绿色化学引论
1环境科学与技术研究进展讲座
绿色化学引论
Introduction to the
Green Chemistry
绿色化学引论
2内容提要
一, 中国 21世纪的绿色科技
1,绿色科技的含义及其发展
2,环保事业对绿色科技的需求
二, 绿色化学引论
1,绿色化学的定义和发展简史
2,环境中的有毒化学品和事故危害
3,绿色化学的 12条原则
4,绿色化学研究的典型原理及其效果
5,有关绿色化学的专著和文献资料
6,前景和展望
绿色化学引论
3一, 中国 21世纪的绿色科技
§ 1,绿色科技的含义及其发展
? 可持续发展的基本国策促进了绿色科技的诞生，
绿色科技是国家为实现经济可持续发展实施的一
项技术战略。
? 绿色科技是以保护人体健康和人类赖以生存的环
境，促进经济可持续发展为核心内容的所有科技
活动的总称。无论从内涵和外延都超越了环境科
技，然而，它将保护自然资源和生态环境作为主
要价值目标之一，对我国环保事业发展将提供全
方位和系统的技术支持，对全国科技发展具有重
要指导意义。
绿色化学引论
4一, 中国 21世纪的绿色科技
¤国外绿色科技发展现状
? 近十年来，发达国家在扭转环境保护困境、调整
技术方向的过程中，逐渐出现和形成了绿色科技。
? 绿色科技为开发绿色产品，引导绿色消费、开拓
未来市场和发展绿色产业创造机遇，已成为实施
可持续发展战略的重要内容。
? 自 20世纪 90年代初，工业发达国家相继采取措施，
使环保工作由污染治理向污染预防转变。
绿色化学引论
5一, 中国 21世纪的绿色科技
? 1994年 7月，美国政府发布了“面向可持续发展的未来技术”
报告，强调指出环境技术发展的重心是预防而不是治理已
经发生的污染。
? 德国也努力致力于以绿色科技推动社会经济朝向良性循环
方向发展，并使其成为现代化发展的重要组成部分。一个
成功的例子就是制成“绿色电视”，它具有耗电省、电磁
辐射低、使用材料种类少且便于回收利用、避免过早淘汰
等特点。
? 加拿大联邦政府早在 1993年就已制定绿色计划。
? 日本政府非常重视节约资源和能源，倡导和推广绿色技术，
已把环境技术、电子技术和汽车技术并列为三大领先绿色
技术。
绿色化学引论
6一, 中国 21世纪的绿色科技
? 世界范围绿色技术革命浪潮的中心在于：
利用绿色高新技术开发绿色产品，引导绿色消费。
? 但是由于发达国家制订苛刻的环境标准，世界贸
易中出现了所谓“绿色壁垒”。许多国家开始实
行环境标志制度，对促进绿色产品开发、引导绿
色消费起到了重要作用。环境标志是对产品符合
绿色要求的一种认定。
? 德国是率先实行环境标志计划的国家，美国的污
染预防法，日本的环境协调型产品计划，加拿大
的“环境优选”等都对绿色科技的发展起了重要
的促进作用。
绿色化学引论
7一, 中国 21世纪的绿色科技
§ 2,环保事业对绿色科技的需求
? 21世纪初, 我国国民经济的稳步增长和环境保护事
业的飞速发展, 要求环境科技不仅要为污染治理提
供技术支持, 为管理提供决策依据, 还要为预防可
能出现的新污染问题提供可行的方案和措施 。
? 总之, 将技术取向从以治理污染为主调整到开发绿
色产品, 引导绿色消费, 发展绿色产业方向上来 。
绿色化学引论
8一, 中国 21世纪的绿色科技
? 例如, 21世纪环保所需的清洁生产技术主要包括 绿色能源
技术, 环境协调材料新技术, 废物减量化技术 等 。
? 环境协调材料 是资源和能源消耗最少, 对环境影响最小,
再生循环利用率最高的各种新型材料 。 它的开发和研制是
21世纪初绿色环保科技攻关的重要方向之一 。
? 在污染治理技术方面重点是要发展 高新分离和生物技术设
备 以解决难降解, 高浓度有机废水的处理问题 。
? 在自然生态保护与恢复方面, 要着重探索资源开发后的 生
态恢复技术, 生态建设中的单元技术, 如生物农药, 生物
肥料, 可降解地膜, 肥料等 。 还要重点推进 生态保护与恢
复技术的产业化进程 。
绿色化学引论
9二, 绿色化学引论
§ 1,绿色化学的定义和发展简史
? 绿色化学, 也 可 叫 作 可 持 续 的 化 学 （ Sustainable
Chemistry）, 它是一个概括性的概念：, 化学是一种给予
能力的或可操作的科学, 利用它可使经济和环境的发展协
调地进行 。,
? （ Chemistry is an enabling science that will allow economic
progress and environmental progress to proceed in
harmony） 。
? 按照定义, 绿色化学就是利用一套原理在化学产品的设计,
开发和加工过程的实行中都应减少或消除使用或产生对人
类健康和环境有害的物质 。
绿色化学引论
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二, 绿色化学引论
有一些重要事件促使了绿色化学的诞生和迅速发展,
? 1987年联合国提出关于, Our Common Future”的报告, 率先
提出了可持续发展的概念 。 随之, 1992年在巴西里约举行的
联合国环境与发展大会上受到百余国家元首一致肯定 。 这意
味着工业增长, 经济发展必须既符合当代社会需要并能为人
类后代保护资源和环境 。
? 美国 1990年通过了污染预防法 （ Pollution Prevention Act of
1990） 。 这是关于着眼源头污染预防的第一个环境法规 。 它
促使 USEPA于 1991年建立了绿色化学规划, 当时在 Office of
Pollution Prevention & Toxics 的 Dr,Paul T,Anastas创造并定
义了绿色化学专名词 。 此人现在 White House Office of
Science & Technology Policy。
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二, 绿色化学引论
? USEPA与 USNSF合作支持开展并在 ACS范围内组
织了题为, Design for the Environment of 21
Century”,,Environmentally Benign Chemistry”，
,Environmental Friendly Chemistry”等专题学术
讨论会 。
? 通过美国 EPA,学术界, 工业界, 政府部门等协作
提出利用化学开发新的污染预防技术并建议设立
总统绿色化学挑战奖以资鼓励 。 美国于 1995年建立
了此种特殊奖励, 每年颁发一次 。
? 目前在 U.K.,Australia,Italy,& Germany等国都设
立了类似的国家级奖励 。
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二, 绿色化学引论
? Dr,Paul T,Anastas 和麻省大学的 John C,Warner教授提出
了有关绿色化学的 12条原则, 为绿色化学奠定了理论基础 。
? 美国建立了世界第一个绿色化学研究所 （ 院, GCI） 。 1997
年 5月先是由工业界, 学术界, 国家重点实验室等在互联网
上组成的虚拟非盈利组织, 目前已在 17个国家有它的联合组
成部分 。 2001年初 GCI已与 ACS合作, 以便加强化学在环境
研究中的作用 。 GCI已在 ACS总部中设立办公室, 并且 ACS
将提供给 GCI核心基金 。
? GCI所长 Dr,Dennis L,Hjeresen 当前致力于把绿色化学从学
术领域扩展到社会各个方面, 使其成为有力的重要工具 。
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二, 绿色化学引论
§ 2,环境中有毒化学品和事故危害
? DDT是人所共知的曾是应用广泛的杀虫剂 。
C C l
3
C l C l
D D T
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二, 绿色化学引论
? 然而，它在鸟类体内累积后，造成蛋壳变薄，使
很多鸟类种群显著减少，如猎鹰，秃鹰，鹗和棕
色鹈鹕等。
? Rachel Carson在, 寂静的春天, 著作中第一次提
出了这类问题。目前仍有一些国家生产和使用。
? 其它一些持久性多氯代化合物，如 PCBs，二恶英，
已知是具有雌激素性质，成为环境内分泌干扰物。
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二, 绿色化学引论
? 在 1950年代后期到 1962年曾用作处理孕妇作呕的药剂,
然而后来发现在 46个国家中有 8000个儿童具有出生缺陷 。
? 在巴西, 曾用此种药治疗麻疯病, 导致数十个生育畸形 。
N
N H
O
O
O
O
t h a l i d o m i d e
?
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二, 绿色化学引论
? 由于很多化学品有毒，出现了一些憎化学品（ Chemphobia）
的呼声，认为全天然 (All natural)总比化学品为好！其实不
然，天然物中也含有有毒化学物质。
? 当用发霉的花生喂火鸡时造成火鸡发病或死亡才发现了它,
已知它是致癌物 。
O C H 3
O
O
O
O O
Aflatoxin B1，黄曲霉毒素
?
