1、 4 合成技术开发战略“绿色合成”前已述及，化学合成技术是获取各种各样的化学物质的方法和手段。化学合成为人类提供了众多药物，是人类寿命能够大大延长的重要原因之一；化学合成为人类提供了合成纤维和染料，才使人的衣着花样翻新，绚丽多彩；化学合成为农业提供了众多杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等农用化学品，才使人们有充足的粮食和农产品；化学合成解决了材料和能源，才造出多种多样的交通工具；化学合成提供了高能燃料和其他特种材料，导弹、卫星、宇宙飞船、空间中继站等才能升空，星际之行才成为可能；化学合成提供了特种功能材料，才会有现代高技术有人统计，迄今人们合成了600多万种化合物，普遍使用的化学品达10
2、万种之多，全世界生产的化学品近5亿吨。这些化学品的生产和应用为人类创造了巨大的物质财富，极大地促进了社会的文明进步和经济发展，显著地提高了人类的生活质量. 可以说, 化学对人类文明做出的贡献无论做出怎么高的评价都不会过分。,然而，任何事物都是“一分为二的”。化学合成也有阴暗面，在为人类社会提供多种多样适用化学品的同时，也给人类带来了灾难。特别是在经典的有机合成中，常常由于合成路线冗长，需要大量有机溶剂和许多化学试剂及中间体，以至在合成过程中产生大量的废水、废气、废渣及有毒物质，造成严重的环境污染，导致全球气候变暖，臭氧层被破坏，酸雨成灾，淡水资源紧张，土地资源退化，生物多样性的锐减等，大大影响
3、着人类健康和社会的持续发展。为了治理污染，人们化了大量的金钱和时间。下表列出工业的几个门类的年产量及产污系数。,表 1 不同工业门类的产污系数（每生产单位重量的化学品所产生的废物量） _工业门类 吨位（t） 产废率（E） _,炼油 106-108 0.1大宗化学品 104-106 50 药物 10-103 25 100 _,从表1可以看出，精细化学品行业、特别是制药行业是E因子最大的行业；每生产一吨药物，要产生少者数十吨、多者上百吨的废物。这无疑会给环境造成极大的污染。精细化工既是化学工业中与现代文明最密切的行业，又是对人类生存空间造成最大危害的化工行业，这就是自然的辩证法。,E 因子(E f
4、actor)，可以认为是环境因子(environment factor),也是经济因子(economic factor)，它表示每生产1kg 产品所产生的废物的量（E因子概念由荷兰著名教育家、合成化学家 Sheldon, Roger A.提出）用 E 因子表示一个化学过程对环境的影响似乎显得过于简单化。对于一个化学过程来说，不仅要看它产生废物的多少，而且要了解这一过程的基本特征，其中化学过程中产生的废物毒性的大小就是一个未被考虑的因素。有人为了更接近实际，用Q来修正E，即用EQ来描述一个化学过程对环境的影响。例如，把一个化工过程中产生的付产物NaCl和(NH4)2SO4（基本上无毒的付产物）的
5、Q值指定为 1，那么，一些毒性很大的付产物如重金属的盐的Q值就可能达到100-1000。八十年代以来，整个社会人们的环境意识在不断增强。,“废物综合治理” (integrated waste management)。“零排放工厂”(zero emission plants)，“环境友好加工”(environment friendly process)，“原子经济” (atom economy)。“绿色合成”(green synthesis)已成为人们的热门话题。“绿色合成”，是国际上形成的一种新的环保潮流。近年来，人们的环保意识迅速增强，绿色合成技术的开发责无旁贷地落在合成化学家的肩上。199
6、5年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”；第一届“总统绿色化学挑战奖”于1996年7月在华盛顿国家科学院举行；1999年1月，英国皇家化学会创办“Green Chemistry”国际杂志；2000年，受RSC Salters Company、Jewood Charitable Foundation. DTI和DETR等资助, 英国开始颁发绿色化学奖。我国也十分重视绿色化学的研究。,绿色合成技术，是人们环保行动战略由被动向主动转移的转折点，是从化学反应入手从根本上减少环境污染的合成技术。P. T. Anastas和J. C. Warner提出绿色化学十二原则。它们要求采用无毒
