绿色化学读书笔记化学师范一班杜平金047
绿色化学读书笔记
第一章绪论：
化学是一门“核心、实用、创造性“的科学，从其诞生到今天，已经取得了巨大的成就。它的方法、它的结构以及化学反应方面的研究目前仍在主导其他学科地位；它在开发天然资源以满足人类的生活需要方面作出了巨大贡献。基于化学的产业利用天然资源制取大量的化肥、农药、农膜、塑料、钢铁、水泥等原料，并生产大量的合成纤维和橡胶等以弥补农业、林业的不足；能源的开发利用，新材料的开发利用、医药卫生等均离不开化学。可以说，人类的衣食住行用以及保持健康等无一项可以离开化学，化学在这些领域中直接或间接地发挥着它不可替代的作用。但是随着人类社会的发展，我们发现，整个人类社会正面临着严峻的挑战。
第一节：环境问题
人类在向大自然不断索取以满足自身需要的同时，也造成了严重的
环境污染。
1.全球气候变暖
全球气候变暖是大气中温室气体浓度升高引起的。这些温室气体
又是人类在寻找食物、生活用品、供热取暖等基本生活要求过程以及工业经济活动过程中排放到大气中的。
2.核冬天的威胁
目前，在北极地区已经观察到烟尘和其他气体溶胶的大透镜作用。
从核爆炸时发生对大气影响的不确知程度来看，大气中烟尘对地球的影响可能会更大。1982年，有人提出了有限的核战争所产生的烟尘会导致地球冷却的假设，这个概念被称为“核冬天”。即使是有限的局部核战争，预计也会导致引起大量的烟尘产生，并喷射到大气中，使得地球冷却，农作物在冬天会被冻死。关于气溶胶在气中停留时间以及烟尘对辐射平衡的影响目前还不清楚。
3.臭氧层破坏
距地球表面15—50KM的大气平流层集中了地球表面上90%的臭氧气体，尽管其浓度很低（从未超过10*10），但它却吸收了太阳光中对生物生长有害的、波长在295—320NM的紫外线，在太阳与地球之间形成了一道天然屏障，正是有了这道屏障，地球上的人类与其他生物才得以正常生存与繁衍。然而，由于工业的发展和人类生活方式、生活条件的改变，人类大量使用空调制冷剂、泡沫灭火剂、气雾剂、发胶、蓬松剂等化学性质稳定的氟氯烃、溴氟氯烃等化合物，这类化合物虽然在表面时性质稳定，不易燃烧，易于贮存，对人和其他生物也没有毒性，但当它们上升到平流层中后，在强烈的紫外线作用下，会由光激发而生成氯原子自由基-6
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等化学性质十分活泼的物种，这些物种会与大气平流层中的臭氧发生化学反应，使臭氧分解从而降低其在平流层中的浓度，使臭氧层遭到破坏。另一方面，汽车尾气、火力发电厂的烟气等中所含的氮氧化合物进入臭氧层后，会催化臭氧的分解反应，从而破坏臭氧层。由于人类向大气中排放的能破坏的物质增加很快，因而臭氧层的破坏已日趋严重。目前在南极上空已经形成了近万平方公里的“臭氧空洞”。
4.光化学烟雾和大气污染
大气圈从古到今一直被作为排放大量废弃物的大容器。大量的碳
氢化合物、碳氧化合物、氮氧化合物、硫氧化合物、粉尘类物质等不停地排向大气圈，直接污染大气并危及人类的生命。同时这些物质达到对流层后，在大太阳光的紫外线照射下发生一系列化学反应，大气对流层变成一个大的光化学反应容器。光化学烟雾主要是氮氧化合物与烃类物质在紫外线照射下，经过一系列复杂反应后形成的一种大气污染现象。光化学烟雾的组成十分复杂，其中不仅含有从污染源直接排放的一次污染物，而且包含有更重要的二次污染物，诸如臭氧（在臭氧层对人类起保护作用，但在地表附近就成污染）、醛类和过氧乙酰硝酸酯等。光化学烟雾通常含有高浓度的氧化剂，故又称了氧化性烟雾。
5.酸雨
酸雨是空气中的酸性气体随雨而下形成的。这些酸性气体主要来
自于交通运输、发电、家庭生活等燃烧化石燃料的过程，主要有S、N的氧化物（主要是SO2）。
6.生物多样性锐减
生物多样性锐减是地球上所有生物——植物、动物和微生物及其
他物质构成的综合体。它包括遗传的多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组成部分。
7.森林的破坏
森林是地球生命之肺，除涵养水源、防止水土流失、调节气候等