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二, 绿色化学引论
? 人吃了由黑麦上生长的麦角酸制成的麦角酸衍生
物后, 即变得发狂 。
Lysergic acid，
麦角酸
N
N
H
C H
3
C O O H
H
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二, 绿色化学引论
? 当人吃了未处理好的河豚鱼, 可能中毒致死, 由
于它含有河豚毒素, 可造成肺脏麻痹而死亡 。
? 有些商人用黄樟树根提取物作软饮料的香味剂,
其中就含有黄樟素, 它是一种致癌物 。
O
O
Safrole，黄樟素
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二, 绿色化学引论
? 天然食物中有的也含有有益的化学物质, 比如水
果和蔬菜中常常含有天然抗氧化剂, 像葡萄中含
有的 resveratrol即可抑制肿瘤的发生发展 。
? 绿色化学中尽量选择无毒少毒原料并最少使用易
燃易爆和具有高反应活性的材料 。
O H
O H
H O
Resveratrol
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二, 绿色化学引论
? 加强研究, 卫生保健和食品监督管理以及克服不良生活习惯
对生命安全起很大作用 。 此处列举一些美国的数据可见一斑 。
吸烟 430,700
酗酒 100,000
被动吸烟 53,000
汽车事故 43,300
AIDS 37,500
杀害 24,926
火灾 3,200
可卡因 4,202
海洛因和吗啡 4,175
氡气 2,500
美国每年可防止的死亡估计
(艾滋病 )
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二, 绿色化学引论
世界各国发生的关于有毒化学品的环境事故很多 。
近年, 著名的世界化学品事故如：
?1984年 12月 3日印度波帕尔 40吨甲基异氰酸酯从一个农药厂
泄漏到人口稠密区, 造成 3500人死亡, 150,000人受伤 。
?1986年 4月 26日, 乌克兰切尔诺贝利核反应堆爆炸, 使放射
性物质传播远至瑞典 。 死亡了 45人, 并使 500公里外的儿
童甲状腺癌患者明显增加 。
?1996年 4-6月间, 英国利物浦附近的一家化工厂溢出了 704
磅二氯乙烯和 331,000磅的三氯甲烷 。
?不久前, 我国河南洛阳公路上一辆载有若干吨氰化钾的载
重汽车翻倒在洛河中造成严重事件 。
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二, 绿色化学引论
§ 3,绿色化学的 12条原则
（ 1） 预防 (Prevention)。 防止产生废物比在它产生后
再处理或清除更好 。
（ 2） 原子经济 (Atom Economy)。 设计合成方法时,
应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最
后的产品中 。
（ 3） 无害 （ 或少害 ） 的化学合成 (Less Hazardous
Chemical Syntheses)。 无论在哪里行得通, 所
设计的合成方法都应该使用和产生对人类健康
和环境具有小的或没有毒性 。
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二, 绿色化学引论
（ 4） 设计无危险的化学品 (Design Safer Chemicals)。 化
学产品应该设计的使其有效地显示受期望的功能
而毒性最小 。
（ 5） 安全的溶剂和助剂 (Safer Solvents and Auxiliaries)。
所使用的辅助物质包括溶剂, 分离试剂, 和其它
物品当使用时都应是无害的 。
（ 6）设计要有能效 (Design for Energy Efficiency)。化
学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和
经济的影响并应该尽量节省。如果可能，合成方
法应在室温和常压下进行。
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二, 绿色化学引论
（ 7） 使用可再生的原料 (Use Renewable Feedstocks)。
当技术上和经济上可行, 原料和加工厂粗料都应
可再生 。
（ 8） 减少衍生物 (Reduce Derivatives)。 如果可能, 尽
量减少和避免利用衍生化反应, 因为, 此种步骤
需要添加额外的试剂并且可能产生废物 。
（ 9） 催化作用 (Catalysis)。 具有高选择性的催化剂比
化学计量学的试剂优越的多 。
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25
二, 绿色化学引论
（ 10） 设计要考虑降解 (Design for Degradation)。 化学产品的设
计应使它们在功能终了时分解为无害的降解产物并不在环
境中长期存在 。
（ 11） 为了预防污染进行实时分析 (Real-Time Analysis for
Pollution Prevention)。 需要进一步开发新的分析方法使可
进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前给予控制 。
（ 12） 防止事故发生的固有安全化学 (Inherently Safer Chemistry
for Accident Prevention)。 在化学过程中使用的物质和物
质形态的选择应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在可
能性, 包括释放, 爆炸以及着火等 。
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二, 绿色化学引论
§ 4,绿色化学的一些原理和效果
? 由于可持续发展的战略需要和工业产品必须符合
工业生态学的原则要求, 传统的化学品的设计,
合成方法面临严峻的挑战 。
? 绿色化学作为国际上学科前沿一个十分有生命力
的发展方向涉及多学科交叉非常广泛的领域 。
? 主要研究发展趋势如下：
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二, 绿色化学引论
¤主要研究发展趋势：
? 探索利用化学反应的选择性 （ 包括位臵选择性,
化学选择性和立体选择性 ）, 这不仅与合成产品
的效率有关, 且可能影响产品的生态效应和对环
境的友好程度 。
? 发展和应用对人和环境无毒, 无危险性的试剂和
溶剂, 特别是开发以水或超临界流体为反应介质
的化学反应 。
? 大力开发新型环境友好催化剂 。
? 新型分离技术 。
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二, 绿色化学引论
¤一些绿色化学成果举例
?无有机溶剂的化学反应
（ 1）超临界 CO2（ Supercritical CO2 fluid） 作溶剂。
CO2无毒，不可燃，相对惰性，丰富来源，价廉。
作为溶剂它必须处于超临界流体状态（亦即需在它
的临界温度 31.1℃ 和临界压力 73atm之上），改变温度
和压力将改变它的密度和溶剂能力。其性质介于气体和
液体之间，而其扩散性和质量转移都优于通常的有机溶
剂。
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二, 绿色化学引论
? 由于许多化学物质不溶于 SC-CO2,所以可用它进
行选择性提取 。 常用于从食物中提取有效成分,
如从蛇麻草中提取香料, 从咖啡中提取咖啡因,
从食物中提取胆固醇等 。 此法可避免原来用有机
溶剂可能遗留有毒残余物的缺点 。
? 由于超临界流体易渗透于物质之中, 因此可借以
将某些物质带入其中, 比如用 SC-CO2将杀虫剂渗
入木材中, 将聚乙烯乙二醇渗入皮革 。
? SC-CO2适于作小分子反应的介质, 包括氢化, 胺
化, 羰基化, 烷基化, 异构化, 氧化, 成环作用
等, 也可用于无机的和有机金属的反应, 自由基
反应 。
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二, 绿色化学引论
? 其它的超临界流体也可用作反应介质，例如：氢醌
（对苯二酚）可在 超临界甲醇 介质中于 350℃ /120
bars下反应一小时进行单烷基化反应，非常干净地
生成产物。 O H
O H
O H
O H
C H 3S C C H 3 O H
3 5 0
o
C / 1 2 0 b a r s / 1 h r
o n l yonly
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二, 绿色化学引论
? 苯胺也能在同样条件下以 98%的选择性进行单甲基
化 。
N H 2 N H C H 3
9 8 % S e l e c t i v i t y
与上述条件相同
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二, 绿色化学引论
（ 2） 水作为反应介质
? 超临界水 （ 374℃, 218atm）, 它可在存在 （ 或不
存在 ） O2和催化剂的情况下, 分解有机废物 。 当
被分解的化合物含有氯时可能会产生腐蚀问题,
最好用钛质反应器 。 Na2CO3可减轻腐蚀 。 利用此
系统在 380℃ 可将样品中 PCBs的含量从 20mg/L减
至少于 0.5μg/L。
? 三氯乙烯,1,1,1-三氯乙烷和三氯乙酸可在 450℃ 使
用 1.5%H2O2和 NaHCO3的条件下以 99.96%的效率
被分解。
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二, 绿色化学引论
? 水的临界温度为 374℃, 对大部有机化合物是太热了,
然而在接近此种温度下已成功地开拓了不少工作 。
? 在 300℃ 水的极性和密度接近于室温下丙酮的性质 。
如, O H
2 7 8 o C
1 8 h r s 8 5 %
环 己 醇 环 己 烯
O
C H 3H 3 C OO
2 5 0 o C
3 0 分 1 0 0 %
2, 5 - 二 甲 基 呋 喃 开 环 产 物
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二, 绿色化学引论
?利用立体化学手性对映体的原理
? 立体化学 （ Stereochemistry）, 手性 （ Chirality）,
对映体 （ Enantiomer）
? 大部分活有机体中的有机分子含有非对称中心,
存在光学异构体 （ optical isomer） 。 大部分制备
化合物用于植物和动物的应是单光学异构体 。 它
们包括农用化学品, 药物, 香料, 食品添加剂,
香水等, 尤其对于药物重要, 不需要的异构体可
能产生毒副作用 。 这有几种可能：
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二, 绿色化学引论