7、无害的原材料，溶剂和催化剂。通过高选择性化学反应，在原材料、能量消耗最少、产污系数最低的情况下，高产率、高质量地产出预期的化学品。绿色合成技术是化学合成中的高效率合成技术，理所当然地成为合成技术发展的战略目标。,Free template from ,7,一、绿色化学,新试剂、新反应、新方法和新技术的应用， 使有机合成路线更简捷、更有效、更绿色化。,Free template from ,8,绿色化学的含义,绿色化学（Green Chemistry）环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）环境友好化学（Environmentally Friendly C
8、hemistry）清洁化学（Clean Chemistry） 设计和生产没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。 化学过程：最终产物、原材料、转换反应和试剂、反应条件 涉及内容：化学合成、催化剂、反应条件、分离分析和监测,Free template from ,9,绿色化学的图示,绿色化学十二原则 (P. T. Anastas和J. C. Warner)：1. 防止污染优于污染治理 指导思想，理念实行“污染预防”新策略，改变传统的化学思维和发展模式，将传统的“先污染，后治理”改变为“从源头上防止污染”，从根本上避免和消除对生态环境有毒有害的原料，催化剂、试剂
9、和溶剂的使用，以及副产物的产生，使化学反应具有原子经济性，实现废物的“零排放” 。这样,既可以合理利用资源和能源，既能带来环境效益，又能产生经济效益. 2. 提高合成反应的“原子经济性” 合成路线设计“原子经济性”的概念由美国著名化学家B. M. Trost 于1991年提出改变传统的以产物百分收率评价化学反应优劣的观念；而以反应中反应物原子的利用效率为标准 .即,高效的合成反应应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标分子中，没有副产物的生成。“原子经济性”观念是绿色化学的最重要原理之一。,3. 在合成过程中，尽可能不使用和不产生对人体健康和环境有害的物质试剂和原材料的选择在合成
10、过程中，尽可能不使用挥发性大、腐蚀性高、易燃、易爆、高毒的试剂等, 并尽可能避免在反应过程中产生这样的物质. 4. 设计安全的化学品产品设计根据化学产品的生命周期进行评价。首先该产品的起始原料应尽可能来自可再生资源，然后产品本身必须不会引起人类健康和环境问题，最后当产品使用后，应能再循环或易于在环境中降解为无毒无害的物质。实际上，任何化学品往往很难达到完全无毒无害。因此，设计安全化学品应该是在这些产品被期望功能得以实现的同时，将它们的毒害作用降到最低限度。 5. 使用无毒无害的溶剂和助剂溶剂的选择常用的有机溶剂如：二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯和芳香烃被疑为致癌物， 而含氯氟烃（CFCs）被认为
11、是破环大气臭氧层的凶手。使用无毒无,害的溶剂和助剂，包括超临界流体、液体水、离子液体等，此外还包括一些无溶剂反应和固态反应6. 合理使用和节省能源工艺设计减少热反应, 开发“冷反应” (光化学反应、电化学反应, 生化反应等)电化学合成技术用电子代替化学反应中的氧化剂和还原剂在清洁合成中独具魅力。7. 尽可能利用可再生资源原料的选择生物资源，农产品的废料利用。如: 植物纤维素的生物降解合成(如: 聚乳酸等，广泛用作食品包装材料和生物医学材料 )8. 尽可能减少不必要的衍生步骤工艺设计直接合成, 减少保护和去保护步骤, 催化合成(特别是生物催化) 9. 采用高选择性的催化剂催化剂的选择化学催化剂(
12、种类繁多), 生物催化剂(酶, 微生物, 抗体),10. 设计可降解的化学品产品设计Donlar 公司开发聚天冬氨酸（TPA）替代聚丙烯酸（PAC）作为工业水处理的阻垢剂; 聚磷腈作为生物医学材料; 聚乳酸用作一次性包装材料等 11. 防止污染的快速检测和监控工艺过程监控反应过程监控分析做到及时快速如: B.Subramaniam采用气相色谱（GC）在线定量分析监控1-丁烯/异丁烷的烷基化反应 12. 防止事故和隐患发生的安全生产工艺工艺设计尽量避免易燃、易爆、高毒、高蒸汽压的化学品 1984年印度博帕尔市郊一家美国联合碳化物公司的农药厂光气贮罐泄漏，造成4000多人死亡，32万人中毒Mons
