蒸气的无水三氯化铝(AlCl3)。为克服其带来的环境污染，化学家们成功地研制出无毒的异相催化剂Envirocat EPZG。用Envirocat EPZG催化剂取代传统的AlCl3，催化剂用量减少为原来的十分之一，废弃物HCl的排放量减少了四分之三。类似地，用AlCl3催化的付式烷基化反应，可改用活性氧化铁作催化剂。

2.光化学反应替代 3.氟相催化剂替代 4.离子液体替代

二、生物催化(生物化工) 生物催化即利用酶或微生物等生物材料催化某种化学反应，其相应的工业化生产被成为生物化工。

(一)微生物生产丙烯酰胺 丙烯酰胺的工业生产历经硫酸催化法、铜系催化剂催化法、生物酶催化法三代技术。微生物法的核心就是一微生物产生的腈水合酶(Nitrile Hydratase)为催化剂。腈水合酶是将腈化合物直接转化为酰胺的一类酶，在植物和微生物中广泛存在 。 与化学法相比，微生物法省去了丙烯腈回收和铜的分离工序，反应在常温、常压下进行，降低了能耗，提高了生产安全性，丙烯腈的转化率可达99.9%，产品纯度高，不造成环境污染，且生产经济性高。

(二)微生物法生产烟酰胺 (三)微生物法生产D-泛酸 (四)微生物法生产L-苯丙氨酸

第八节 能量绿色化 目前，人类使用的能源(包括化学、化工中使用的能源)主要是煤、石油、天然气等矿物能源(化石能源)，它们已开采使用了近百年。矿物质属于不可再生能源，估计再有三四十年，人类就会面临能源枯竭的局面。

一、阳光直接应用于化学反应或工业 烯烃上链接吸电子取代基时，烯烃往往不易与卤素发生亲电加成。但肉桂酸可作为迈克尔受体，在阳光引发下与溴进行自由基型的加成反应，产物可以应用与消除反应合成苯炔酸类有机合成中间体。

二、与化学化工等相关的各种未来能源 人类利用的大多数可再生能源，归根到底都是来自太阳，因此建立在可再生资源基础上的能源效益型经济，被概称为太阳能经济。

(一)太阳能 太阳能直接转换为人们需要的能量，被认为是可持续发展的世界能源系统的基石。 1.太阳能的热利用 太阳能利用所用设备有平板式太阳能集热器、真空管集热器、箱式太阳灶具等。 2.太阳能的光利用 太阳能的光利用即是利用光电池将太阳能直接转换成电能，无储存装置，无运动部件，所以结构简单，可靠性高，使用寿命长，维护要求低。

3.太阳能的光化学利用 4.太阳能发电 (二)水能 水能具有成本低、设备简单的特点，并且还可以与灌溉、航运、渔业、防洪等事业相结合而达到综合利用的目的。 (三)风能 在可再生能源中，风能提供的电力仅次于水电。目前，前景良好，国际上已在风轮机设计制造技术、功率储存技术方面展开激励竞争。

(四)地热能 地热资源在地球上的分布相当广泛，但很不均匀。地热资源按利用特点，分为低焓(30~150℃)和高焓(150℃以上)两类；按本身特性，可分为四类，即地热水(蒸汽)、地压、周围没液体的的热干岩、岩浆。

(五)生物质能源 生物质(Biomass)是指绿色植物通过光和作用直接产生或间接衍生的所有物质，一般以木柴、柴草、农业废弃物或牲畜粪便等形式燃烧。生物质能源是指生物质转化产生的能量，是清洁而廉价的可再生能源，也是全世界能源开发的重点。

(六)海洋能 海洋是一个巨大的能源宝库，大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差能、盐度差能等的储存量高达天文数字。 我国的海洋能还处于起步阶段，以潮汐发电为主。其中，温州江夏电站年发电量为17000MW.h，为世界第二潮汐发电站

第九节 过程绿色化 为了向绿色化学努力，除前面的各个细节外，就整个化学、化工过程而言，过程绿色化与在线检测也很重要。所谓的过程绿色化，主要从两方面理解。 (1)对于某些化学、化工过程必须用到而且无法回避的化学品，尽可能地循环利用而提高化学物质的利用率，减少污染，乃至实现零排放，这就是过程循环化。

(2)对某些连续的化学、化工过程，如果可以减少中间体的处理，必然可以减少污染，并提高效率，这在有机合成中典型地体现为一锅合成法、串联反应等。

一、过程循环化 工业上生产硫酸、硝酸(HNO3)等的工厂中，尾气的吸收与循环利用，就是典型的过程循环化实例。 (一)过氧化氢的乙基蒽醌法循环生产 (二）21世纪的绿色纤维

二、 一锅合成法与串连反应 分步进行化学反应产率低，选择性差，废物多，造成环境污染，而一锅反应则不再分离许多中间产物，将某些多步反应置于一锅。作为一种高效率的合成方法，一锅合成法已经广泛应用。

三 多组分反应（MCR)

第十节 在线检测=保护 与过程绿色化类似，“在线检测=保护”也是一个从整体出发的绿色化学观念，它有两方面的含义。 第十节 在线检测=保护 与过程绿色化类似，“在线检测=保护”也是一个从整体出发的绿色化学观念，它有两方面的含义。 (1)利用在线分析化学跟踪反应过程，以测定反应是否已完成。在许多情况下，化学过程需要不断地加入试剂直到反应完全为止。 (2)一切环境保护战略，均应立足于真是的危险阈值以及在某有害物质的存在量远未达到该阈值之前，就将其检出来。