（ a）不需要的异构体是惰性的，它成为废物；
（ b）不需要的异构体可用于另一种完全不同的目的；
（ c）不需要的异构体能破坏需要异构体的效应并可
能有毒；
（ d）此种异构体可在身体中外消旋化。
现在可利用不对称合成方法使反应产生人类需要的
光学异构体而尽量抑制不需要光学异构体的生成。
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二, 绿色化学引论
O C H
3
N
H
O
O
OH O
H
N H
2
H
H
N H
2
H
O HO
O
O
H
N
H
3
C O
左 旋
甜 的
苦 的
右 旋
C O O H
H
H S
H
2
N N H 2
S H
H
H O O C
左 旋
右 旋
抗 关 节 炎 药
致 突 变 物
青 霉 胺
天门冬酰胺
青霉胺
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二, 绿色化学引论
?新型工业清除溶液 ——离子液体 （ Ionic
Liquid） 的出现和酶催化的贡献
? 20世纪末出现了可广泛应用于无机, 有机和高分
子化合物的优良溶剂, 即在室温下是液体状态的
离子液体 （ Ionic Liquid） 。 典型的离子液体实际
是盐类, 由 含氮的有机阳离子 和 无机阴离子 组成 。
它们 容易回收, 不可燃, 没有可检测的蒸气压,
例如：
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二, 绿色化学引论
N
N
+ +N
N
( C H
2
)
6
+
+
3
4 P O
4
3 -
( C H
2
)
4
( C H
2
)
4
N
+ +
N
C H
3
C H
3
H
3
C
H
3
C
3
2 P O
4
3 -
2 P O
4
3 -
3
H
3
C
H
3
C
C H
3
C H
3
+
NN
+
H H
N
+ +
N
C H
3
C H
3
H
3
C
H
3
C
3
2 P O
4
3 -
H O O H
室温下为液体的几种磷酸聚铵盐
Polyammonium phosphates are liquids at room temperature
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二, 绿色化学引论
? 近来研究表明, 可以在离子液体中进行酶催化和
其它类型的生物转化反应 。
? 美国 Univ,of Pittsburgh大学，荷兰的 Delft技术大
学，北爱尔兰的 Quees’s Univ,of Belfast等校的科
学家几乎同时实现了在离子液体介质中进行酶催
化反应。
? 以匹兹堡大学 Dr,Markus Erbeldinger研究组的工
作为例，他们在室温下于离子液体中用酶催化反
应合成了甜味素天门冬酰胺。
绿色化学引论
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二, 绿色化学引论
C H
2
O C N H C H C O O H
C H
2
C O O H
O
+ H 2 N C H C O C H 3
C H
2
C H
2
C H
3
OCC HH N
O
C O O H
C H
2
CC HN HCOC H
2
O
O
O
Carbobenzoxy-L-aspartate
(苄酯基 -L-天冬氨酸盐） L-phenylalanine
methyl ester
L-苯基丙氨酸甲酯Thermolysin嗜热菌蛋白酶 Ionic liquid
Protecting group (Z)
Z-Aspartame,Z-天门冬酰胺
95%产率
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二, 绿色化学引论
? 目前已开发出来的离子液体, 作用如有机溶剂, 已
可溶解广泛的有机分子, 包括原油, 墨汁, 塑料,
甚至 DNA。 它可帮助工业合成, 在 300℃ 条件下有
良好的热稳定性 。
? 离子液体可溶解不带电荷的共价键分子，比如非极
性的苯可 50%（ V/V）溶于 AlCl4-为基础的离子液体。
从理论上向化学家的“拇指规则”即,like
dissolves like”（相似相溶）提出了挑战！
? 也可用离子液体从水体中 去除有毒重金属,如 汞,
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P F
6
H H
S
N
N
N
N
N
N
N
S
N
H H
P F
6
P F
6
HH
S
N
N
N
N
N
N
N
S
N
HH
P F
6
H g
2 +
I
o
n
i
c
l
i
q
u
i
d
l
a
y
e
r
W
a
te
r
l
a
y
e
r
Hg2+
摘自 ES&T,Oct,1,2001,410A
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二, 绿色化学引论
§ 5,有关绿色化学的专著和文献资料
? 专著：
? Green Chemistry,Theory and Practice by Paul T,Anastas,
John C,Warner,New York; Oxford University Press,1998
? Green Chemistry,Frontiers in Benign Chemical Syntheses
and Processes,by Paul Anastas,Tracy C,Williamson,1998
? Green Chemistry,Challenging Perspectives (Green
Chemistry Series),by Pietro Tundo,Paul Anastas,2000
? Introduction to Green Chemistry,by Albert S,Matlack,
Marcel Dekker,Inc,2001
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二, 绿色化学引论
? Resources are available on the Internet
? USEPA’s Green Chemistry Program,
http://www.epa.gov/greenchemistry;
? ACS’s green chemistry website,
http://www.chemistry.org/education/greenchem;
? GCI’s website,
http://www.lanl.gov/greenchemistry;
? Royal Society of Chemistry’s Green Chemistry Network,
http://www.chemsoc.org/networks/gcn/index.htm
绿色化学引论
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二, 绿色化学引论
§ 6,前景与展望
? ２００１年６月, 约２００名来自３０多个国家的科学家
聚集在美国 Colorado大学 （ Boulder） 讨论绿色化学的进展
和展望, 主题是, 朝向环境友好的过程和产品 （ Toward
Environmentally Benign Processes and Products）, 。
? 会议名称为 CHEMRAWN(Chemistry Research Applied to
World Needs)ＸＩＶ, 它是由ＩＵＰＡＣ倡导的一个计划 。
会议目的是评价当代绿色化学的现状并讨论化学研究和科
学政策在推进全球环境保护和可持续发展中的作用 。 会议
提供一个机会使学术界, 政府部门, 非政府组织 （ ＮＧＯ ）
和工业界四方面共同探讨影响人类环境条件的很多世界问
题, 例如全球气候变化, 能源消耗和水资源管理等 。
绿色化学引论
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二, 绿色化学引论
? 就绿色化学领域, 覆盖了广泛的专题：包括选择
的反应和分离介质 （ 如 ScCO2和离子液体 ） ；环境
友好的农业实践；新出现的生物技术, 如酶催化
反应；生产周期影响；原料的回收和再利用；建
立国家绿色化学计划；以及绿色化学教育等 。
? 出席代表中包含多位有重要影响的人物, 如 Nobel
奖得主, 白宫科技政策办公室负责人, 美国化学
会主席, 美国科学进展协会主席, 以及绿色化学
创始人和奠基专家 。 中国科技大学校长朱清时院
士也参加了会议 。
绿色化学引论
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二, 绿色化学引论
? 会上对绿色化学成就和发展的总估价是,
? 已经出现和存在很多满足绿色化学目的的技术, 并
提供了减轻环境负荷和增进经济效能的直接机会；
? 应将绿色化学及相关方法纳入培养现在和潜在的年
轻科学人才的内容以增强在这个极重要的领域吸收
新成员的努力；
? 政府和工业界都应投资促进在广泛的企业中开发和
利用绿色化学技术 。
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二, 绿色化学引论
? 会上提出的动议包括：
? 建立并扩展国家绿色化学中心, 它们应该联系并
创造一个有效的世界范围网络；
? 绿色化学教育启动基金需要集中于课程材料开发,
师资培训中心, 以及吸收和蓄集人才活动；
? 对于工业实行绿色化学技术需要进行鼓励以抵消
在投资, 政策和管理等方面可能存在的障碍；
? 加强信息传播以教育工业, 公众和环境组织接受
绿色化学的效益 。
绿色化学引论
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二, 绿色化学引论
? 绿色化学技术涉及问题非常广泛而复杂, 有很大的难度,
需要相关交叉学科进行紧密合作 。 特别是化学家, 生物学
家和工程专家, 必须联手作出贡献 。
? 在大力推进绿色化学, 清洁生产等高新技术的同时, 丝毫
不能放松加强对已有环境中有毒化学品的控制, 清除和管
理的工作 。
? ２０００年１２月在南非约翰内斯堡ＵＮ（ＵＮＥＰ）举
行了１２２个国家代表参加的持久性有机污染物（ＰＯＰ s）
禁用公约签定会议。会议通过对１２种 POPs控制生产、进
出口、处臵和使用的公约，决定对其中大部分应立即禁用。
绿色化学引论
50
二, 绿色化学引论
１２种禁用的 POPs：
? Aldrin—农药, 艾氏剂
? Chlordane—农药, 氯丹
? DDT—农药
? Diedrin—农药, 狄氏剂
? Dioxins—工业副产物, 二恶英
? Eldrin—农药, 灭鼠剂
? Furans—工业副产物, 呋喃
? Heptachlor—农药, 七氯
? Hexachlorobenzene—杀真菌剂, 工业副产物, 六氯 （ 代 ） 苯
? Mirex—农药, 灭火剂
? Polychlorinated biphenyls—电绝缘剂, PCBs
? Toxaphene—农药, 毒杀芬
绿色化学引论
51
二, 绿色化学引论
? 7.