13、anto公司开发出用二氧化碳和胺直接合成异氰酸酯和氨基甲酸酯，避免光气的使用(碳酸双三氯甲酯也可替代光气, 称为固体光气)。Dopunt公司开发成功用一氧化碳将胺直接羰基化合成异氰酸酯。,Free template from ,14,绿色反应,高效率的反应 绿色原料、绿色试剂 绿色溶剂：无溶剂、水、离子液体、超临界CO2 绿色催化剂：手性催化剂、酶、固相催化剂、PTC 绿色反应条件：微波、超声波、串联反应,Free template from ,15,各国重视情况,美国：1995年国家环境技术战略、1996年总统绿色化学挑战奖（学术奖、小企业奖、新合成路线奖、新反应条件奖、无害化学产品设计奖）
14、 日本：新阳光计划 简单化学 德国：1997年“为环境而研究”计划 英国：2000年绿色化学奖 中国：1997年“国家重点基础研究发展规划”，绿色化学的基础研究为其支持的重要方向之一,Free template from ,16,化学合成技术的绿色化包括反应物的绿色化、化学合成反应的绿色化、工程技术的绿色化以及产品的绿色化等,1 化学反应物的绿色化尽可能采用无毒、无害的原料尽可能利用可再生资源为原料物质循环和原子经济利用,2 化学反应的绿色化 尽可能不用或少用有毒有害的溶剂和助剂，或采用环境友好的溶剂和助剂。例如：开发固态化学反应，无溶剂的液态化学反应，以水为介质的有机合成，以及超临界流体、离
15、子液体、近临界水为溶剂的合成反应等等。,化学合成技术的绿色化评价范围, 发展新型、高效、高选择性的催化剂和催化技术，以简化工艺操作，提高反应的原子经济性。例如，采用安全的非均相催化剂替代均相催化剂(均相催化剂的固载化, 水基反应；酶催化等)，固体催化剂（如: 分子筛、杂多酸等 ）替代传统的有害液体催化剂等。 优化反应途径，发展绿色合成，加强绿色技术的耦合，以提高资源和能源的利用率。例如，不对称催化合成、仿生合成、光化学合成、声化学合成、电化学合成、微波合成等均属环境友好的绿色合成技术。加强计算机模拟仿真合成技术，对于节省资源和能源，提高合成效率，缩短开发周期，意义极为重要。如Auburn大学E
16、I-Halwagi开发的环境可接受的反应（EAR），美国化学工程师学会（AIChE）等开发“清洁过程咨询系统” (CPAS)，都是典型的实例。 改革工艺过程和操作，实施清洁生产工艺。,3、工程技术的绿色化发展生物工程技术，膜技术等新型反应工程技术。开发微化工技术例如，利用微反应器可控制反应方向，提高反应的选择性所使用的微反应器包括环状配体化合物的空穴（环糊精、冠醚、杯芳烃等），分子聚集体（胶束、反胶束、LB膜、囊泡、液晶）以及多孔固体（分子筛、硅胶、氧化铝、黏土等）。微化工技术能显著提高过程效率，节省资源，降低能耗，防止污染，有利于可持续发展。强化化工技术的耦合例如：反应与分离的耦合（如催化精
17、馏、反应结晶等），分离技术的耦合（如萃取精馏、吸附精馏、精馏结晶、熔融结晶等）将是解决资源利用流程长、效率低等非绿色过程的重要技术。强化物质流程、能量流程、信息流程等优化集成。,4、产品的绿色化产品的绿色化就是指安全的化学品，又称绿色化学品。即从整个生命周期来看，该产品的起始原料应尽可能来自可再生资源的原料，,而产品本身必须不会引起环境或健康问题; 当产品使用后，应能再循环或易于在环境中降解为无害物质。,Free template from ,21,原子经济性,1991年Trost提出 合成效率：选择性 + 原子经济性选择性包括：化学、区域、非对映和对映选择性原子经济性：原料分子中有？%的原子
18、转化到产物中 理想的原子经济性反应，反应物中的所有原子都进入目标产物，原子利用率为100%。零排放 原子经济性(%) = (被利用原子的质量 / 反应式中所使用的全部反应物分子的质量)*100%,Free template from ,22,原子利用率,原子利用率(%)= (目标产物的摩尔质量/化工工程中产物的所有物种的摩尔质量之和) *100%化学收率 =获得的目标产物的质量 / 理论上应获得的目标产物的质量Wittig反应原子利用率仅为4%环境因子E = 废物质量 / 目标产物质量,绿色化学品评价体系由产品的基本属性、环境属性、资源属性、能源属性和经济属性等部分构成.,绿色化学品评价体系,