作用外，还可以吸收二氧化碳，放出氧气。
8.荒漠化
荒漠化主要是由于气候变化和人类经济活动在内的各种因素影响
所造成的干旱、半干旱和干燥、亚湿润地区的土地退化。
第二章：绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿。它吸收了当代物理、
生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，是具有明确的科学目标和明确的社会需求的新兴交叉学科。传统的环境保护方法是治理污染，或曰污染的末端治理，也就是研究已有污染物对环境的污染情况，研究治理这些已经产生了的污染物的原理和方法，是一种治标的方法。绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。实现这一目标后就不需要治理污染，因其根本不产生，是一种从源头上治理污染的方法，是一种治本的方法。故绿色化学致力于研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学品的设计、制造和使用；研究经济
技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学过程的设计和应用。简言之，绿色化学就是把化学知识、化学技术和化学方法应用于所有的化学品和化学过程，以减少直到消除对人类健康和环境有害的反应原料的使用、这类反应过程的利用、这类产物的生产和使用、这类反应溶剂的使用，尽可能不生成副产物，更加充分地利用资源，以适应可持续发展的需要。
原子利用率：
在合成反应中，要减少废物排放的关键是提高反应的选择性和原子利用率。即化学反应中，到底有多少反应物的原子转变到了目标产物中，原子利用率可用下定义：原子利用率等于目标产物的量与按化学计量式所得的产物的量之和的比值。一般的方法是利用催化剂，所以催化剂的研究利用是绿色化学的重要方法之一。
第三章：
设计安全无毒化学品的一般原则——（外部效应原则）主要是通过分子设计，改善分子的与其在环境中的分布、人和其他生物机体对它的吸收性质等重要理化性质，从而减少它的有害生物效应和（内部效应原则）通过分子设计以达到以下目标“增大生物解毒性，避免物质的直接毒性，和间接生物致毒性或称为生物活化。 通过分子结构设计，从而增大物质降解速度、降低物质的挥发性、减少分子在环境中的残留时间、减少物质在环境中转变为具有有害生物效应物质的可能性等均是重要的外部效应原则的例子。另外通过分子设计，从而降低或妨碍人类、动物和水生生物对物质的吸收也是外部效应原则要面对的问题。
增大生物解毒性包括把分子设计为本身是亲水性的或很容易与葡萄糖醛酸、硫酸盐或氨基酸结合，从而加速其从泌尿系统或胆汁中排出。要避免物质的直接毒性，就要把物质分子设计成无毒无害类化合物，或从分子中引入一些无毒功能团。
为推广安全有效化学品的设计应解决的问题
1.加大宣传力度，让安全有效化学品的设计在学术界和工业界深入人心。
2.建立关于安全有效化学品的设计这一概念的科学的、技术的和经济的可靠性。
3.进一步加强对风险化学品进行仔细认真的分析和研究。
4.在毒理学研究中进一步强调机理研究和构效关系研究。
5.改革和修正化学教育体系和化学教学内容，在其中引入与安全有效化学品的设计相关理论和实践性教学内容。
6.化学界和工业界均要积极参与，积极开展这方面的工作。
第四章：
硅是碳的等电排原子——从化学上看，用硅作为碳的等电排原子是再自然不过的了。因为碳和硅是4A族元素，因此，在化学性质上有相似性。与同族其它元素一样，硅和碳都是4价金属，能形成四面体结构，能与碳形成稳定化学键。虽然，目前对硅硐移置物尚有争论。但一般来说，硅取代碳后形成的衍生物是无毒的，尤其是与同族的锗、锡、铅的衍生物相比。因此硅是唯一一个用作对碳作等
电排转换的元素。另外硅是自然界存量丰富、价廉，且可以各种形式出现的元素。
尽管硅元素是与碳元素最相似的元素，他们的化合物在性能上有一定的相似性，但并非所有情况下都可以用硅代替碳，有时有严格的限制。