绿色化学引论
52
年度 奖项 获奖者 获奖项目
1996 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Mark
Holtzapple,Dept,of
Chem,Eng.,Texas A
& M Univ.
废弃生物质转化成动物饲料、化学品和燃料
（ Conversion of Waste Biomass to Animal Feed,
Chemicals,and fuel)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Pharmacia
(formerly Monsanto
Company)
二乙醇胺的催化脱氢 (The Catalytic
Dehydrogenation of Diethanolamine)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
The Dow Chemical
Company
开发纯的二氧化碳作为与环境友好的聚苯乙烯泡
沫包装材料的发泡剂及其在商业中的应用 (The
development and commercial Implementation of
100 percent Carbon Dioxide as an
Environmentally Friendly Blowing Agent for the
Polystyrene foam Packaging Marker)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Rohm and Haas
Company
设计对环境更安全的抗海藻贝壳生长的涂料
(Designing an Environmentally Safer Marine
Antifoulant)
中小企业奖（ Small
Business Award）
The Donlar
Corporation
热聚天冬氨酸的制备和应用 (Production and use
of Thermal Polyaspartic Acid)
绿色化学引论
53
年度 奖项 获奖者 获奖项目
1997 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Joseph M,DeSimone,
Univ,of North Carolina and
North Carolina State Univ.
二氧化碳表面活性剂的设计和应用
(Design and Application of Surfactants
for Carbon Dioxide)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
BHC Company BHC公司的布洛芬生产工艺 (BHC
Cmpany Ibuprofen Process)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Imation Dry ViewTM成像体系 (Dry ViewTM
Imaging Systems)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Albright and Wilson Americas THPS灭除有害生物药剂：新的抗微生
物化学 (THPS Biocides,A New Class
of Antimicrobial Chemistry)
中小企业奖（ Small
Business Award）
Legacy Systems Incorporated ColdstripTM,除去有机物和湿法清洗
的新技术 (ColdstripTM,Revolutionary
Organic Removal and Wet Cleaning
Technology)
绿色化学引论
54年度 奖项 获奖者 获奖项目
1998 学术奖（ Academic
Award）
(a) Prof,Barry M,
Trost,Stanford
University
(b) Dr,Karen M,
Draths,and Prof,
John W,Frost
(a)原子经济性概念的提出
(b)应用微生物作为与环境友好的合成反应的催化剂
(a) The development of the Concept of Atom
Economy;
(b) Use of Microbes as Environmentally-benign
Synthetic Catalysts
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Flexsys America L,
P.
合成 4－氨基二苯胺的新路线 (New Process for 4-
Aminodiphenyl-amine)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction
Conditions Award）
Argonne National
Laboratory
以膜分离为基础的生产乳酸酯的新工艺：替代卤代
和有毒溶剂的无毒工艺 (Novel Membrane-based
process for Prodcing Lactate Esters,Nontoxic
Replacements for Halogenated and Toxic Solvents)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Rohm and Haas
Company
以 CONFIRMTM代表的新型系列化学杀虫剂的发明
和商业化 (The Invention and commercialization of a
New Chemical Family of Insecticides Exemplified by
CONFIRMTM Insecticide)
中小企业奖
（ Small Business
Award）
PYRPCOOL
Technologies,Inc.
新千年的技术：开发与环境友好的灭火剂和冷却剂
(Technology for the Third Millennium,the
Development of an Environ,Responsible Fire
Extinguishment and Cooling Agent)
绿色化学引论
55
年度 奖项 获奖者 获奖项目
1999 学术奖（ Academic
Award）
Terrence J,Collins,
Carnegie Mellon
Univ.
活化氧化剂的试剂 TAMLTM,绿色氧化技术中过
氧化氢的活化 (TAMLTM Oxidant Activators,
General Activation of Hydrogen Peroxide for
Green Oxidation Technologies)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Lilly Research
Laboratory
生物催化剂在药物制备方面的实际应用 (Practical
Application of a Biocatalyst in Pharmaceutical
Manufacturing)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Nalco Chemical
Company
ULTIMER的开发和商业化：第一个新型水溶性
聚合物分散体系 (The Development and
Commercialization of ULTIMER,The First of
New Family of Water Soluble Polymer Dispersions)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Dow AgroSciences
LLC
Spinosad,一种新的控制昆虫的天然产物 (Spinosad,
a New Natural Product for Insect Control)
中小企业奖（ Small
Business Award）
Biofine
Incorporated (now
BioMetics,Inc.)
由纤维素生物质经济地转化成化学品 (Economic
Conversion of Cellulosic Biomass to Chemicals)
绿色化学引论
56
年度 奖项 获奖者 获奖项目
2000 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Chi-Huey
Wong,The Scripps
Research Institute
酶催化剂在有机合成中的应用 (Use of Enzymes as
Catalysts in Organic Synthesis)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Roche Colorado
Corporation
开发合成高活性的抗病毒试剂 Ganciclovir
(Cytovene)的新的和高效的方法 (Development of a
New and Eficient Synthesis of the Potent Antiviral
Agent Ganciclovir (Cytovene))
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Bayer Corporation 利用水作载体的双组分 (2K)聚氨酯涂料 (Two-
Component (2K) Polyurethane Coatings that Use
Water as Carrier)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Dow AgroSciences Sentricon：开发灭除白蚁群的新体系
(Development of the Sentricon Termite Colony
Elimination System)
中小企业奖（ Small
Business Award）
RevTech,Inc EnvirogluvTM,用可辐照固化并环境可接受的油
墨装饰玻璃和水泥制品的技术 (EnvirogluvTM,A
Technology for Decorating Glass and
Ceramicware with Radiaton Curable
Bnvironmentally Compliant Inks)
绿色化学引论
57
年度 奖项 获奖者 获奖项目
2001 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Chao-Jun Li,
Tulane Univ.
设计一系列能在水和空气中，而不是在有机溶剂
和惰性气体中进行的过渡金属催化反应 (Design of
a Variety of Transition Metal Catalyzed Reactions
that Can Run in Air and Water,Rather than in
Organic Solvents and Inert Atmosphere)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Bayer Corporation
and Bayer AG
与环境友好的生物可降解的鳌合剂亚氨基双琥珀
酸钠盐的合成 (Synthesis of an Environ,Friendly
biodegradable Chelating Agent,Sodium
Iminodisuccinate)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Novozymes North
America,Inc.
BioPreparationTM技术的开发,以酶处理棉织物的
工艺 (Development of BioPreparationTM
Technology,an Enzymatic Process for Treating
Cotton Texitiles)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
PPG Industries,Inc,在阳离子电镀工艺中以钇代替铅 (Use of Yttrium
as a Substitute for Lead in Cationic
Electrocoatings)
中小企业奖（ Small
Business Award）
EDEN Bioscience
Corporation
Development of Messenger?农业技术，防御病害
和虫害体系的开发 (Development of Messenger?
