當今，化學(xué)的發(fā)展非常迅速。在20世紀發(fā)現(xiàn)和人工合成的化合物的種類是2285萬多種，是此之前發(fā)現(xiàn)的所有化合物總數(shù)的41倍強。但“化學(xué)家太謙虛”，20世紀化學(xué)取得的輝煌成就，并未獲得社會應(yīng)有的認可。
1化學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)
1.1化學(xué)的形象正在被與其交叉的學(xué)科的巨大成功所埋沒
化學(xué)是一門中心科學(xué)，化學(xué)與生命、材料等八大朝陽科學(xué)有非常密切的聯(lián)系，產(chǎn)生了許多重要的交叉學(xué)科，但化學(xué)作為中心學(xué)科的形象反而被其交叉學(xué)科的巨大成就所埋沒�；瘜W(xué)這門重要的中心科學(xué)（centralscience）反而被社會看作是伴娘科學(xué)（bridesmaidscience）而不受重視。
1.2化學(xué)正被各種各樣的環(huán)境污染問題所困擾
化學(xué)的發(fā)展在不斷促進人類進步的同時，在客觀上使環(huán)境污染成為可能，但是起決定性的是人的因素，最終要靠人們的認識不斷提升來解決這個問題。一些著名的環(huán)境事件多數(shù)與化學(xué)有關(guān)，諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營養(yǎng)化等；另一方面把所有的環(huán)境問題都歸結(jié)為化學(xué)的原因，顯然是不公平的，比如森林銳減、沙塵暴和煤的燃燒等。這當然與化學(xué)沒有樹立好自己的品牌有關(guān)系，在最早的化學(xué)工藝流程里面，根本沒有把廢氣和廢渣的處理納入考慮范圍，因此很多化學(xué)工藝都是會帶來環(huán)境污染的。現(xiàn)在，有些人把化學(xué)和化工當成了污染源。人們開始厭惡化學(xué)，進而對化學(xué)產(chǎn)生了莫名其妙的恐懼心理，結(jié)果造成凡是有“人工添加劑”的食品都不受歡迎，有些化妝品廠家也反復(fù)強調(diào)本產(chǎn)品不含有任何“化學(xué)物質(zhì)”。事實上，這些是對化學(xué)的偏見，監(jiān)測、分析和治理環(huán)境的卻恰恰是化學(xué)家。
2綠色化學(xué)是應(yīng)對挑戰(zhàn)的必然
科學(xué)不但要認識世界和改造世界，還要保護世界�；瘜W(xué)也如此，為了應(yīng)對化學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)，提倡綠色化學(xué)是刻不容緩。
2.1綠色化學(xué)的概念
綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)，是指化學(xué)反應(yīng)和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則,即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中充分利用參與反應(yīng)的每個原料原子，在始端就采用實現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過程和終端均為零排放和零污染，是一門從源頭阻止污染的化學(xué)。綠色化學(xué)不同于環(huán)境保護，綠色化學(xué)不是被動地治理環(huán)境污染，而是主動的防止化學(xué)污染，從而在根本上切斷污染源，所以綠色化學(xué)是更高層次的環(huán)境友好化學(xué)。
2.2綠色化學(xué)的產(chǎn)生及其背景
當今，可持續(xù)發(fā)展觀是世人普遍認同的發(fā)展觀。它強調(diào)人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，既要發(fā)展經(jīng)濟，又要保護自然資源和環(huán)境，使子孫后代能永續(xù)發(fā)展。綠色化學(xué)正是基于人與自然和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展理論。在1984年，美國環(huán)保局(EPA)提出“廢物最小化”，這是綠色化學(xué)的最初思想。1989年，美國環(huán)保局又提出了“污染預(yù)防”的概念。