有机合成实现绿色合成的途径(一)

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一、绿色合成的目标及其研究方向
　?化学作为自然科学的一个重要领域，在丰富人类知识宝库和满足人们衣食往行等各方面需求中，发挥着积极的和不可替代的重要作用。然而无可讳言的是，由于在化学过程中以适当地使用对人类健康和对环境有害的原料和溶剂以及污染性废物的大量排放，一些化学过程也给人类的健康和生活环境带来了严重的不利影响。为此，人们相继提出了绿色化学理念，其目的是在继续发挥化学的积极作用的同时而将其危害人类健康和人类生存环境的负面影响减少到最小。有机合成作为化学合成的重要组成部分，在绿色化学中居于举足轻重的地位；在绿色化学及其理念指导下，最终要实现绿色合成。绿色合成的目标应当是实现符合绿色化学要求的理想合成。
　?实现理想合成，有三个定量指标：原子经济性、环境因子和环境商。
　?1．原子经济性
　?原子经济性概念认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每个原子，使之结合到目标分子中，以实现最低排放甚至零排放。原子经济性可用原子利用率来衡量：
　?原子利用率＝（预期产物的分子量／全部生成物的分子量总和）×100％
　?原子经济性的特点是最大限度地利用原料和最大限度地减少废物的排放。
　?2．环境因子（Ｅ）
　?环境因子和环境商都是由荷兰有机化学家ｓｈｅｌｄｏｎ提出来的。Ｅ―因子是以化工产品生产过程中产生的废物量的多少来衡量合成反应对环境造成的影响。
　?Ｅ－因子＝废弃物的质量（ｋｇ）／预期产物的质量（ｋｇ）
　?这里的废弃物是指预期产物之外的所有副产物，包括反应后处理过程产生的无机盐等。显然，要减少废弃物使Ｅ―因子较小，其有效途径之一就是改变经典有机合成中以中和反应进行后处理的常规方法。
　?3．环境商（ＥＱ）
　?环境商（ＥＱ）是以化工产品生产过程中产生的废物量的多少、物理、化学性质及其在环境中的毒性行为等综合评价指标来衡量合成反应对环境造成的影响。
　?ＥＱ＝Ｅ×Ｑ
　?式中Ｅ为Ｅ―因子，Ｑ为根据废物在环境中的行为所给出的对环境不友好度。ＥＱ值的相对大小可以作为化学合成和化工生产中选择合成路线、生产过程和生产工艺的重要因素。
　?为此，Ｗｅｎｄｅｒ教授认为：一种理想合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速、定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。这正是绿色合成的目标。
　?目前，绿色合成研究的方向是清洁合成、提高反应的原子利用率、取代化学计量反应试剂（如在催化氧化过程中只以空气中的氧气作为氧源）、新的溶剂和反应介质、危险性试剂替代品（如使用固态酸以取代传统的腐蚀性酸）、充分的反应过程、新型的分离技术、改变反应原料、新的安全化学品和材料、减少和最小化反应废弃物的产生等。
　?二、有机合成实现绿色合成的途径
　?绿色合成的目标已为有机合成实现绿色合成指明了方向。近年来，实现绿色合成的研究工作在不断进行，几种可行的途径已隐约可见。
　?1．使用环境友好催化剂，提高原子利用率
　?有机合成中，减少废物的关键是提高原子利用率，所以在选择合成途径时，除了考虑理论产率外，还应考虑和比较不同途径的原子利用率。如环氧乙烷的合成：
　?两步完成，原子利用率为25％。
　?催化方法：
　?一步完成，原子利用率为100％。
　?又如二联苯的合成，常规方法是以ＰｄＣｌ２为催化剂，以含苯基的有机汞化合物为原料在吡啶中进行，但操作过程较为复杂，原子利用率低。若以具有高反应活性的ＧａＰ纳米晶为催化剂，就可以直接以苯为原料，一步合成得到二联苯。
　?再如对硝基苯甲酸乙酯的合成，常规方法是以浓硫酸为催化剂来合成的。这种方法，虽然催化剂（浓硫酸）价廉、活性高，但反应复杂，副产物多，且浓硫酸腐蚀设备、污染环境。如果以价廉易得、性质稳定安全的苯磺酸为催化剂来合成就可以克服这些缺点，且产率可达98．6％。
　?可见，在有机合成中，选择合适的、环境友好的催化剂，则可以开发新的合成路线，缩短反应步骤，提高原子利用率。