Agricultural Technology,Defense Systems to
Protect against Disease and Pest)
绿色化学引论
58
年度 奖项 获奖者 获奖项目
2002 学术奖（ Academic Award） Professor Eric
J.Beckman
University of Pittsburgh
Design of Non-Fluorous,Highly CO2
-Soluble Materials
新合成路线奖
（ Alternative Synthetic
Pathways Award）
Pfizer,Inc,Green Chemistry in the Redesign of
the Sertraline Process
新工艺奖（ Alternative
Solvents and Reaction
Conditions Award）
Cargill Dow LLC Nature WorksTM polylactic acid
（ PLA） Process
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Chemical Specialties,Inc,
(CSI)
alkaline copper quaternary (ACQ)
Preserve?,The Environmentally
Advanced Wood Preservative
中小企业奖（ Small
Business Award）
SC Fluids,Inc,SCORR – Supercritical CO2 Resist
Remover
绿色化学引论
59
二, 绿色化学引论
? 这是一个非常有发展前途的环境科学与工程
以及相关学科的国际前沿新领域 。
? 希望引起有志青年的兴趣 ！！！
谢 谢
1环境科学与技术研究进展讲座
绿色化学引论
Introduction to the
Green Chemistry
绿色化学引论
2内容提要
一, 中国 21世纪的绿色科技
1,绿色科技的含义及其发展
2,环保事业对绿色科技的需求
二, 绿色化学引论
1,绿色化学的定义和发展简史
2,环境中的有毒化学品和事故危害
3,绿色化学的 12条原则
4,绿色化学研究的典型原理及其效果
5,有关绿色化学的专著和文献资料
6,前景和展望
绿色化学引论
3一, 中国 21世纪的绿色科技
§ 1,绿色科技的含义及其发展
? 可持续发展的基本国策促进了绿色科技的诞生，
绿色科技是国家为实现经济可持续发展实施的一
项技术战略。
? 绿色科技是以保护人体健康和人类赖以生存的环
境，促进经济可持续发展为核心内容的所有科技
活动的总称。无论从内涵和外延都超越了环境科
技，然而，它将保护自然资源和生态环境作为主
要价值目标之一，对我国环保事业发展将提供全
方位和系统的技术支持，对全国科技发展具有重
要指导意义。
绿色化学引论
4一, 中国 21世纪的绿色科技
¤国外绿色科技发展现状
? 近十年来，发达国家在扭转环境保护困境、调整
技术方向的过程中，逐渐出现和形成了绿色科技。
? 绿色科技为开发绿色产品，引导绿色消费、开拓
未来市场和发展绿色产业创造机遇，已成为实施
可持续发展战略的重要内容。
? 自 20世纪 90年代初，工业发达国家相继采取措施，
使环保工作由污染治理向污染预防转变。
绿色化学引论
5一, 中国 21世纪的绿色科技
? 1994年 7月，美国政府发布了“面向可持续发展的未来技术”
报告，强调指出环境技术发展的重心是预防而不是治理已
经发生的污染。
? 德国也努力致力于以绿色科技推动社会经济朝向良性循环
方向发展，并使其成为现代化发展的重要组成部分。一个
成功的例子就是制成“绿色电视”，它具有耗电省、电磁
辐射低、使用材料种类少且便于回收利用、避免过早淘汰
等特点。
? 加拿大联邦政府早在 1993年就已制定绿色计划。
? 日本政府非常重视节约资源和能源，倡导和推广绿色技术，
已把环境技术、电子技术和汽车技术并列为三大领先绿色
技术。
绿色化学引论
6一, 中国 21世纪的绿色科技
? 世界范围绿色技术革命浪潮的中心在于：
利用绿色高新技术开发绿色产品，引导绿色消费。
? 但是由于发达国家制订苛刻的环境标准，世界贸
易中出现了所谓“绿色壁垒”。许多国家开始实
行环境标志制度，对促进绿色产品开发、引导绿
色消费起到了重要作用。环境标志是对产品符合
绿色要求的一种认定。
? 德国是率先实行环境标志计划的国家，美国的污
染预防法，日本的环境协调型产品计划，加拿大
的“环境优选”等都对绿色科技的发展起了重要
的促进作用。
绿色化学引论
7一, 中国 21世纪的绿色科技
§ 2,环保事业对绿色科技的需求
? 21世纪初, 我国国民经济的稳步增长和环境保护事
业的飞速发展, 要求环境科技不仅要为污染治理提
供技术支持, 为管理提供决策依据, 还要为预防可
能出现的新污染问题提供可行的方案和措施 。
? 总之, 将技术取向从以治理污染为主调整到开发绿
色产品, 引导绿色消费, 发展绿色产业方向上来 。
绿色化学引论
8一, 中国 21世纪的绿色科技
? 例如, 21世纪环保所需的清洁生产技术主要包括 绿色能源
技术, 环境协调材料新技术, 废物减量化技术 等 。
? 环境协调材料 是资源和能源消耗最少, 对环境影响最小,
再生循环利用率最高的各种新型材料 。 它的开发和研制是
21世纪初绿色环保科技攻关的重要方向之一 。
? 在污染治理技术方面重点是要发展 高新分离和生物技术设
备 以解决难降解, 高浓度有机废水的处理问题 。
? 在自然生态保护与恢复方面, 要着重探索资源开发后的 生
态恢复技术, 生态建设中的单元技术, 如生物农药, 生物
肥料, 可降解地膜, 肥料等 。 还要重点推进 生态保护与恢
复技术的产业化进程 。
绿色化学引论
9二, 绿色化学引论
§ 1,绿色化学的定义和发展简史
? 绿色化学, 也 可 叫 作 可 持 续 的 化 学 （ Sustainable
Chemistry）, 它是一个概括性的概念：, 化学是一种给予
能力的或可操作的科学, 利用它可使经济和环境的发展协
调地进行 。,
? （ Chemistry is an enabling science that will allow economic
progress and environmental progress to proceed in
harmony） 。
? 按照定义, 绿色化学就是利用一套原理在化学产品的设计,
开发和加工过程的实行中都应减少或消除使用或产生对人
类健康和环境有害的物质 。
绿色化学引论
10
二, 绿色化学引论
有一些重要事件促使了绿色化学的诞生和迅速发展,
? 1987年联合国提出关于, Our Common Future”的报告, 率先
提出了可持续发展的概念 。 随之, 1992年在巴西里约举行的
联合国环境与发展大会上受到百余国家元首一致肯定 。 这意
味着工业增长, 经济发展必须既符合当代社会需要并能为人
类后代保护资源和环境 。
? 美国 1990年通过了污染预防法 （ Pollution Prevention Act of
1990） 。 这是关于着眼源头污染预防的第一个环境法规 。 它
促使 USEPA于 1991年建立了绿色化学规划, 当时在 Office of
Pollution Prevention & Toxics 的 Dr,Paul T,Anastas创造并定
义了绿色化学专名词 。 此人现在 White House Office of
Science & Technology Policy。
绿色化学引论
11
二, 绿色化学引论
? USEPA与 USNSF合作支持开展并在 ACS范围内组
织了题为, Design for the Environment of 21
Century”,,Environmentally Benign Chemistry”，
,Environmental Friendly Chemistry”等专题学术
讨论会 。
? 通过美国 EPA,学术界, 工业界, 政府部门等协作
提出利用化学开发新的污染预防技术并建议设立
总统绿色化学挑战奖以资鼓励 。 美国于 1995年建立
了此种特殊奖励, 每年颁发一次 。
? 目前在 U.K.,Australia,Italy,& Germany等国都设
立了类似的国家级奖励 。
绿色化学引论
12
二, 绿色化学引论
? Dr,Paul T,Anastas 和麻省大学的 John C,Warner教授提出
了有关绿色化学的 12条原则, 为绿色化学奠定了理论基础 。
? 美国建立了世界第一个绿色化学研究所 （ 院, GCI） 。 1997
年 5月先是由工业界, 学术界, 国家重点实验室等在互联网
上组成的虚拟非盈利组织, 目前已在 17个国家有它的联合组
成部分 。 2001年初 GCI已与 ACS合作, 以便加强化学在环境
研究中的作用 。 GCI已在 ACS总部中设立办公室, 并且 ACS
将提供给 GCI核心基金 。
? GCI所长 Dr,Dennis L,Hjeresen 当前致力于把绿色化学从学
术领域扩展到社会各个方面, 使其成为有力的重要工具 。
绿色化学引论
13
二, 绿色化学引论
§ 2,环境中有毒化学品和事故危害
? DDT是人所共知的曾是应用广泛的杀虫剂 。
C C l
3
C l C l
D D T
绿色化学引论
14
二, 绿色化学引论
? 然而，它在鸟类体内累积后，造成蛋壳变薄，使
很多鸟类种群显著减少，如猎鹰，秃鹰，鹗和棕
色鹈鹕等。
? Rachel Carson在, 寂静的春天, 著作中第一次提
出了这类问题。目前仍有一些国家生产和使用。
? 其它一些持久性多氯代化合物，如 PCBs，二恶英，
已知是具有雌激素性质，成为环境内分泌干扰物。
绿色化学引论
15
二, 绿色化学引论
? 在 1950年代后期到 1962年曾用作处理孕妇作呕的药剂,
然而后来发现在 46个国家中有 8000个儿童具有出生缺陷 。
? 在巴西, 曾用此种药治疗麻疯病, 导致数十个生育畸形 。
N
N H
O
O
O
O
t h a l i d o m i d e
?
绿色化学引论
16
二, 绿色化学引论
? 由于很多化学品有毒，出现了一些憎化学品（ Chemphobia）
的呼声，认为全天然 (All natural)总比化学品为好！其实不
然，天然物中也含有有毒化学物质。
? 当用发霉的花生喂火鸡时造成火鸡发病或死亡才发现了它,
已知它是致癌物 。
O C H 3
O
O
O
O O
Aflatoxin B1，黄曲霉毒素
?