硅形成的双键或三元环化合物在空气及潮气中均极不稳定。
硅与氮、氧等杂原子形成的单键是强化学键，但能水解。
硅取代的环境安全化学品的例子：
DDT的硅取代物
尽管DDT对哺乳动物来说相对比较安全，但由于它对其他物种有毒
性，同时会在环境中长期存在，因此，不得不放弃这一重要杀虫剂的使用。 在设计DDT的硅等电排取代物中，设计了DDD类硅烷类物质。
有机硅杀真菌剂
Meberg及其合作者制备了一系列硅取代三唑类化合物，为杀真菌剂的开发开辟了一条新的途径。其中一个，氟苯代硅三唑对谷类防真菌特别有效，已是目前商用的主要谷类防真菌剂。
第五章：
由分析满足绿色化学要求的合成路线可见，催化可从各个方面满足绿色化学的要求。不管是酶催化还是传统的化学催化的反应，通常其所需要的能量更低，转化更为有效，这样可降低反应所需能耗，减少副产物、共生物和其他废物的生成。通常还可以把催化剂设计成对环境友好的。在应用于化学、化工生产的化学反应中，非生物催化占有成为重要的地位。催化在环境保护、绿色化学中有十分重要的作用。
1.催化与污染的防治：
催化已经在减少污染方面起到了重要作用，利用催化剂减少和消除发电厂废气及汽车尾气中的氮氧化合物的排放，以改善空气的质量。利用催化剂减少挥发性有机溶剂的使用；利用催化剂技术取代使用氯或有含氯中间物的合成方法和过程，并减少污染物的生成„„
2.新的反应原料需要新的催化剂来活化：
目前我们使用的大部分化学化工原料都来自于石油。而石油资源正面临枯竭的威胁，我们必须寻找新的可再生的化学化工原料，新的反应原料就必须有新的催化剂来活化。在可再生原料中，除生物资源外， 二氧化碳也可看作可再生资源。
所谓催化设计，
就是人们按照自己的意图制造目标催化剂的工作，它代表一种构思，而不一定要画出图纸。也就是对指定反应，或者需要制造某种产品，应该如何选用一种催化剂的知识逻辑分析。这种设计出的催化剂应该是具有高度专一性、高效的选择性，能取得最大的经济效益和环境效益。催化剂的设计一般按如下步骤进行。
1.总体性考虑：
在着手设计催化剂之前，首先要对面对的问题作总体性分析，反应的可行性，最大平衡产率、要求的最佳反应条件，可选用的原料，
反应的原子经济性如何，在实际使用中可能会遇到什么问题，催化剂的经济性，催化反应的经济性等。对催化剂和催化反应有一个总体性的合理了解之后，接着就应分析催化设计参数的几个要素，活性、选择性、稳定性或寿命，可再生性和对人对环境是否无害。
2.设计开发新型分子氢氧化催化剂：
在化学化工过程中，常用的氧化剂有，分子氧、过氧化氢、臭氧和其他无机氧供体，如次氯酸钠，次溴酸钠，硝酸、亚硫酸氢钾、三氧化铬、高锰酸钾、重铬酸钾等等。
3.设计新型金属配合物催化剂：
通常用于均相催化反应，这类反应主要包括有反应物的氧化加成或产物的还原脱出，同时，还有金属原子周围原子和化学健的重排。 一个化学品合成所采用的反应类型或其合成路线在很大程度上取决于所选用的原料，原料一旦选定，就必须要选择某些类型的反应。原料对合成路线的效率、过程的环境效应和对人类健康均有极大的影响。原料本身的生产者、原料的保存和运输过程中的操作管理者、原料在使用过程中的加工者会面临多大的危险是在选择原料时要加以考虑的。
还有改变反应试剂、反应溶剂等方法。
第七章：
绿色化学的发展趋势
绿色化学和整个化学的发展一样是前景广阔的。绿色化学正处于连续性技术进步的不断开拓中，原有技术的改进，新的发现和创造的涌动推动着绿色化学不断完善，以达到环境友好的圆满目的，因此某些对化学学科发展有着重要意义，同时又有着潜在的重大经济和社会效益的研究领域中绿色化学发展趋势值得关注。
酶的重组技术提供了生产单一生物体的前景，这种生物体含有能降解环境中有害废物的一组基因工程酶。酶重组会使微生物体降解成新的分子，并拓展了微生物体攻击合成有机化合物的能力。利用酶能自我再生、便宜制得，而又能在环境中常规条件下工作的想法，也许是现代科学为处理和降解有害废物所能涉及的最有效的方法之
一。这些废物包括工人合成的、在苛刻条件下稳定的有机化学品。
某些酶的宽底物特性，为改善和保护环境提供了应用酶催化的可能。
