淺談綠色有機(jī)合成的研究現(xiàn)狀與展望

蘇振明　王鵬　叢亞鳳　孫維維

摘 要：過去，我國(guó)化學(xué)工業(yè)在生產(chǎn)加工過程中，為了可以降低生產(chǎn)成本，獲得更多的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，選用有毒的劣質(zhì)原材料，從而對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。現(xiàn)如今，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平得到提高，對(duì)環(huán)保的意識(shí)也越來越強(qiáng)。但是，我國(guó)的生態(tài)環(huán)境遭到各種化工生產(chǎn)重大的破壞，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)迫在眉睫。與此同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到綠色有機(jī)化學(xué)合成的重要性。本文研究探討了綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的概述和方法，也探討了我國(guó)機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的問題和解決措施，同時(shí)也展望了未來，我國(guó)有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：綠色;有機(jī)合成;研究

0 引言

有機(jī)合成化學(xué)是有機(jī)化學(xué)乃至整個(gè)化學(xué)學(xué)科中極富創(chuàng)造性的研究領(lǐng)域之一，是創(chuàng)造新分子的主要手段和工具。百年來，有機(jī)化學(xué)家利用天然資源或簡(jiǎn)單有機(jī)分子，通過一系列的化學(xué)反應(yīng)合成了具有特殊性能或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物。在促進(jìn)染料、藥物、香料、合成材料等精細(xì)化工的崛起中產(chǎn)生了巨大的影響，并為現(xiàn)代社會(huì)提供了醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和各種有機(jī)材料，也向人們展示出無比誘人的前景，成為有機(jī)化學(xué)中最活躍和最富有生命力的分支學(xué)科。

1 概述綠色有機(jī)合成

談到綠色有機(jī)合成，相信大家都是非常陌生的。其實(shí)，綠色有機(jī)合成是廠家生產(chǎn)加工的時(shí)候，從選擇原料，加工過程，到產(chǎn)品都必須要實(shí)現(xiàn)綠色化。在這個(gè)過程中，需要做到三個(gè)方面的綠色化，分別是溶劑的綠色化、原料的綠色化以及催化劑的綠色化。下面就跟大家具體介紹一下每種綠色化。其一，溶劑的綠色化。這種綠色化技術(shù)包括的化學(xué)元素有水溶劑、離子液體、超臨界液體以及超臨界二氧化碳等等。其二，原料的綠色化。這種綠色化技術(shù)要求所有的原料在加工中不會(huì)散發(fā)有毒氣體或者有毒物質(zhì)，比如：甲醛、放射性物質(zhì)以及苯等等。其三，催化劑的綠色化。這種綠色化包括的化學(xué)元素有金屬催化劑、固體酸催化劑以及酶催化劑等等。并且綠色有機(jī)合成方式是通過使用物理方法，促使產(chǎn)品在加工過程中出現(xiàn)多組、化學(xué)和串聯(lián)反應(yīng)。一般來說，科學(xué)家在研究綠色有機(jī)合成的時(shí)候，主要圍繞三個(gè)方面展開，也就是催化劑、原料和溶劑的綠色化。而且包括一些先進(jìn)的工程和技術(shù)，比如：細(xì)胞、基因、微生物和酶工程，生物、超聲波、膜以及微波技術(shù)等。那么，這些先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，在很大程度上，可以促使我國(guó)綠色有機(jī)合成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的越來越好。

2 合成藝術(shù)時(shí)期

如果說經(jīng)典有機(jī)合成是理論基礎(chǔ)，特殊反應(yīng)則是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。隨著新反應(yīng)的不斷發(fā)現(xiàn)，合成技巧不斷積累，化學(xué)反應(yīng)理論也不斷有新的突破。這個(gè)時(shí)期已不能滿足于合成出一個(gè)化合物，而更加注重于合成的技巧，因此，1917-1972年期間有機(jī)合成化學(xué)也就變成了一門合成藝術(shù)。1917年，羅伯特·魯賓遜（Robinson）創(chuàng)造了簡(jiǎn)短的托品酮合成法，該法是有機(jī)合成中的經(jīng)典路線之一，用丁二醛、甲胺和3-氧代戊二酸為原料，利用曼尼希反應(yīng)，僅通過3步反應(yīng)（一鍋反應(yīng)）就合成了托品酮，產(chǎn)率可以超過90%。達(dá)到了合成反應(yīng)與技術(shù)研究的突破。1928年，德國(guó)化學(xué)家狄爾斯（P.H.Diels）和他的學(xué)生阿爾德（K.Alder）發(fā)現(xiàn)了雙烯合成的反應(yīng)，即狄爾斯—阿爾德反應(yīng)。由共軛雙烯與烯烴或炔烴反應(yīng)生成六元環(huán)的反應(yīng)，它是有機(jī)化學(xué)合成反應(yīng)中非常重要的碳碳鍵形成的手段之一，也是現(xiàn)代有機(jī)合成里常用的反應(yīng)之一。這個(gè)反應(yīng)對(duì)有機(jī)合成觀念起到顛覆作用，他們預(yù)言了該反應(yīng)日后將在天然產(chǎn)物合成領(lǐng)域的重大意義。狄爾斯—阿爾德反應(yīng)提供了制備萜烯類化合物合成方法，推動(dòng)了萜烯化學(xué)的發(fā)展。并在工業(yè)操作中獲得廣泛應(yīng)用，利用這一反應(yīng)可制備許多工業(yè)產(chǎn)品，其中包括染料、藥劑、殺蟲劑、潤(rùn)滑油、干燥油、合成橡膠和塑料等，因此狄爾斯和阿爾德獲得1950年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