绿色化学引论
17
二, 绿色化学引论
? 人吃了由黑麦上生长的麦角酸制成的麦角酸衍生
物后, 即变得发狂 。
Lysergic acid，
麦角酸
N
N
H
C H
3
C O O H
H
绿色化学引论
18
二, 绿色化学引论
? 当人吃了未处理好的河豚鱼, 可能中毒致死, 由
于它含有河豚毒素, 可造成肺脏麻痹而死亡 。
? 有些商人用黄樟树根提取物作软饮料的香味剂,
其中就含有黄樟素, 它是一种致癌物 。
O
O
Safrole，黄樟素
绿色化学引论
19
二, 绿色化学引论
? 天然食物中有的也含有有益的化学物质, 比如水
果和蔬菜中常常含有天然抗氧化剂, 像葡萄中含
有的 resveratrol即可抑制肿瘤的发生发展 。
? 绿色化学中尽量选择无毒少毒原料并最少使用易
燃易爆和具有高反应活性的材料 。
O H
O H
H O
Resveratrol
绿色化学引论
20
二, 绿色化学引论
? 加强研究, 卫生保健和食品监督管理以及克服不良生活习惯
对生命安全起很大作用 。 此处列举一些美国的数据可见一斑 。
吸烟 430,700
酗酒 100,000
被动吸烟 53,000
汽车事故 43,300
AIDS 37,500
杀害 24,926
火灾 3,200
可卡因 4,202
海洛因和吗啡 4,175
氡气 2,500
美国每年可防止的死亡估计
(艾滋病 )
绿色化学引论
21
二, 绿色化学引论
世界各国发生的关于有毒化学品的环境事故很多 。
近年, 著名的世界化学品事故如：
?1984年 12月 3日印度波帕尔 40吨甲基异氰酸酯从一个农药厂
泄漏到人口稠密区, 造成 3500人死亡, 150,000人受伤 。
?1986年 4月 26日, 乌克兰切尔诺贝利核反应堆爆炸, 使放射
性物质传播远至瑞典 。 死亡了 45人, 并使 500公里外的儿
童甲状腺癌患者明显增加 。
?1996年 4-6月间, 英国利物浦附近的一家化工厂溢出了 704
磅二氯乙烯和 331,000磅的三氯甲烷 。
?不久前, 我国河南洛阳公路上一辆载有若干吨氰化钾的载
重汽车翻倒在洛河中造成严重事件 。
绿色化学引论
22
二, 绿色化学引论
§ 3,绿色化学的 12条原则
（ 1） 预防 (Prevention)。 防止产生废物比在它产生后
再处理或清除更好 。
（ 2） 原子经济 (Atom Economy)。 设计合成方法时,
应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最
后的产品中 。
（ 3） 无害 （ 或少害 ） 的化学合成 (Less Hazardous
Chemical Syntheses)。 无论在哪里行得通, 所
设计的合成方法都应该使用和产生对人类健康
和环境具有小的或没有毒性 。
绿色化学引论
23
二, 绿色化学引论
（ 4） 设计无危险的化学品 (Design Safer Chemicals)。 化
学产品应该设计的使其有效地显示受期望的功能
而毒性最小 。
（ 5） 安全的溶剂和助剂 (Safer Solvents and Auxiliaries)。
所使用的辅助物质包括溶剂, 分离试剂, 和其它
物品当使用时都应是无害的 。
（ 6）设计要有能效 (Design for Energy Efficiency)。化
学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和
经济的影响并应该尽量节省。如果可能，合成方
法应在室温和常压下进行。
绿色化学引论
24
二, 绿色化学引论
（ 7） 使用可再生的原料 (Use Renewable Feedstocks)。
当技术上和经济上可行, 原料和加工厂粗料都应
可再生 。
（ 8） 减少衍生物 (Reduce Derivatives)。 如果可能, 尽
量减少和避免利用衍生化反应, 因为, 此种步骤
需要添加额外的试剂并且可能产生废物 。
（ 9） 催化作用 (Catalysis)。 具有高选择性的催化剂比
化学计量学的试剂优越的多 。
绿色化学引论
25
二, 绿色化学引论
（ 10） 设计要考虑降解 (Design for Degradation)。 化学产品的设
计应使它们在功能终了时分解为无害的降解产物并不在环
境中长期存在 。
（ 11） 为了预防污染进行实时分析 (Real-Time Analysis for
Pollution Prevention)。 需要进一步开发新的分析方法使可
进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前给予控制 。
（ 12） 防止事故发生的固有安全化学 (Inherently Safer Chemistry
for Accident Prevention)。 在化学过程中使用的物质和物
质形态的选择应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在可
能性, 包括释放, 爆炸以及着火等 。
绿色化学引论
26
二, 绿色化学引论
§ 4,绿色化学的一些原理和效果
? 由于可持续发展的战略需要和工业产品必须符合
工业生态学的原则要求, 传统的化学品的设计,
合成方法面临严峻的挑战 。
? 绿色化学作为国际上学科前沿一个十分有生命力
的发展方向涉及多学科交叉非常广泛的领域 。
? 主要研究发展趋势如下：
绿色化学引论
27
二, 绿色化学引论
¤主要研究发展趋势：
? 探索利用化学反应的选择性 （ 包括位臵选择性,
化学选择性和立体选择性 ）, 这不仅与合成产品
的效率有关, 且可能影响产品的生态效应和对环
境的友好程度 。
? 发展和应用对人和环境无毒, 无危险性的试剂和
溶剂, 特别是开发以水或超临界流体为反应介质
的化学反应 。
? 大力开发新型环境友好催化剂 。
? 新型分离技术 。
绿色化学引论
28
二, 绿色化学引论
¤一些绿色化学成果举例
?无有机溶剂的化学反应
（ 1）超临界 CO2（ Supercritical CO2 fluid） 作溶剂。
CO2无毒，不可燃，相对惰性，丰富来源，价廉。
作为溶剂它必须处于超临界流体状态（亦即需在它
的临界温度 31.1℃ 和临界压力 73atm之上），改变温度
和压力将改变它的密度和溶剂能力。其性质介于气体和
液体之间，而其扩散性和质量转移都优于通常的有机溶
剂。
绿色化学引论
29
二, 绿色化学引论
? 由于许多化学物质不溶于 SC-CO2,所以可用它进
行选择性提取 。 常用于从食物中提取有效成分,
如从蛇麻草中提取香料, 从咖啡中提取咖啡因,
从食物中提取胆固醇等 。 此法可避免原来用有机
溶剂可能遗留有毒残余物的缺点 。
? 由于超临界流体易渗透于物质之中, 因此可借以
将某些物质带入其中, 比如用 SC-CO2将杀虫剂渗
入木材中, 将聚乙烯乙二醇渗入皮革 。
? SC-CO2适于作小分子反应的介质, 包括氢化, 胺
化, 羰基化, 烷基化, 异构化, 氧化, 成环作用
等, 也可用于无机的和有机金属的反应, 自由基
反应 。
绿色化学引论
30
二, 绿色化学引论
? 其它的超临界流体也可用作反应介质，例如：氢醌
（对苯二酚）可在 超临界甲醇 介质中于 350℃ /120
bars下反应一小时进行单烷基化反应，非常干净地
生成产物。 O H
O H
O H
O H
C H 3S C C H 3 O H
3 5 0
o
C / 1 2 0 b a r s / 1 h r
o n l yonly
绿色化学引论
31
二, 绿色化学引论
? 苯胺也能在同样条件下以 98%的选择性进行单甲基
化 。
N H 2 N H C H 3
9 8 % S e l e c t i v i t y
与上述条件相同
绿色化学引论
32
二, 绿色化学引论
（ 2） 水作为反应介质
? 超临界水 （ 374℃, 218atm）, 它可在存在 （ 或不
存在 ） O2和催化剂的情况下, 分解有机废物 。 当
被分解的化合物含有氯时可能会产生腐蚀问题,
最好用钛质反应器 。 Na2CO3可减轻腐蚀 。 利用此
系统在 380℃ 可将样品中 PCBs的含量从 20mg/L减
至少于 0.5μg/L。
? 三氯乙烯,1,1,1-三氯乙烷和三氯乙酸可在 450℃ 使
用 1.5%H2O2和 NaHCO3的条件下以 99.96%的效率
被分解。
绿色化学引论
33
二, 绿色化学引论
? 水的临界温度为 374℃, 对大部有机化合物是太热了,
然而在接近此种温度下已成功地开拓了不少工作 。
? 在 300℃ 水的极性和密度接近于室温下丙酮的性质 。
如, O H
2 7 8 o C
1 8 h r s 8 5 %
环 己 醇 环 己 烯
O
C H 3H 3 C OO
2 5 0 o C
3 0 分 1 0 0 %
2, 5 - 二 甲 基 呋 喃 开 环 产 物
绿色化学引论
34
二, 绿色化学引论
?利用立体化学手性对映体的原理
? 立体化学 （ Stereochemistry）, 手性 （ Chirality）,
对映体 （ Enantiomer）
? 大部分活有机体中的有机分子含有非对称中心,
存在光学异构体 （ optical isomer） 。 大部分制备
化合物用于植物和动物的应是单光学异构体 。 它
们包括农用化学品, 药物, 香料, 食品添加剂,
香水等, 尤其对于药物重要, 不需要的异构体可
能产生毒副作用 。 这有几种可能：
绿色化学引论
35
二, 绿色化学引论
（ a）不需要的异构体是惰性的，它成为废物；
（ b）不需要的异构体可用于另一种完全不同的目的；
（ c）不需要的异构体能破坏需要异构体的效应并可
能有毒；