1990年，美聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動”的法令,將污染的防止確立為國策,該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”一詞。1992年，美國環(huán)保局又發(fā)布了“污染預(yù)防戰(zhàn)略”。1995年，美國政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”。1999年英國皇家化學(xué)會創(chuàng)辦了第一份國際性《綠色化學(xué)》雜志，標志著綠色化學(xué)的正式產(chǎn)生。我國也緊跟世界化學(xué)發(fā)展的前沿，在1995年，中國科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)》的院士咨詢課題。
2.3綠色化學(xué)的核心內(nèi)容
原子經(jīng)濟性是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容，這一概念最早是1991年美國Stanford大學(xué)的著名有機化學(xué)家Trost（為此他曾獲得了1998年度的“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”的學(xué)術(shù)獎）提出的，即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實現(xiàn)廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應(yīng)的原子經(jīng)濟性，認為高效的有機合成應(yīng)最大限度地利用原料分子的每一個原子，使之結(jié)合到目標分子中。綠色化學(xué)的原子經(jīng)濟性的反應(yīng)有兩個顯著優(yōu)點：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地減少了廢物的排放。原子利用率的表達式是：
原子利用率=（預(yù)期產(chǎn)物的式量/反應(yīng)物質(zhì)的式量之和）×100%
如無公害氧化劑過氧化氫的制備可采用乙基蒽醌法，即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成，2-乙基蒽醌復(fù)出并可循環(huán)使用。此反應(yīng)原子利用率為100%，體現(xiàn)了原子經(jīng)濟性，減少廢物的生成和排放,是典型的零排放例子。
2.4綠色化學(xué)的12項原則和5R原則
為了簡述了綠色化學(xué)的主要觀點，P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出綠色化學(xué)的12項原則，這12項原則對我們今后從事綠色化學(xué)的研究具有一定的指導(dǎo)作用。
Ⅰ．防止——防止產(chǎn)生廢棄物要比產(chǎn)生后再去處理和凈化好得多。
Ⅱ．講原子經(jīng)濟——應(yīng)該設(shè)計這樣的合成程序，使反應(yīng)過程中所用的物料能最大限度地進到終極產(chǎn)物中。
Ⅲ．較少有危害性的合成反應(yīng)出現(xiàn)——無論如何要使用可以行得通的方法，使得設(shè)計合成程序只選用或產(chǎn)出對人體或環(huán)境毒性很小最好無毒的物質(zhì)。
Ⅳ．設(shè)計要使所生成的化學(xué)產(chǎn)品是安全的——設(shè)計化學(xué)反應(yīng)的生成物不僅具有所需的性能，還應(yīng)具有最小的毒性。
Ⅴ．溶劑和輔料是較安全的——盡量不同輔料（如溶劑或析出劑）當不得已使用時，盡可能應(yīng)是無害的。
Ⅵ．設(shè)計中能量的使用要講效率——盡可能降低化學(xué)過程所需能量，還應(yīng)考慮對環(huán)境和經(jīng)濟的效益。合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強下進行。
Ⅶ．用可以回收的原料——只要技術(shù)上、經(jīng)濟上是可行的，原料應(yīng)能回收而不是使之變壞。
Ⅷ．盡量減少派生物——應(yīng)盡可能避免或減少多余的衍生反應(yīng)（用于保護基團或取消保護和短暫改變物理、化學(xué)過程），因為進行這些步驟需添加一些反應(yīng)物同時也會產(chǎn)生廢棄物。