3 綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

3.1 我國(guó)綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來，綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)是有機(jī)化學(xué)合成的主要研究?jī)?nèi)容，同時(shí)，由于各科聯(lián)系越來越緊密，所以，綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展，并不是一個(gè)行業(yè)的發(fā)展，而是聯(lián)系并促進(jìn)了整個(gè)社會(huì)的發(fā)展。與此同時(shí)，綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)不僅僅研究綠色與環(huán)保的意識(shí)，它還深入了其他領(lǐng)域，例如，生物領(lǐng)域。筆者經(jīng)過調(diào)查研究，得出了以下幾點(diǎn)大膽的猜想：第一，化學(xué)原子的利用將深入到惰性氣體原子的活性化學(xué)鍵中。例如，催化劑的催化作用的研究，是綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)的重大項(xiàng)目。第二，綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)在生物領(lǐng)域的深入研究。有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)有一天會(huì)作用于生物科學(xué)，研究人與有機(jī)化學(xué)之間的關(guān)系。

3.2 注重催化劑的選擇，加強(qiáng)綠色環(huán)保意識(shí)

相信大家都知道，在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)加工過程中，催化劑是必不可少的重要加工原料。近年來，隨著化學(xué)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)出現(xiàn)越來越多新興的催化技術(shù)或者催化材料。由此可以看得出來，在綠色有機(jī)合成中，催化劑的作用相當(dāng)大，也是不可少的。對(duì)于大多數(shù)化學(xué)工業(yè)來說，想要實(shí)現(xiàn)綠色化，必須要保證所選擇催化劑是無污染的。同時(shí)，因?yàn)槊复呋陨淼奶攸c(diǎn)非常強(qiáng)，比如：專一性強(qiáng)、條件無刺激以及效率高等。所以這種綠化催化劑是相當(dāng)理想的，也被社會(huì)上越來越多的人重視。

3.3 溶劑選擇超臨界二氧化碳

超臨界二氧化碳，簡(jiǎn)單來說，就是壓力和溫度在其臨界點(diǎn)上面的二氧化碳。相對(duì)于其它類型的二氧化碳來說，這種二氧化碳的明顯優(yōu)勢(shì)在于其具有普通液態(tài)溶劑的密度、傳播速度迅速以及氣體可以縮小等多個(gè)特點(diǎn)，而且其還具有價(jià)格實(shí)惠、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。通過超臨界二氧化碳介質(zhì)合成的產(chǎn)品，在有些情況下，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于價(jià)格一般的普通有機(jī)溶劑。這種方式的典型反應(yīng)包括二氧化催化氫化只甲酸，而我國(guó)傳統(tǒng)的溶劑是非均想反應(yīng)。但是在超臨界二氧化碳中，氫化屬于一種均相反應(yīng)，原子利用效率相對(duì)較高。

3.4 不斷改進(jìn)生產(chǎn)加工工藝

當(dāng)前，有些合成反應(yīng)是存在問題的，廠家為了可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，需要不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)綠色化的最終目標(biāo)。并且確保工作人員處理“三廢”的時(shí)候，不會(huì)出現(xiàn)任何的污染物質(zhì)，只有這樣，才可以有效避免污染情況的出現(xiàn)。另外，在生產(chǎn)工藝上，應(yīng)該堅(jiān)持綠色環(huán)保的理念，這樣不僅可以降低廠家的投資成本，而且保護(hù)大氣和自然環(huán)境。

3.5 加成反應(yīng)

2011年Shankarling等人共同提出，各種尿素類低共熔溶劑可做催化劑使用，能夠用在肉桂酸的綠色有機(jī)合成中。通常情況下，低共熔溶劑都具有堿性特征，能夠體現(xiàn)出較高的催化作用。將加成反應(yīng)中生成的適量乙酸酐及安息香酸衍生物等融合進(jìn)低共熔溶劑內(nèi)，在30攝氏度的溫度條件下加熱，就可生成一定量的肉桂酸衍生物，并且具有很高的產(chǎn)出率，基本處于63%-92%。與傳統(tǒng)的方法對(duì)比，也就是三水合醋酸鈉、乙酸酐、苯甲醛的比例是3：2：1，該加成反應(yīng)需要的溫度相對(duì)較低，可以節(jié)約大量的原料，并且消耗的能源也較少。2012年Azizi等人曾提出，在制備二硫代氨基甲酸酯的過程中，可以使用有尿素成本的低共熔溶劑。并且，Azizi等人還在研究中發(fā)現(xiàn)，在制備二硫代氨基甲酸酯的過程中加入含有尿素成分的低共熔溶劑，可提高化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)出率、降低成本并可縮短反應(yīng)時(shí)間。這就更加鮮明地突出了反應(yīng)過程的綠色性，高質(zhì)量踐行了綠色化學(xué)理念。在該過程中，沒有有機(jī)溶液的參與，這就大大降低了二硫代氨基甲酸酯衍生物合成中對(duì)環(huán)境帶來的不良影響，具有良好的環(huán)保效應(yīng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至是我國(guó)國(guó)民的日常生活需要，具有重要的作用。所以，大力發(fā)展綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，有利于綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)更加繁榮。綠色有機(jī)化學(xué)合成技術(shù)不僅能保護(hù)大氣層和生態(tài)環(huán)境不被污染，而且能提高產(chǎn)品原材料的利用率，減少成本的浪費(fèi)。

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