第七章-绿色化学发展趋势.ppt

第七章绿色化学发展趋势第一节：不对称催化合成第二节：酶催化和生物降解第三节：分子氧的活化和高选择性氧化反应第四节：清洁的能源第五节：可再生资源的利用第一节：不对称催化合成制造光学纯化合物的方法有：化学合成-拆分法，不对称化学合成法，不对称催化合成法和发酵法。化学合成所得到的是外消旋化合物，两种对映体各占一半，因此必须经拆分才能得到单一的对映体。这意味着有一半产物是无用的。不对称化学合成较之一般化学合成法前进了一大步，它采用化学计量的手性试剂选择性合成手性化合物，但由于手性试剂昂贵，限制了它在工业上的推广应用。不对称催化具有独特优势，主要是由于它有“手性增殖”或“手性放大”作用，即通过使用催化量的手性催化剂可以立体选择性地生成大量手性化合物。它和发酵不同，不对称催化工艺不局限于“生物”类型的底物，并且R-异构体和S-异构体同样容易生成，只要采用不同构型的手性催化剂就可实现。不对称催化也避免了发酵过程中产生的大量失效营养媒介物的处理问题，而且根据现在应用于工业上的不对称催化过程的生产效率看，它远高于发酵法。单一对映体的手性化合物的重要性不仅限于医药，在农药和光电新材料发展中，已经证明单一对映体的手性化合物具有更高效率和更优异性能，因此越来越受到重视。第二节：酶催化和生物降解分子生物技术还能用来加强工业过程催化剂使用的酶的性能，这同传统催化技术是非常类似的。酶和其他生物系统在温和的温度、压力和pH值条件下，在稀水溶液中能很好地工作。这些系统催化的反应是典型对环境友好的，因为生成的副产物或废物很少。通常，这些酶催化剂和由它们合成的材料是可生物降解的，因此不会长久存在在环境中。这些反应是典型选择性的并有特别高的收率，而且酶能够催化单一反应器中的整个系列的反应，导致总收率的很大改进和高的位置特效性，以及大多数情况下100%的手性合成。整个细胞催化的酶催化技术的改良使用，用单种酶或复合酶催化的反应和化学合成对于新的催化技术的发展都是很重要的。第三节：分子氧的活化和高选择

性氧化反应全世界生产的主要化学品中50%以上是和选择性氧化过程有关的。包括：碳氢化合物氧化成含氧化合物及含氧化合物的氧化转化。现在有机化学品的制造大多是以石油为原料，而石油烃分子又都是处于还原状态，因此通过氧化将它们转化为带有不同含氧基团的有机化合物在有机化学中占有重要的地位。氧化反应是有机反应中最难控制反应方向的，它们往往在生成主产物的同时，生成许多副产物，这使得氧化反应的选择性较低。至今不少氧化反应仍然采用的是化学计量的氧化剂，特别是含重金属的无机氧化物，反应完成后还有大量的残留物需要处理，它们对环境会造成严重污染。因此发展新的高选择性氧化十分重要[2]。绿色氧化过程应是采用无毒无害的催化剂，它应具有很高的氧化选择性，不产生或很少产生副反应产物，达到尽可能高的原子经济性。对氧化剂的要求是，它们参与反应后不应有氧化剂分解的残留有害物。因此，最好的氧化剂是氧，其次是H2O2。纯氧作氧化剂是重要发展方向，它大量减少了尾气排放量，从而减少了随尾气带入大气的挥发性有机物造成的污染。因此，新发展的氧化催化剂应在缓和条件下能活化分子氧，通过这种活泼的催化氧化物种，使反应物分子高选择性转化为产物。模拟酶氧化的金属络合物和分子筛将成为氧化催化剂的主要研究对象，它们将在开拓清洁的氧化工艺中发挥重要作用。第四节：清洁的能源世界人口的持续增长，能源和食品问题将成为下世纪主要难题传统燃料燃烧方式放出的化学能受热力学第二定律的限制，只有一部分（低于40%）被转化为有用能，其余的能量则以种种不可避免的方式损耗了，如活动部件之间的摩擦消耗，作为废热从烟囱和冷却塔排放出等等。*发展燃料电池是一条重要出路燃料电池直接将化学能转化为电能没有任何机械和热的中间媒介。燃料电池取决于不同用途，其效率可高达90%。靠这种高效率，以燃料电池技术为基础的发电厂，比起普通发电厂将消耗更少的燃料，同时相应地减少了污染物的排放。燃料电池高转化效率的关键在于用催化剂来控制燃料与氧的反应，而此反应温度高达1000oC左右。要在如此高的温度下维持长期运转，还需要解决一些技术障碍，包括：在高温下催化剂不被破坏的方法，避免陶瓷结构的破裂和泄漏设计在足够小的体积内能传导充足的氧离子的陶瓷材