绿色化学在有机合成方面的应用
绿色化学在有机合成方面的应用
吕梁高等专科学校汾阳师范分校
[摘
高宝平
要]绿色化学目前已成为化学发展的一个重要方向,受到国内外许多化学家们的关注。本文对绿色化学、绿色合成、原子经济性
等概念作了简要介绍,主要介绍近年来国内外实现绿色合成的有效途径,并对绿色化学的发展前景进行了展望。[关键词]绿色化学绿色合成原子经济性
随着人类进入二十一世纪,社会的可持续发展及其所涉及的生态环境、资源,经济等方面的问题越来越成为国际社会的焦点。保护环境的法规不断出台,使得化学工业界把注意力集中到如何从源头上杜绝或减少废物的产生。这对化学提出了新的要求和挑战。环境经济性正成
因此合成化学重要的不是合成什么,而为技术创新的主要推动力之一。
在于怎么合成的问题,合成化学正朝着绿色合成的方向发展。
1. 绿色化学
1.1绿色化学的概念
绿色化学又叫环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。顾名思义,绿色化学就是应用化学的技术和工艺去减少或消灭那些对人类健康、社区安全和生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化学的理想和目标在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物。它是一门从源头上阻止环境污染的新兴学科分支,是更高层次的化学,是一种创造性的思想。它将整体预防的环境战略持续地应用于化工生产过程、产品和服务中,以增加生态效率和减少人类社会及环境的风险。对化工生产过程,要求节约原料,合理利用能源,不用对人类有毒、对环境有害的、对生态系统有不良影响的原料,降低成本,减低消耗,减少废弃物的排放量和毒性;对产品要求符合绿色产品
它追求可持续标准,产品与生态系统相容,对环境无污染,对人类无害。
发展。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革现在的整个化学和化工。“绿色”是环境意识的革命,“绿色化
则是化学学科的又一次飞跃。学”
1.2绿色合成
绿色绿色合成的概念来自绿色化学,它考虑了反应的原子经济性。
合成的目标是理想合成,理想的合成指的是用简单安全的、环境友好
资源有效的操作,快速、定量地把廉价易得的起始原料转化为天然的、
或设计的目标分子。
1.3原子经济性
为衡量合成的效率,美国著名有机合成化学家Trost在1991年提出了原子经济性的概念,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转化为产物,即实现废物“零排放”。原子经济性可以用原子利用率衡量。合成中,原子的利用率越高,其原子经济性越高,副产物或废物的排放量就越
①最大限度地利用了原料;②低。原子经济性反应有两个显著的优点:
最大限度地减少了废物的排放,减少了环境污染。
2. 绿色化学在有机合成中的应用要使一个有机合成反应绿色化,涉及到诸多方面。首先看是否有更加绿色的原料,随后看反应流程是否合理,是否有更加绿色的流程,另
溶剂、催化剂等多方面的绿色化。外还涉及到反应方法、
2.1采用无毒或低毒的绿色原料
反应原料的绿色化是绿色合成首要考虑的问题。利用生物原料代替当前广泛使用的石油化工原料,是保护环境的一个长远的发展方向。生物原料主要是由淀粉及纤维素等组成。前者易于转化为葡萄糖,而后者则由于结晶及与木质素共生的原因,通过纤维素酶等转化为葡萄糖。Frost报道以葡萄糖为原料,通过酶反应可制得己二酸,代替传统的苯开
由于苯是已知的致癌物质,以经济和技术始来制造作为尼龙的己二酸。
上可行的方式,在合成大量的有机原料中去除苯是具有竞争力的绿色化学目标。
2.2采用无毒、无害的溶剂2.2.1以水为溶剂的反应
无污染、价廉。水相中的有机反水是自然界中最丰富的溶剂,无毒、
安全,没有介质的易燃易爆等问题。在有机合成中可省略应操作简便、
诸如官能团的保护、去保护等合成步骤,是理想的溶剂。
水相有机合成的一个重要进展是发展到有机金属类的反应,其中有机铟试剂是成功的实例之一。该反应的一个优点是碳水化合物的多个羟基官能团在碳-碳键形成步骤无需保护。在合成中使用保护基是为达到选择性所做的无奈的选择,不但增加反应步骤,多消耗能量和原料,还增加了废物排放。
2.2.2采用超临界流体作为有机溶剂