19、基本属性 主要包括毒理学评价、技术先进性、产品的功能指标和质量指标等，使其对人体健康有益，对社会无害，性能和技术先进。 环境属性 是指在产品的整个生命周期内不破坏生态环境，对环境不产生污染或使污染最小化。 资源属性 这里所说的资源指广义资源，包括材料资源、设备资源、人力资源和信息资源等，其目的是改变对资源无限制的开发利用和粗放的经营模式，使资源利用率达到最高。 能源属性 主要表现为合理使用能源，最小的能耗，最高的利用率，以及利用可再生能源和绿色能源。 经济属性 在产品整个生命周期中具有最低的成本消耗。,评价指标,原子经济性: 高效的有机合成反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目
20、标分子中，达到零排放。即: 原子利用率 达到100%,得到的目标产物的量,原子经济性（AE）= 100% 各种反应物质量的总和,环境因子或环境系数: 每产出单位重量的产物所产生的废弃物的量,E- 因子 = 产物的量,产生的废弃物的量,E-因子越大意味着废弃物越多，对环境负面影响越大，因此E-因子为零是最理想的。实际上, “零排放”是很难实现的。这是因为, 化学反应和过程复杂多样，大多数有机反应存在可逆反应, 原材料很难完全被利用, 实际产率总小于100 %。所以, E-因子必须从实际出发求出。另外, 化学反应除新产生的废物E1外, 为使某一昂贵的反应物充分利用，往往将另一反应物过量，此过量物必
21、然会排入环境而导致废物E2；在制,备过程中常采用保护和去保护技术, 由此产生废物E3；分离产物时往往采用酸化和碱化步骤，从而生成无机废料E4；由于分离技术限制，常常不能达到完全分离，以至部分产物随副产物进入环境，构成废料E5；在分离单元操作中使用一些溶剂，因不能全部回收而对导致废料E6。如此等等. 因此, E应等于上述各项废物之加和:E = Ei = E1 + E2 + E3 + E4 + E5 + E6 + 在缺乏Ei 等实验数据时，可用原子经济性或质量强度计算E值。上面对E-因子的讨论，只考虑了废物的量，并未考虑物质的毒性大小，这与实际情况还有较大差距应该说，它还不是评价一个化学反应对环境
22、影响的真正合理指标。,Free template from ,27,常见合成反应的原子经济性,重排反应 A B 构成反应物分子的原子通过改变化学的位置、连接以及键的形成方式从而产物一个新分子的反应。Claisen重排Beckmann重排,Free template from ,28,加成反应 A + B C不饱和分子与其它分子相互加合生产新分子的反应。反应中发生了不饱和键的断裂和键的形成。亲电加成、亲核加成、催化加氢、环加成。,Free template from ,29,取代反应 A + B C + D有机分子中原子或基团被其他原子或基团所取代的反应。亲核取代、亲电取代、游离基取代,Free
23、 template from ,30,A C + D （消除反应）在有机分子中除去两个原子或基团而生成不饱和化合物的反应。按消去原子或基团所处的位置，分为：-、-、-消除,Free template from ,31,周环反应经过一个环状过渡态的协同反应，即在反应过程中新键的形成与旧键的断裂是同时发生的。电环化反应、环加成反应、-迁移反应。,Free template from ,32,氧化还原反应氧化反应的原子经济性较差还原反应：催化加氢电化学氧化还原,6. 绿色合成技术开发策略从上面的描述可以看出，绿色化学实行的是“污染预防”的新策略，改变传统的化学思维和发展模式，将传统的“先污染，后治理
24、”改变为“从源头上防止污染”，从根本上避免和消除对生态环境有毒有害物质. 这样, 绿色合成技术的实施要求采用无毒无害的原材料，溶剂和催化剂。通过高选择性化学反应，在原材料能量消耗最少、产污系数最低的情况下，高产率、高质量地产出预期的化学品。绿色合成技术是化学合成中的高效率合成技术，理所当然地成为合成技术发展的战略目标.为了实现绿色合成战略，在合成策略上，必须自始至终贯彻“简洁”的原则；即合成路线设计的简短化和合成工艺的简单化。Brevity the soul of synthesisSheldon, Roger A.简洁，是合成的灵魂。著名合成化学家，不对称催化环氧化反应的发明者 Sharpl
