绿色有机合成的研究

绿色有机合成的研究

侯亚蒙

青岛科技大学化学与分子工程学院 山东青岛

摘要：综合应用各类有机反应及其组合、有机合成新技术、有机合成设计及策略以获得目标产物的过程就是有机合成。有机合成不仅仅与材料、生命、环保、能源四大支柱学科密切相关，也与我们的日常生活与社会现代文明息息相关。当代社会，随着人们对新材料和新药物的强烈需求、合理利用和开发资源，环境污染治理等可持续发展问题对有机合成提出了更高的要求。21世纪有机合成所关注的重点在于如何合成，而不仅仅是合成了什么分子，这就意味着有机合成的有效性、选择性、经济性、环境影响和反应速率将是有机合成研究的重点，并且绿色有机合成的研究将是重中之重。

关键词：有机合成；绿色化学；绿色合成

有机合成是一个极富创造性的领域，其是利用化学方法将原料制备合成新的有机物的过程。早期的有机合成主要是合成自然界中已存在的但含量稀少的有机化合物。后来根据结构与性质关系的规律性和实际需求，进一步合成了自然界不存在的、具有理论和实际价值的有机化合物。

1.开发“原子经济性”反应

当今化学合成关注的焦点在于合成效率。合成效率包括两个方面：一个就是原子经济性，即产物中到底有百分之几是由原料分子转化而来的，另一个是选择性。高度的选择性，及较好的原子经济性，并且原料分子中的原子利用率高是一个有效的合成反应应该具备的。理想的原子经济性的合成反应不需要附加，或仅仅需要无损耗的催化剂就能把原料分子中的原子百分之百地转变成产物。

例如在下列反应中：A+B→C+D，其中，C为产物。D为副产物。在原子经济性的反应中，D应减至非常小或接近零，即：A+B→C。目前，丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、乙烯直接氧化成环氧乙烷等有机原的生产已采用原子经济反应。

近年来微波有机合成技术作为一种新型有机绿色合成新技术迅速发展起来。他不能够使不同化学反应能进行，而且也能使提高一些化学反应的效率。微波加热属于体加热方式，其温度升高快，并且能够克服常规加热方式能量利用率低、温度分布不均匀等诸多缺点保持外温度相同，是通过电介质分子将吸收的电磁能转变为热能的一种加热方式。

2.选用更“绿色化”的起始原料和试剂

在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料，可以使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性。为了人类健康和社区安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。

　在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面。Riley等报道了工业上已开发成功一种由胺类和二氧比碳生产异氰酸酯的新技术。Manzer^[1]开发成功了在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生产异氰酸酯的工业化技术。Tundo报道了用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯^[2]的新方法。在固态熔融的状态下，采用双酚A和碳酸二甲酯聚合生产聚碳酸酯的新技术由Komiya^[3]研究开发了，它实现了两个绿色化学目标，一是不使用有毒有害的原料，二是由于反应在熔融状态下进行，不使用作为溶剂的可疑的致癌物一甲基氯化物，并且取代了常规的光气合成路线。

3.采用无毒无害的高效催化剂

高选择性、高效的催化反应比起化学当量的反应更符合绿色化学的基本要求。液体酸或碱由于价格便宜、催化效率高，是大部分有机合成反应中最常用的催化剂，但使用它带来的危害也大，它会严重腐蚀设备、大大污染环境、副反应多、后处理困难。研究和开发新型绿色催化剂作为克服传统催化带来的危害的研究，自然就成为目前最前沿的热点之一。

各种新型分子筛催化剂、固体超强酸或碱催化剂、杂多酸催化剂、夹层固体催化剂及相转移催化剂。这些对环境友好的新型催化剂的催化能力均优于传统的酸碱催化剂，目前正大量应用于有机合成中。

生物催化的核心是生物催化剂，如利用酶催化技术进行不对称化合物的合成，具有转化条件温和、选择性高、制造成本低等优势，是集生物学、化学和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，其在一些新产品的研制和新工艺的开发中发挥了重要作用。现在可以用生物技术进行合成的主要为有机酸如柠檬酸、衣康酸、葡萄糖酸等化工原料。

不对称合成是在不对称合成催化中最有效的方法。不对称催化可以提供环境友好的绿色合成方法，也是提供医药、农药、精细化工所需的关键中间体。催化不对称氢化反应、氢硅烷化反应、氢甲酰化反应、氢酯化反应、环丙烷化反应、环氧化反应、不对称酮还原反应、糖类衍生物催化反应和酶催化反应是催化不对称合成反应的主要内容。

4.总结

传统化学工业在增加环境压力的同时也在农药、聚合物、材料科学、去污剂、石油添加剂、水处理、废物处置等方面做出了巨大贡献。随着人类环境保护意识提高，人类对于提高生活质量及保护野生动物栖息地越来越强烈。“保护环境是可持续发展的重要内容，直接关系到全球经济建设的成败”。这是联合国环保小组反复强调的，也是人类需要重视的。绿色化学不仅可以提高资源利用率，减少资源浪费，而且还能实现“零排放”，对环境污染较少或达到不污染环境，它以“原子经济性”为基本原则。因此，绿色化学的基本原则是有机合成化学应该遵守的，有机合成化学应研究和发展对环境友好、造福全人类的新型化学。

参考文献：

[1] Trost B M.The at ome conomy are search for synthetic efficiency[J]. Science,1991,254:1471-1477.

[2] 雍胜利,李树颖. 微波在有机合成中的应用[J]. 包头师范学院化学学院，2005年03期

[3] Manzer S, Selva M, Tundo P. Dimethylcarbonate for ecofriendly methylation reaction[J].Chemosphere,2001,43(1)115-121.

[4] 肖翠玲,王艳花,董树生. 21世纪的绿色基础化学原料碳酸二甲脂[J]. 化工进展,2000,2:40-42,45.

[5] Komiya P, Jilia S S Const ant inos AT. An efficient method for the synthesis of 1,5 benzodiazepine derivatives under microwave irradiation without solvent [J]. Tetrahedron Letters,2002,43(2):1755-1758.

邮寄地址：侯亚蒙，山东省青岛市市北区郑州路53号，电话：17852320886，邮政编码：266045。