超临界流体是指处于超临界温度及超临界压力下的流体,是一种介于气态和液态之间的流体状态,其密度接近于液体(比气体约大3个
数量级),而粘度接近气态(扩散系数比液体大100倍左右)。由于这些
性质,超临界流体在萃取、色谱分离、重结晶以及有机反应等方面表现
超临界CO2出特有的优越性,从而在化学化工中获得实际应用。其中,
流体以其临界温度和压力适中、来源广泛、廉价无毒等诸多优点而得到广泛应用。最近Burk小组报道了以超临界CO2流体为溶剂提高催化不对称氢化反应的对映选择性(e.e.95%),这无疑是一个成功的绿色合成。
2.2.3离子液体溶剂
离子液体指室温或低温下液体状态的盐,由含氮、磷有机阳离子和
4-6-
[PF]等)组成。它具有可操作温度范围大大的无机阴离子([BF]、
(-40 ̄300摄氏度)、溶解度大、相对便宜且易制备、易回收、可循环使用
在传等优点,被认为是一类很好的溶剂并已在工业中得到应用。例如:
统的有机溶剂中,烯烃与芳烃的烷基化反应是不能进行的,而在离子液
已体中,在催化剂条件下,反应在室温下就可顺利进行,产率高达96%。
报道可在离子液体中进行的有机反应有:Friedel-Crafts反应、烯烃的氢化反应、氢甲酰化反应、氧化还原反应、偶联反应、酶促反应等。
2.3催化剂绿色化
绿色化学追求的是实现高选择性、高效的化学反应,极少的副产物,以及“零排放”继而达到高“原子经济性”反应。相对与化学当量的反应,高选择性,高效的催化反应更符合绿色化学的基本要求。
2.3.1催化不对称合成反应
在不对称合成中催化不对称合成是最有效的方法,它是有机合成
农药、精化学研究的热点和前沿。通过不对称催化不但可以提供医药、
催细化工所需的关键中间体,而且可以提供环境友好的绿色合成方法。
化不对称合成反应主要包括催化不对称氢化反应、氢硅烷化反应、氢甲
氢酯化反应、环丙烷化反应、不对称酮还原反应、糖类衍生物酰化反应、
催化反应和酶催化等。
2.3.2新型催化剂催化反应许多有机合成反应中,液体酸或碱是最常用的催化剂,价格便宜、催化效率高,但对设备腐蚀严重、污染大、副反应多、反应后处理困难。为克服传统酸碱催化带来的危害,研究和开发新型绿色催化剂自然就成为目前最前沿的热点之一。较成功的有各种新型分子筛催化剂、固体
杂多酸催化剂、夹层催化剂及相转移催化剂。这些超强酸或碱催化剂、
新型催化剂的催化能力均优于传统的酸碱催化剂,同时对环境友好,目前正大量应用于有机合成中。
2.3.3生物催化反应生物催化是集生物学、化学、工程学于一体形成的知识与信息高度密集的新兴学科,是化工领域的一项重要技术。因其具有转化条件温
选择性高、制造成本低等优势,生物催化已在一些新产品的研制和和、
新工艺的开发中发挥了重要作用。生物催化的核心是生物催化剂,其研制已成为各国学者竞相攻关的课题,并得到了迅速的发展。如用酶催化
有机酸如柠檬酸、衣康酸、技术进行不对称化合物的合成,已取得成效。
葡萄糖酸等化工原料现在也可用生物技术进行合成。
2.4采用洁净的有机电合成
电化学过程是洁净技术的重要组成。由于电解一般无需使用危险
常压下进行,所以在绿色合成中独具魅或者有毒试剂,且通常在常温、
力。例如,实现自由基环化反应,常规的方法是使用过量的三丁基锡,过
使用和产生有毒的锡试剂。然而,利程中存在的问题是原子利用率低、
用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂进行催化反应,可在温和、中性条件下完成。
2.5通过改变产物或目标分子实现绿色化
有机化工产品对环境污染的影响相对无机化工产品大,尤其是农
21世纪,迫切需要开发绿色农药新产品。一种新的农药对环境的影响。
药产品———仿生农药的研究开始得到农药技术开发工作者的高度重视,如开发拟除虫菊酯、拟原白头翁素及诱杀害虫的生物激素。
染料工业对环境和人体的危害也相当严重,例如联苯胺是一种很好的染料中间体,但具有极强的致癌作用,已被许多国家禁用。但对其分子结构加以改造,变为二乙基联苯胺以后,既保持了染料的功能,又
国内外研究较多的为:用非联苯胺型的双氨基化消除了致癌性。目前,
合物取代联苯胺系中间体所合成的染料;用多偶氮染料、杂环型直接染料等取代联苯胺系直接染料;用活性染料、硫化染(下转第141页)