（ d）此种异构体可在身体中外消旋化。
现在可利用不对称合成方法使反应产生人类需要的
光学异构体而尽量抑制不需要光学异构体的生成。
绿色化学引论
36
二, 绿色化学引论
O C H
3
N
H
O
O
OH O
H
N H
2
H
H
N H
2
H
O HO
O
O
H
N
H
3
C O
左 旋
甜 的
苦 的
右 旋
C O O H
H
H S
H
2
N N H 2
S H
H
H O O C
左 旋
右 旋
抗 关 节 炎 药
致 突 变 物
青 霉 胺
天门冬酰胺
青霉胺
绿色化学引论
37
二, 绿色化学引论
?新型工业清除溶液 ——离子液体 （ Ionic
Liquid） 的出现和酶催化的贡献
? 20世纪末出现了可广泛应用于无机, 有机和高分
子化合物的优良溶剂, 即在室温下是液体状态的
离子液体 （ Ionic Liquid） 。 典型的离子液体实际
是盐类, 由 含氮的有机阳离子 和 无机阴离子 组成 。
它们 容易回收, 不可燃, 没有可检测的蒸气压,
例如：
绿色化学引论
38
二, 绿色化学引论
N
N
+ +N
N
( C H
2
)
6
+
+
3
4 P O
4
3 -
( C H
2
)
4
( C H
2
)
4
N
+ +
N
C H
3
C H
3
H
3
C
H
3
C
3
2 P O
4
3 -
2 P O
4
3 -
3
H
3
C
H
3
C
C H
3
C H
3
+
NN
+
H H
N
+ +
N
C H
3
C H
3
H
3
C
H
3
C
3
2 P O
4
3 -
H O O H
室温下为液体的几种磷酸聚铵盐
Polyammonium phosphates are liquids at room temperature
绿色化学引论
39
二, 绿色化学引论
? 近来研究表明, 可以在离子液体中进行酶催化和
其它类型的生物转化反应 。
? 美国 Univ,of Pittsburgh大学，荷兰的 Delft技术大
学，北爱尔兰的 Quees’s Univ,of Belfast等校的科
学家几乎同时实现了在离子液体介质中进行酶催
化反应。
? 以匹兹堡大学 Dr,Markus Erbeldinger研究组的工
作为例，他们在室温下于离子液体中用酶催化反
应合成了甜味素天门冬酰胺。
绿色化学引论
40
二, 绿色化学引论
C H
2
O C N H C H C O O H
C H
2
C O O H
O
+ H 2 N C H C O C H 3
C H
2
C H
2
C H
3
OCC HH N
O
C O O H
C H
2
CC HN HCOC H
2
O
O
O
Carbobenzoxy-L-aspartate
(苄酯基 -L-天冬氨酸盐） L-phenylalanine
methyl ester
L-苯基丙氨酸甲酯Thermolysin嗜热菌蛋白酶 Ionic liquid
Protecting group (Z)
Z-Aspartame,Z-天门冬酰胺
95%产率
绿色化学引论
41
二, 绿色化学引论
? 目前已开发出来的离子液体, 作用如有机溶剂, 已
可溶解广泛的有机分子, 包括原油, 墨汁, 塑料,
甚至 DNA。 它可帮助工业合成, 在 300℃ 条件下有
良好的热稳定性 。
? 离子液体可溶解不带电荷的共价键分子，比如非极
性的苯可 50%（ V/V）溶于 AlCl4-为基础的离子液体。
从理论上向化学家的“拇指规则”即,like
dissolves like”（相似相溶）提出了挑战！
? 也可用离子液体从水体中 去除有毒重金属,如 汞,
绿色化学引论
42
P F
6
H H
S
N
N
N
N
N
N
N
S
N
H H
P F
6
P F
6
HH
S
N
N
N
N
N
N
N
S
N
HH
P F
6
H g
2 +
I
o
n
i
c
l
i
q
u
i
d
l
a
y
e
r
W
a
te
r
l
a
y
e
r
Hg2+
摘自 ES&T,Oct,1,2001,410A
绿色化学引论
43
二, 绿色化学引论
§ 5,有关绿色化学的专著和文献资料
? 专著：
? Green Chemistry,Theory and Practice by Paul T,Anastas,
John C,Warner,New York; Oxford University Press,1998
? Green Chemistry,Frontiers in Benign Chemical Syntheses
and Processes,by Paul Anastas,Tracy C,Williamson,1998
? Green Chemistry,Challenging Perspectives (Green
Chemistry Series),by Pietro Tundo,Paul Anastas,2000
? Introduction to Green Chemistry,by Albert S,Matlack,
Marcel Dekker,Inc,2001
绿色化学引论
44
二, 绿色化学引论
? Resources are available on the Internet
? USEPA’s Green Chemistry Program,
http://www.epa.gov/greenchemistry;
? ACS’s green chemistry website,
http://www.chemistry.org/education/greenchem;
? GCI’s website,
http://www.lanl.gov/greenchemistry;
? Royal Society of Chemistry’s Green Chemistry Network,
http://www.chemsoc.org/networks/gcn/index.htm
绿色化学引论
45
二, 绿色化学引论
§ 6,前景与展望
? ２００１年６月, 约２００名来自３０多个国家的科学家
聚集在美国 Colorado大学 （ Boulder） 讨论绿色化学的进展
和展望, 主题是, 朝向环境友好的过程和产品 （ Toward
Environmentally Benign Processes and Products）, 。
? 会议名称为 CHEMRAWN(Chemistry Research Applied to
World Needs)ＸＩＶ, 它是由ＩＵＰＡＣ倡导的一个计划 。
会议目的是评价当代绿色化学的现状并讨论化学研究和科
学政策在推进全球环境保护和可持续发展中的作用 。 会议
提供一个机会使学术界, 政府部门, 非政府组织 （ ＮＧＯ ）
和工业界四方面共同探讨影响人类环境条件的很多世界问
题, 例如全球气候变化, 能源消耗和水资源管理等 。
绿色化学引论
46
二, 绿色化学引论
? 就绿色化学领域, 覆盖了广泛的专题：包括选择
的反应和分离介质 （ 如 ScCO2和离子液体 ） ；环境
友好的农业实践；新出现的生物技术, 如酶催化
反应；生产周期影响；原料的回收和再利用；建
立国家绿色化学计划；以及绿色化学教育等 。
? 出席代表中包含多位有重要影响的人物, 如 Nobel
奖得主, 白宫科技政策办公室负责人, 美国化学
会主席, 美国科学进展协会主席, 以及绿色化学
创始人和奠基专家 。 中国科技大学校长朱清时院
士也参加了会议 。
绿色化学引论
47
二, 绿色化学引论
? 会上对绿色化学成就和发展的总估价是,
? 已经出现和存在很多满足绿色化学目的的技术, 并
提供了减轻环境负荷和增进经济效能的直接机会；
? 应将绿色化学及相关方法纳入培养现在和潜在的年
轻科学人才的内容以增强在这个极重要的领域吸收
新成员的努力；
? 政府和工业界都应投资促进在广泛的企业中开发和
利用绿色化学技术 。
绿色化学引论
48
二, 绿色化学引论
? 会上提出的动议包括：
? 建立并扩展国家绿色化学中心, 它们应该联系并
创造一个有效的世界范围网络；
? 绿色化学教育启动基金需要集中于课程材料开发,
师资培训中心, 以及吸收和蓄集人才活动；
? 对于工业实行绿色化学技术需要进行鼓励以抵消
在投资, 政策和管理等方面可能存在的障碍；
? 加强信息传播以教育工业, 公众和环境组织接受
绿色化学的效益 。
绿色化学引论
49
二, 绿色化学引论
? 绿色化学技术涉及问题非常广泛而复杂, 有很大的难度,
需要相关交叉学科进行紧密合作 。 特别是化学家, 生物学
家和工程专家, 必须联手作出贡献 。
? 在大力推进绿色化学, 清洁生产等高新技术的同时, 丝毫
不能放松加强对已有环境中有毒化学品的控制, 清除和管
理的工作 。
? ２０００年１２月在南非约翰内斯堡ＵＮ（ＵＮＥＰ）举
行了１２２个国家代表参加的持久性有机污染物（ＰＯＰ s）
禁用公约签定会议。会议通过对１２种 POPs控制生产、进
出口、处臵和使用的公约，决定对其中大部分应立即禁用。
绿色化学引论
50
二, 绿色化学引论
１２种禁用的 POPs：
? Aldrin—农药, 艾氏剂
? Chlordane—农药, 氯丹
? DDT—农药
? Diedrin—农药, 狄氏剂
? Dioxins—工业副产物, 二恶英
? Eldrin—农药, 灭鼠剂
? Furans—工业副产物, 呋喃
? Heptachlor—农药, 七氯
? Hexachlorobenzene—杀真菌剂, 工业副产物, 六氯 （ 代 ） 苯
? Mirex—农药, 灭火剂
? Polychlorinated biphenyls—电绝缘剂, PCBs
? Toxaphene—农药, 毒杀芬
绿色化学引论
51
二, 绿色化学引论
? 7.