25、ess (2001年Nobel化学奖得主)在印度一次国际学术会议上,发表演讲后、回答一位记者的采访时说：“我个人认为，大分子冗长而多步骤的合成尽管很优秀，但它的价值总是有限的，它是发现重要新反应中最缺乏效率的途径。”（世界科学，1997，9）。这就是说，尽管经过十几步甚至数十步才能得到目标产物的合成路线是高度艺术的，它在工业上确是毫无实用价值的。合成路线冗长，势必消耗大量的化学物种，产生大量的化学废物，且产物的收率随着反应步骤的增多迅速降低；在不少复杂分子的合成中，产率只有百分之几、甚至更低，这与绿色合成是格格不入的。对于任何一种目标分子的合成而言，尽量缩短合成路线才是降低 E 因子（产污系数
26、）、提高原子利用率（atom utilization ratio, 数值上等于预期产物的分子量与产生的所有物种分子量的总量之比）的最有效手段。原子利用率是生成特种产物的不同路线产出废物多少的一种量度，它是环境优雅程度的一种数学表达。尽可能提高原子利用率是原子经济的准则。例如：下面合成环氧乙烷的三条路线中，A, B和C的原子利用率分别为25%, 100%和100%：,A,B,环氧乙烷的绿色合成 (B 和 C ),C,为了实行绿色合成战略，在合成路线的设计中必须贯彻高选择性和原子经济性相结合的原则。高选择性是指反应的化学选择性（chemo-selectivity），区域选择性（reginosele
27、ctivity）和立体选择性（stereo-selectivity）（含对映选择性和非对映选择性：enantioselectivity 和 diastereoselectivity）。在过去的数十年中，元素有机和金属有机化学的发展为化学合成提供出许多高选择性试剂。如：由-蒎烯制成的手性硼氢化试剂二蒎烷基硼烷对于二取代烯烃有极高的区域选择性和立体选择性如，在硼氢化 2丁烯时，其对映体选择性大于98% ee ：,通过不对称硼氢化-氧化制手性醇,高选择性试剂带来高选择性反应，它们在有机合成，特别是在精细有机化学品的合成中发挥重要作用。然而，这些试剂在高选择性反应的同时，却常常产生大量“废物”(当然有
28、的可以回收再用)；从合成效率（synthetic efficacy）来看，原子利用率是相当低的。如在上面的反应中，由-蒎烯制得的手性硼氢化试剂二蒎烷基硼烷对目标产物的直接贡献就是在原料的烯键上加入一个氢原子；它的原子利用率只有约0.35%(1/286)；整个反应的原子利用率为17.8%。再如，Wittig 反应是在精细有机合成中非常有用的将羰基转化为烯键的反应。但是，在这种类型的反应中，只有很小比例的质量数被利用，原料的绝大部分变成了“废料”。例如在下面的反应中，质量数高达266的膦叶立德只有14份质量的亚甲基参与生成目标分子，原子利用率只有约5.26%；整个反应的原子利用率约为17.3%；,
29、因而，在合成技术的开发研究中，如何开发出既具有高选择性又具有原子经济性的合成反应是对合成化学工作者能力的挑战！,为了实行绿色合成战略，在合成设计中必须尽量采用催化技术（均相催化技术和非均相催化技术，生物催化技术，电催化技术，光催化技术，超声波催化技术，微波催化技术，手性催化技术等），尽量避免保护与去保护步骤；尽量减少不必要的衍生化步骤；尽量减少副产物（特别是有毒的副产物）的生成（如：用催化烯烃过氧化氢环氧化代替过氧酸或它们的盐或烃基过氧化氢环氧化，Lane, B. S.; Burgess, K. Chem. Rev., 2003, 103, 2457 ）为了实行绿色合成战略，在原料的选择上必须
30、尽量采用无毒、无害、环境友好或可循环使用的原材料（试剂、溶剂、催化剂、助剂等），利用天然产物或可再生资源为了实行绿色合成战略，在工程技术的选择上必须尽量利用新型反应工程技术（均相催化技术，非均相催化技术，相转移催化技术，组合合成技术，生物工程技术，膜技术，现场检测技术，自动化控制技术，微化工技术等），避免高温、高压和极限操作，使合成反应尽量在常态下进行，使目标产物与副产物容易分离为了实行绿色合成战略，在立体选择性合成中，拆分和立体选择性步骤的实施，必须在尽可能早的阶段进行 （见第三章）为了实行绿色合成战略，应当注重多种合成技术的组合,6 绿色合成技术方法实行化学绿色合成战略，必须开发原子经济反