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学生6:Andsotheburdenontheboy’sshouldercouldbeheavier,be-causehehastodomoreworktoraisehiswifeandhisbaby.Sometimesthis
sanexample,thatoneofmyfriendsinmightcausefamilyproblems.Here’
sstudyingatuniversity.Inthefirsttwohighschooltimegotmarriedwhenhe’
months,hewasveryhappyandenjoyedhismarriage.However,whenhefoundoutthathiswifewasexpectingababy,hewasshocked.Hecouldn’timaginehowhefeedupthebabywithoutanyincome.Hedidn’twanttoshouldertheresponsibility,soheaskedhiswifetodoabortion,whilehiswiferefused.And
sfromthattimeon,thecouplealwaysquarrelsaroundaboutthebaby.There’
noloveleftatall.
教师:Whatcanwelearnfromthisstory?学生:Ifwewannagetmarried,weshouldbepreparedforshouldering
snotgoodforustothedutyofthefamily.Ifwecannotfulfilltheduty,thenit’
getmarried.
从以上对话可以看出,通过教师启发性的提问,能够促使学生进行深入思考,使其口语能力从语音语调等外在形式的表现型提升为着重表现思想的思索型口语表达能力。有思想的语言才是真正的语言。只有言之有物才能充分显示一个人的口语能力,语言形式不过是表达思想的工具而已。教师在引导学生深入思考的过程中起到一种催化剂的作用:当学生遇到思维问题时,教师能给予提示使学生根据线索积极思考,走出误区;或当学生受思维定势的影响无法拓展思路时,教师可以通过不断的提问来引导学生拓宽思路,并由此进行深入的讨论或辩论。思辩性思维方式也正是英语语言的表达方式,因此该思维方式的培养
在目前严峻的就业形势下,用人单位有助于大幅提高学生的口语能力。
注重的是学生的交流和思考能力,以地道的英语语言和思维方式来和外商交流沟通才能够满足用人单位的需求。
结论
方块表示学生表演的位置。左图为传统教学中教师与学生的排位;右图为师生平等交流的口语教学课堂。
在晚会开到尾声时,教师又回归其本原,对学生在发言过程中出现
教师的点评不是针对某的一些重大失误进行点评,并做出示范。如此,
一个具体的学生,而是针对全体学生,也就避免了个别点评所带来的负面效应。而在长时间的口语练习后,学生能够了解到自身的一些不足,同时也认识到自己的口语能力并不比别人差,自己也可以给大家带来
学生的口语自信力会渐渐得到提升,甚至会变成一个非常快乐。这样,
自信的人。
营造英语环境、改进对话策略
平等的氛围,提升学生的口语自信力,教除了在课堂中营造民主、
模仿对话、人物配师还要尽力为学生提供练习口语的环境:影片欣赏、
音、英语角、与外教交流等。在课堂上与学生进行口语对话时,教师不仅要让学生知道如何正确回应教师的问话,还应能通过对话引导学生进入更深层次的思考,并表达出他们的想法。孔子说:“不愤不启,不悱不发。举一隅不以三隅反,则不复也。”即教师在给学生启示时只给出提
而古希腊示,让学生顺着提示自行思考,自己找到正确答案,消除疑问。
苏格拉底的“产婆术”教学法则是抓住学生思维中的矛盾之处,通过层层深入诱导,辩论式的对话揭示学生想法中的错误之处,使学生意识到自己的矛盾,从而解决了思维逻辑错误的问题,拓展了思考深度和广度。
例如,一次口语讨论课上,教师给出了一个题目:“Studentsgetmar-riedatUniversity”,要求学生就这一题目表达他们的看法,并说明理由。
学生1:Idon’tthinkstudentsgetmarriedatuniversityisagoodidea,becausetheyarenotmatureenoughtodealwithmarriagethings.