Ⅸ．催化作用——催化劑（盡可能是具選擇性的）比符合化學(xué)計量數(shù)的反應(yīng)物更占優(yōu)勢。
Ⅹ．要設(shè)計降解——按設(shè)計生產(chǎn)的生成物，當其有效作用完成后，可以分解為無害的降解產(chǎn)物，在環(huán)境中不繼續(xù)存在。
Ⅺ．防止污染進程能進行實時分析——需要不斷發(fā)展分析方法，在實時分析、進程中監(jiān)測，特別是對形成危害物質(zhì)的控制上。
Ⅻ．特別是從化學(xué)反應(yīng)的安全上防止事故發(fā)生——在化學(xué)過程中，反應(yīng)物（包括其特定形態(tài)）的選擇應(yīng)著眼于使包括釋放、爆炸、著火等化學(xué)事故的可能性降至最低。
為了更明確的表述綠色化學(xué)在資源使用上的要求，人們又提出了5R理論：
Ⅰ．減量——Reduction減量是從省資源少污染角度提出的。減少用量、在保護產(chǎn)量的情況下如何減少用量，有效途徑之一是提高轉(zhuǎn)化率、減少損失率。②減少“三廢”排放量。主要是減少廢氣、廢水及廢棄物（副產(chǎn)物）排放量，必須排放標準以下。
Ⅱ．重復(fù)使用——Reuse重復(fù)使用這是降低成本和減廢的需要。諸如化學(xué)工業(yè)過程中的催化劑、載體等，從一開始就應(yīng)考慮有重復(fù)使用的設(shè)計。
Ⅲ．回收——Recycling回收主要包括：回收未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物、助溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑等非反應(yīng)試劑。
Ⅵ．再生——Regeneration再生是變廢為寶，節(jié)省資源、能源，減少污染的有效途徑。它要求化工產(chǎn)品生產(chǎn)在工藝設(shè)計中應(yīng)考慮到有關(guān)原材料的再生利用。
Ⅴ．拒用——Rejection拒絕使用是杜絕污染的最根本辦法，它是指對一些無法替代，又無法回收、再生和重復(fù)使用的毒副作用、污染作用明顯的原料，拒絕在化學(xué)過程中使用。
3綠色化學(xué)的發(fā)展前景
3.1反應(yīng)原料的綠色化即反應(yīng)原料符合5R原則。
3.2原子經(jīng)濟性反應(yīng)在基本有機原料的生產(chǎn)中，已有一些原子經(jīng)濟性反應(yīng)的典范，如丙烯氫甲�；贫∪⒓状剪驶拼姿岷蛷亩《┖蜌淝杷岷铣杉憾娴�。
3.3高效合成法不涉及分離高效的的多步合成無疑是潔凈技術(shù)的重要組成部分。
3.4.提高反應(yīng)的選擇性———定向合成如不對稱合成。
3.5.環(huán)境友好催化劑例如在正己烷的裂解反應(yīng)中，固體酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的選擇性，更小的腐蝕性。
3.6.物理方法促進化學(xué)反應(yīng)如微波引發(fā)和促進DielsAlder反應(yīng)、Claisen重排、縮合等許多重要的有機反應(yīng)。
3.7.酶促有機化學(xué)反應(yīng)酶促有機化學(xué)反應(yīng)有高效性、選擇性、反應(yīng)條件溫和和自身對環(huán)境友好等特點。
3.8溶劑化學(xué)污染不僅來源于原料和產(chǎn)品,而且與反應(yīng)介質(zhì)、分離和配方中使用的溶劑有關(guān),有毒揮發(fā)性溶劑替代品的研究是綠色化學(xué)的重要研究方向。如超臨界流體、水相有機合成和室溫熔鹽溶劑等。
3.9.計算機輔助綠色化學(xué)設(shè)計和模擬在化學(xué)化工領(lǐng)域,計算機已廣泛用于構(gòu)效分析、結(jié)構(gòu)解析、反應(yīng)性預(yù)測、故障診斷及控制等許多方面。無疑,計算機在尋找符合綠色化學(xué)原則的最佳反應(yīng)路線、化工過程最優(yōu)化、產(chǎn)品設(shè)計等方面推動了綠色化學(xué)的更快發(fā)展。
3.10環(huán)境友好產(chǎn)品如可降解塑料、環(huán)境友好農(nóng)藥、綠色燃料、綠色涂料和CFCs替代物等。
綠色化學(xué)為化學(xué)的發(fā)展注入了新的活力，在21世紀化學(xué)必將大有可為。
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