绿色化学引论
52
年度 奖项 获奖者 获奖项目
1996 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Mark
Holtzapple,Dept,of
Chem,Eng.,Texas A
& M Univ.
废弃生物质转化成动物饲料、化学品和燃料
（ Conversion of Waste Biomass to Animal Feed,
Chemicals,and fuel)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Pharmacia
(formerly Monsanto
Company)
二乙醇胺的催化脱氢 (The Catalytic
Dehydrogenation of Diethanolamine)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
The Dow Chemical
Company
开发纯的二氧化碳作为与环境友好的聚苯乙烯泡
沫包装材料的发泡剂及其在商业中的应用 (The
development and commercial Implementation of
100 percent Carbon Dioxide as an
Environmentally Friendly Blowing Agent for the
Polystyrene foam Packaging Marker)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Rohm and Haas
Company
设计对环境更安全的抗海藻贝壳生长的涂料
(Designing an Environmentally Safer Marine
Antifoulant)
中小企业奖（ Small
Business Award）
The Donlar
Corporation
热聚天冬氨酸的制备和应用 (Production and use
of Thermal Polyaspartic Acid)
绿色化学引论
53
年度 奖项 获奖者 获奖项目
1997 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Joseph M,DeSimone,
Univ,of North Carolina and
North Carolina State Univ.
二氧化碳表面活性剂的设计和应用
(Design and Application of Surfactants
for Carbon Dioxide)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
BHC Company BHC公司的布洛芬生产工艺 (BHC
Cmpany Ibuprofen Process)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Imation Dry ViewTM成像体系 (Dry ViewTM
Imaging Systems)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Albright and Wilson Americas THPS灭除有害生物药剂：新的抗微生
物化学 (THPS Biocides,A New Class
of Antimicrobial Chemistry)
中小企业奖（ Small
Business Award）
Legacy Systems Incorporated ColdstripTM,除去有机物和湿法清洗
的新技术 (ColdstripTM,Revolutionary
Organic Removal and Wet Cleaning
Technology)
绿色化学引论
54年度 奖项 获奖者 获奖项目
1998 学术奖（ Academic
Award）
(a) Prof,Barry M,
Trost,Stanford
University
(b) Dr,Karen M,
Draths,and Prof,
John W,Frost
(a)原子经济性概念的提出
(b)应用微生物作为与环境友好的合成反应的催化剂
(a) The development of the Concept of Atom
Economy;
(b) Use of Microbes as Environmentally-benign
Synthetic Catalysts
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Flexsys America L,
P.
合成 4－氨基二苯胺的新路线 (New Process for 4-
Aminodiphenyl-amine)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction
Conditions Award）
Argonne National
Laboratory
以膜分离为基础的生产乳酸酯的新工艺：替代卤代
和有毒溶剂的无毒工艺 (Novel Membrane-based
process for Prodcing Lactate Esters,Nontoxic
Replacements for Halogenated and Toxic Solvents)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Rohm and Haas
Company
以 CONFIRMTM代表的新型系列化学杀虫剂的发明
和商业化 (The Invention and commercialization of a
New Chemical Family of Insecticides Exemplified by
CONFIRMTM Insecticide)
中小企业奖
（ Small Business
Award）
PYRPCOOL
Technologies,Inc.
新千年的技术：开发与环境友好的灭火剂和冷却剂
(Technology for the Third Millennium,the
Development of an Environ,Responsible Fire
Extinguishment and Cooling Agent)
绿色化学引论
55
年度 奖项 获奖者 获奖项目
1999 学术奖（ Academic
Award）
Terrence J,Collins,
Carnegie Mellon
Univ.
活化氧化剂的试剂 TAMLTM,绿色氧化技术中过
氧化氢的活化 (TAMLTM Oxidant Activators,
General Activation of Hydrogen Peroxide for
Green Oxidation Technologies)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Lilly Research
Laboratory
生物催化剂在药物制备方面的实际应用 (Practical
Application of a Biocatalyst in Pharmaceutical
Manufacturing)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Nalco Chemical
Company
ULTIMER的开发和商业化：第一个新型水溶性
聚合物分散体系 (The Development and
Commercialization of ULTIMER,The First of
New Family of Water Soluble Polymer Dispersions)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Dow AgroSciences
LLC
Spinosad,一种新的控制昆虫的天然产物 (Spinosad,
a New Natural Product for Insect Control)
中小企业奖（ Small
Business Award）
Biofine
Incorporated (now
BioMetics,Inc.)
由纤维素生物质经济地转化成化学品 (Economic
Conversion of Cellulosic Biomass to Chemicals)
绿色化学引论
56
年度 奖项 获奖者 获奖项目
2000 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Chi-Huey
Wong,The Scripps
Research Institute
酶催化剂在有机合成中的应用 (Use of Enzymes as
Catalysts in Organic Synthesis)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Roche Colorado
Corporation
开发合成高活性的抗病毒试剂 Ganciclovir
(Cytovene)的新的和高效的方法 (Development of a
New and Eficient Synthesis of the Potent Antiviral
Agent Ganciclovir (Cytovene))
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Bayer Corporation 利用水作载体的双组分 (2K)聚氨酯涂料 (Two-
Component (2K) Polyurethane Coatings that Use
Water as Carrier)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Dow AgroSciences Sentricon：开发灭除白蚁群的新体系
(Development of the Sentricon Termite Colony
Elimination System)
中小企业奖（ Small
Business Award）
RevTech,Inc EnvirogluvTM,用可辐照固化并环境可接受的油
墨装饰玻璃和水泥制品的技术 (EnvirogluvTM,A
Technology for Decorating Glass and
Ceramicware with Radiaton Curable
Bnvironmentally Compliant Inks)
绿色化学引论
57
年度 奖项 获奖者 获奖项目
2001 学术奖（ Academic
Award）
Prof,Chao-Jun Li,
Tulane Univ.
设计一系列能在水和空气中，而不是在有机溶剂
和惰性气体中进行的过渡金属催化反应 (Design of
a Variety of Transition Metal Catalyzed Reactions
that Can Run in Air and Water,Rather than in
Organic Solvents and Inert Atmosphere)
新合成路线奖
（ Alternative
Synthetic Pathways
Award）
Bayer Corporation
and Bayer AG
与环境友好的生物可降解的鳌合剂亚氨基双琥珀
酸钠盐的合成 (Synthesis of an Environ,Friendly
biodegradable Chelating Agent,Sodium
Iminodisuccinate)
新工艺奖
（ Alternative
Solvents and
Reaction Conditions
Award）
Novozymes North
America,Inc.
BioPreparationTM技术的开发,以酶处理棉织物的
工艺 (Development of BioPreparationTM
Technology,an Enzymatic Process for Treating
Cotton Texitiles)
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
PPG Industries,Inc,在阳离子电镀工艺中以钇代替铅 (Use of Yttrium
as a Substitute for Lead in Cationic
Electrocoatings)
中小企业奖（ Small
Business Award）
EDEN Bioscience
Corporation
Development of Messenger?农业技术，防御病害
和虫害体系的开发 (Development of Messenger?
Agricultural Technology,Defense Systems to
Protect against Disease and Pest)
绿色化学引论
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年度 奖项 获奖者 获奖项目
2002 学术奖（ Academic Award） Professor Eric
J.Beckman
University of Pittsburgh
Design of Non-Fluorous,Highly CO2
-Soluble Materials
新合成路线奖
（ Alternative Synthetic
Pathways Award）
Pfizer,Inc,Green Chemistry in the Redesign of
the Sertraline Process
新工艺奖（ Alternative
Solvents and Reaction
Conditions Award）
Cargill Dow LLC Nature WorksTM polylactic acid
（ PLA） Process
安全化学品设计奖
（ Designing Safer
Chemicals Award）
Chemical Specialties,Inc,
(CSI)
alkaline copper quaternary (ACQ)
Preserve?,The Environmentally
Advanced Wood Preservative
中小企业奖（ Small
Business Award）
SC Fluids,Inc,SCORR – Supercritical CO2 Resist
Remover
绿色化学引论
59
二, 绿色化学引论
? 这是一个非常有发展前途的环境科学与工程
以及相关学科的国际前沿新领域 。
? 希望引起有志青年的兴趣 ！！！
谢 谢
