化学反应中的新概念——原子经济反应

摘要：

@@ 美国Stanford大学的B.M.Trost教授在1991年首次提出了反应的”原子经济性”(Atom Economy)的概念,并因此获得了1998年美国”总统绿色化学挑战奖”中的学术奖.Trost认为化学合成应考虑原料分子中的原子进入最终所希望产品中的数量,原子经济性的目标是在设计化学合成时使原料分子中的原子更多或全部地变成最终希望的产品中的原子.具体地说,假如C是人们所要合成的化合物,若以A和B为起始原料,既有C生成又有D生成,且许多情况下D是对环境有害的,即使生成的副产物D是无害的,那么D这一部分的原子也是被浪费的,而且形成废物对环境造成了负荷(见下式).所谓原子经济性反应即使用E和F作为起始原料,整个反应结束后只生成C,E和F中的原子得到了100%利用,亦即没有任何副产物生成. A+BC+D E+FC 上述原子经济性概念可表示如下: 原子经济性或原子利用率(%)=被利用原子的质量/(反应中所使用全部反应物分子的质量)×100 化工生产常用的产率或收率表示如: 产率或收率(%)=(目的产品的质量/理论上原料变为目的产品所应得产品的质量)×100 可以看出:原子经济性与产率或收率是两个不同的概念,前者是从原子水平上来看化学反应,后者则从传统宏观量上来看化学反应.例如一个化学反应,尽管反应的产率或收率很高,但如果反应分子中的原子很少进入最终产品中,即反应的原子经济性很差,那么意味着该反应将会排放出大量的废弃物.因此,用反应的产率或收率来衡量一个反应是否理想显然是不充分的.要消除废弃物的排放,只有通过实现原料分子中的原子百分之百地转变成产物,才能达到不产生副产物或废物,实现废物”零排放”的要求.可见,应使用产率和原子经济性两个概念,来作为评估一个化学工艺过程的标准,这样,才能实现更”绿色化”、更有效的化学合成反应. 原子经济性反应在一些大宗化工产品的生产中得到了较好的应用.比如用于合成高分子材料的各种单体的聚合反应,在基本有机化工原料生产中的丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰基化制乙酸、丁二烯与HCN合成己二腈等均为原子经济反应.还有一些基本有机原料的生产所采用的反应,已由二步反应,改变为采用一步反应的原子经济反应,如环氧乙烷的生产,原来是通过氯醇法二步制备的.自发现银催化剂后,改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的一步法”原子经济”路线,原子利用率从原来的37.45%提高到100%. 原子经济反应在精细化工合成中尚未引起充分重视.例如,Wittig反应是一个在精细合成中非常有用的反应,被广泛地用于合成带烯键的天然有机化合物.Wittig因此于1979获得诺贝尔化学奖.Wittig反应过程为: Ph3P+MeBr-碱Ph3PCH2CR1R2O CR1R2CH2+Ph3PO 该反应的收率可达80%以上,但是溴化甲基三苯基膦分子中仅有亚甲基被利用到产物中,即357份质量中只有14份质量被利用,从原子经济性角度考虑,原子利用率仅有4%,而且还产生了278份质量的”废物”氧化三苯膦.这是一个典型的传统反应,具有较理想的收率,但原子利用率很低,原子经济性很差.因此探索既具有选择性又具有原子经济性反应将成为当今合成方法学研究的热点,原子经济反应在合成化学中将扮演越来越重要的角色.

机标关键词：化学反应、概念、原子经济性反应、原子经济反应、化学合成、原子利用率、有机化工原料生产、质量、收率、合成高分子材料、产品、总统绿色化学挑战奖、副产物、被利用、环氧乙烷、废物、天然有机化合物、乙烯直接氧化、排放、诺贝尔化学奖

所属期刊栏目：21

分类号：TQ4;TQ0

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共3页

页码：81-82,71