31、应，使用绿色合成技术。它们包括设计简短的合成路线，选用“绿色化”的起始原料和试剂，采用无毒、无害的高效催化剂，使用无毒、无害的溶剂和选用高效的分离方法。应当尽量选用在生物和物理方法基础上发展起来的合成技术和化学合成新技术即：生物合成技术，电解合成技术，光合成技术，超声合成技术，微波合成技术，固态合成技术，无溶剂合成技术，离子液体技术，组合化学合成技术，多组分合成技术，”一锅”合成技术等。所有的合成，应该尽可能地采用水基反应。那就是说，在可能的情况下，尽量避开有机溶剂或以水代替有毒的有机溶剂（二氯甲烷、氯仿、乙腈等）作为基本反应介质进行反应。这主要有两条原因：其一，水是无毒的、最廉价、最容易利用
32、的反应介质；其二，有机化合物的绝大多数在水中溶解度较小，易于分离。例如，原来用有机过氧化物（过氧酸、过氧醇等）在有机溶剂中进行的氧化反应可考虑用过氧化氢水溶液代替（这样，试剂中的氧利用率高，副产物只有水），或者用电解合成技术（用电极反应代替氧化还原反应，省去氧化剂）代替，或用生物合成技术（氧化酶）,代替。对于其它一些不能在水相进行的反应，可考虑采用相转移催化技术（Phase Transfer Catalysis），离子液体技术等。合成设计理念上,应该有尽可能高的原子利用率. 在前面的章节中曾经指出，原子利用率是合成效率最重要的指标之一。绿色化程度最高的合成技术中，原子利用率应该达到100%。根
33、据这一原则，高度选择性的加成反应（如：烯、醛、酮、亚胺、肟醚的选择性氢化反应，卤化反应，Diels-Alder 反应，氢胺化反应，氢氰化反应，胺羰化反应，环氧化反应，环丙烷化反应，氮杂环丙烷化反应，环氧化物开环反应，胺羟化反应，二羟基化反应,不对称直接aldol加成反应,不对称氢甲酰化反应等）、高度专一化的异构化反应（Claisen 重排反应，Beckmann 重排反应, 烯键移位反应等）、环化反应（周环反应，光环化反应等）等是优先考虑的对象。缩合反应、取代反应和消除反应常常伴随着小分子的失去，是原子利用率减少的反应类型，应该尽量少用。凡是利用化学氧化剂和还原剂的氧化、还原反应，应该尽可能地用
34、生物合成技术或电解合成技术替代。下面是一些绿色合成的例子。,环氧化合物是非常有用的中间体传统的催化环氧化大多是利用酸或碱做催化剂，产污系数高2001年，Burgess等人报道了在MnSO4_ NaHCO3 催化下端烯用H2O2在H2O-DMF(或ButOH)体系中（pH=8）环氧化合成环氧化合物的方法（Lane, B. S.; Burgess, K. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2933），使取代烯烃环氧化的绿色化程度明显提高。后来，香港理工大学 Chan 等人改进了催化烯烃过氧化氢环氧化的方法其特点是用一种离子液体（氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑盐，1-butyl
35、-3-methyl- imidazolium tetrafluroborate，BMIm+BF4-）作为不溶解于水的亲脂底物的有机助溶剂。这种离子液体和水中催化量的MnSO4，N(CH3)4HCO3 (TMAHC) 组成一种活性催化体系；当H2O2 加到这种体系中的时候产生过氧碳酸氢根离子HCO4（peroxymonocarbonate, 13C NMR 光谱由160.9 ppm 移到157.9 ppm），它将各种烯烃容易地转化为相应的环氧化合物，在许多情况下转化率和收率几乎是定量的（表 1）在产物萃取之后，这种离子液体至少可以利用十次。尽管为了保持活性，在数次循环之后必须补加MnSO4，它仍
36、然不失为一种价廉的，可循环使用的，催化的和环境友好的制备方法. Kit-Ho Tong, Kwok-Yin Wong, Tak Hang Chan, Org. Lett., 2003, 5, 3423),H2O2在MnSO4-N(CH3)4HCO3-BMIm+BF4-体系中氧化烯烃制备环氧化合物,己二酸是制备尼龙66的关键中间体。每年大约有190多万吨己二酸被用于尼龙66的生产。 己二酸的大多数工业制法是以石油精练得到的苯为原料的（图 ）。苯具有高毒性；氢化要用贵金属作催化剂，氧化用到毒性大的氧化剂，且在最后一步氧化中，要用到硝酸，从而导致了一氧化二氮副产物的生成。据估计，由于己二酸的生产，大