教师:Youjustsaidstudentsatuniversityarenotmatureenoughtodealwithmarriagethings,anyreasonstosupportyouridea?
学生1:Yes,wearenowstudyingatschool,sowearenotcapableofearningmoneytosupportourfamily,allthemoneywehavenowisfromourparents.
教师:Oh,yes,it’sveryimportant.Besideseconomicfactors,ifthestu-dentswanttogetmarried,whatelseshouldtheyhave?
学生1:Besidesthecapabilityofearningmoney,theyneedtoknowhowtolovetheirlittlewivesandtheirfamilies.
学生2:Whentheymeetwithdifficultiesorproblemsintheirmarriage,theyshouldknowhowtosolvetheproblemsandunderstandeachother,trytoavoidmisunderstandings.
学生3:Whenthecoupleisinthedifficultsituation,theyshouldknowhowtoassisteachothertoovercometheproblemsandgetthroughthesitua-tionsmoothlybysupportingeachother.
saproblemthatiftheyareexpectingababy,howtheyfinish教师:Here’
theirstudyatschool.
学生4:Ithinkit’sabigproblemthatthestudentcoupleshavetofaceup.Whentheyareexpectingababy,theycan’thaveenoughenergyandtimetoconcentrateontheirstudy.Theymightbeveryexcitedorveryupset,espe-ciallyforwives,perhapstheyarebusyinpreparingforthecomingofthebaby.
学生5:Iwannasaysomethingmore,thatwhenthelittlewiveshavegiv-enbirthtothebabies,theyhavetotakearestforatleastthreemonths,tomymom’sexperience.Aftermorethanoneyear’srest,thewivesmayforgetwhattheylearntbefore,andsomeofthemcannotgobacktotheclassroomanylonger.
(上接第139页)料等其它类型染料来取代胺系直接染料。
绿色化学前景展望3.
随着环境问题日益得到普通百姓和各级政府的高度重视,绿色化学的发展也得到了进一步推动。美国已在教育、科研和工业各方面形成了良好的联合,并已有多项技术开发成果用于工业生产,特别是造纸、医药、农药和新材料等污染严重的领域,绿色化学新技术显示了其独特
生物催化剂、新的合成路线、新溶剂体系、废物回的魅力。高效活化剂、
收利用等方面的研究及应用技术开发异常活跃,如Carnegie-Mellon大学的TAML氧化活化剂用于造纸工业和洗涤剂生产方面可避免产生含氯废水,并能提高洗涤剂性能,该活化剂还有望用于大规模废水处理过程。Biofine公司用价格低廉的纤维废物生产具有高附加值的乙酰丙酸及其衍生物等化学品,该技术以农副产品、某些固体废物等为原料,在废物处理的同时获得了巨大的经济效益。
面对国际上兴起的绿色化学与清洁生产技术浪潮,我国有关部门和机构也开展了相应的行动。我国已把可持续发展确立为21世纪的发展战略。为消除“白色污染”,许多城市禁止生产、销售、使用不可降解塑料制品,对臭氧层有害的氟里昂也被普遍拒绝。人民对绿色产品的要
“三绿工程”的实施,都在推动着我国绿色化学的不断发求,政府部门对
展。
参考文献
由以上分析可知,在目前激烈的就业竞争中,高职商务英语专业的学生想要争得一席之地必然要在软件上下功夫。当前用人单位招聘外语专业人才首先注重其口语的交流、沟通、思辩能力,高职口语教学必
因此,在口语教学中要采取多种形式的然遵循市场需求培养对口人才。
教学策略来培养学生的口语自信力、表达力和思考力,以使学生在就业
当过程中自如应对用人单位的口语测试,在就业大潮中争得优势地位。
然,通过用人单位的口语测试是高职口语教学的初级目标,而如何将学校口语与学生日后的工作口语相结合则是高职口语教学接下来所要进行的探索。
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