37、气中一氧化二氮的含量每年将增加10%。造成严重大气污染。后来, Dr. J. H. Teles (BASF)改进了制备工艺, 使生成的一氧化二氮在排放到大气中之前进行分解, 向己二酸的绿色化生产迈出了可喜的一步.,Godt, H. C. Jr. et al J. Am. Chem. Soc. 1956, 78, 1461,图 传统法生产己二酸,为了己二酸的绿色化生产，BASF 和ARCO 公司先后建立了1,3-丁二烯的催化加氢羰基甲氧基化制备工艺（图 ）和氧化羰基化工艺（图 ）, 在水解步骤中，收率分别为77.5%和99%。这两条路线较之传统制法有很大进步，不用苯为原料，原子利用率较高，且避免
38、了一氧化二氮对大气的污染。但它们仍不理想，它们都需要在较高温度和压力下操作。,图 1,3-丁二烯的催化加氢羰基甲氧基化制己二酸(BASF),图 1,3-丁二烯的催化氧化羰基化制己二酸(ARCO),通过分子筛催化合成己二酸,下面是制己二酸的两条绿色化程度较高的方法在上面的方法中，环己烯的利用率几乎100%，没有有害物质生成。这种方法容易实现工业化最近，Thomas等人利用由85% H3PO4，氢氧化铝水合物，75%的二异丙氧基双(2,4)-戊二酸钛和氢氧化四乙铵制成具铝磷酸钛骨架的的分子筛TAPO-5 （下图 ）在无溶剂条件下催化环己烯的过氧化氢氧化也成功制取己二酸。,相转移催化合成己二酸 Sa
39、to, K. ; Aoki, M. ; Noyori, R. Science, 1998, 281(11), 1646,Sang-Ok Lee, Robert Raja, Kenneth D. M. Harris, John Meurig Thomas,* Brian F. G. Johnson, Gopinathan Sankar Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 1520,微生物催化合成己二酸,Kazuya Yamaguchi, Mitsunori Matsushita, and Noritaka Mizuno* Angew. Chem. Int. Ed.,
40、2004, 1576,腈直接水化合成酰胺,K. M. Draths，J. W. Frost, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116(11), 399,1,2-二醇的一条绿色合成路线,通过催化氢胺化制胺,通过丙炔催化羰化甲氧基化制备甲基丙烯酸甲酯,碳酸二甲酯是一种环境友好的反应物，它无毒且可生物降解。它可以在一些反应中代替卤甲烷、硫酸二甲酯和光气完成甲基化（methylation）和甲氧羰化反应 (methoxycarbonylation)；在这些反应中，副产物是甲醇和二氧化碳，没有无机盐产生，预期产物选择性高，易于纯化分离。碳酸二甲酯的传统制法是用光气和甲醇在碱存在下反应（图
41、 ）。在这种制法中不仅使用了高毒的光气，产生出大量盐水给环境造成污染，而且原子利用率较低（37.8 %）。,图 甲醇碱催化羰化制碳酸二甲酯,Romano, U.; Rivetti, F.; Muzio, N. D.(italy), US 4318862; Nisihra, K.; Mizutare, K.; Tanaka, S. (UBE Industral. Japan，EP. Patent Appl. 425197),1979年后，Romano 等人发明了在铜盐催化下由甲醇和一氧化碳氧化制碳酸二甲酯的方法(图），副产物只有水，不仅消除了无机盐，而且原子利用率大大提高（83.3%）。,图 甲
42、醇铜盐催化羰化氧化制碳酸二甲酯,通过电解-不对称催化氢化制 (S)-布洛芬,7 催化合成通向绿色合成的成功之路从上面的一些例子可以看出，所有的绿色合成，都是催化合成；但不同催化体系，绿色化程度是不同的。催化合成（catalytic synthesis），顾名思义，是在催化剂参与下的合成过程。催化合成，在现代有机合成，特别是绿色有机合成中占有特别重要的地位。但过去很长一段时间，化学家不知为什么将催化与合成割裂开来研究，似乎催化是物理化学家的领地，而不是合成化学家涉足的地方；这就必然阻碍催化化学和合成化学的发展。催化是合成的生命线。在七十年代以后，化学家注意在催化与合成的结合上狠下功夫，使得催化合
43、成成为化学化工领域中最具活力的领域。现在，催化已成为化学工业的坚强支柱，在现代化学工业中，80%以上的化学过程是催化过程。催化合成，一般都具有合成路线短、不用或少用危险试剂、条件温和、选择性高、副产物少的特点。利用催化合成，可以使用最少的原料、在最短的时间内、生产出最大量的预期化学品；因此催化合成技术是一种多快好省的合成技术。事实上，催化合成是实现绿色合成的最好途径。在一些催化合成中，反应的选择性和原子利用率均可达到 100%的水平。下面再举几个通过催化反应实现大宗化工产品绿色合成的例子。,上述催化合成的原子利用率几乎均达到100%，并且具有很高的化学选择性。催化合成，根据催化过程中采用的催化
44、剂的种类、催化手段及催化反应的属性被分为均相催化（homogeneous catalysis）、非均相催化(heterogeneous catalysis)、相转移催化（phase transfer catalysis, PTC, 非均相催化之一种）、生物催化(biological catalysis)、不对称催化(asymmetric catalysis)、电催化(electronic catalysis)、光催化(photocatalysis)、声,催化(sonocatalysis)、微波催化(microwave catalysis)等许多类型；催化合成在大宗化学品（commodity c
45、hemicals）和精细化学品的合成中，过去和现在都发挥了重要作用；特别是在合成技术向绿色合成发生战略转移的今天，催化合成必定是绿色合成技术的重要方向。在催化合成技术的开发研究中，由过渡金属有机配合物构成的催化体系一直是人们争相研究的热点，并取得很大的进展。现在，一些过渡金属介入的催化体系应用于某些氢化反应(hydrogenation)、氢甲酰化反应(hydroformylation)、环加成反应（cyclic addition）、质子迁移的成环异构化反应（prototropic cycloisomerization）、炔烃的异构化反应（alkyne isomerization）、烯炔偶联反应
46、（coupling reaction of alkene and alkyne, alkene-alkyne coupling）等已实现原子经济合成。另一方面，非金属催化的一些反应也实现了原子经济合成。,过渡金属催化的原子经济 合成,过渡金属催化的绿色合成反应,应该指出，过渡金属介入的催化合成中，中心金属配体的选择是至关重要的。由于一些过渡金属，特别是一些稀有的重金属（如：Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt）高昂的价格和毒性以及配体合成的复杂性，大大限制着它们在有机合成中的实际应用。有鉴于此，制备容易、高效低毒的单组分小分子催化剂促进的合成反应的研究成为近年来合成技术开发的另一支生力
47、军在有机小分子催化的反应中，L-proline是有代表性的但L-proline在一些反应中的催化效率并不理想；于是，人们合成了它的一系列衍生物，使催化活性大有提高如：在医药、天然产物等领域有广泛应用前景的 手性-羟基酮类化合物的合成,另一方面，生物催化和通过物理方法催化的合成反应常常可在化学催化剂不存在的清洁、无毒、温和条件下进行；在现代合成技术、特别是绿色合成技术的开发中的地位显得愈来愈重要。近年来，电解有机合成，光化学合成，生物合成，超声合成，微波合成等合成技术取得重要进展，有的已经或正在准备应用于精细化学品的工业生产中。在有机合成技术的开发研究中，化学工作者必须更新旧的观点。大家都知道，
48、亚里士多德有一个著名的理论“反应只能在溶剂存在下进行”；这个理论对化学科学的发展产生了很大的影响。然而，化学反应真的离开溶剂就不能进行吗？非也。例如，人体内无时无刻不在进行着多种多样的化学反应，而这些反应大多不是在溶液中进行的，而是在固相中或固液条件下发生的，象食物在肠胃中的消化、细胞的增殖和死亡、变异和转化等。事实上，有不少化学反应在固相中进行比在溶液中进行更有效。如：固体酯的碱性水解，2-萘酚的氧化偶联（2-萘酚在大量热水中用FeCl36 H2O 氧化收率52%；而将二者的固体混合物于50加热2 h，收率95%）等。我们对联-2-萘酚与L-脯氨酸的固态反应进行了考察，发现，二者的粉状混合物于50-80处理3 h 得到的光活性联-2-萘酚的收率及光学纯度几乎与在苯中回流24 h 的结果相同。固体碱催化的芳醛与甲基酮的反应可以高度化学选择地生成3-羟基酮或1，2，3，4，5-五取代环己醇。,
