制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)-綠色原料課件

1、制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)綠色原料 目 錄原料綠色化的重要性反應(yīng)原料綠色化的兩個(gè)方面應(yīng)用舉例原料的改進(jìn)原料綠色化的必要性有機(jī)合成反應(yīng)中，有許多原料是有毒的，甚至是劇毒物質(zhì)，如光氣、氫氰酸、氰化物、硫酸二甲酯等。它們的化學(xué)性質(zhì)活潑，以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一些傳統(tǒng)的化學(xué)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，工藝簡(jiǎn)單，條件緩和，成本較低，所以沿用至今。 但是，大量使用這些原料將危害從業(yè)人員的健康，并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。綠色化學(xué)的12條原則（第7條）：使用可再生的原料，當(dāng)技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行，原料和加工廠粗料都應(yīng)可再生。綠色化學(xué)的核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。充分利用資源和能源，采用無(wú)毒無(wú)害的原料是綠色化學(xué)

2、的主要特點(diǎn)之一。反應(yīng)原料的綠色化包括兩個(gè)方面: 采用無(wú)毒、無(wú)害原料; 用可再生資源為原料。 應(yīng)用舉例 原料的改進(jìn)（一）以生物質(zhì)為原料的有機(jī)合成現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸缺點(diǎn)： 利用苯作為起始原料合成己二酸會(huì)引發(fā)環(huán)境和健康問題。苯是一種易揮發(fā)的有機(jī)物，在室溫下容易汽化，長(zhǎng)期少量吸入大氣中的苯可導(dǎo)致白血病和癌癥。此外，苯是由石油生產(chǎn)的產(chǎn)品，消耗的是不可再生的資源。工藝改進(jìn)從葡萄糖合成己二酸以生物質(zhì)為原料的有機(jī)合成的創(chuàng)新成果1999年，美國(guó)的Biofine公司獲得美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)之小企業(yè)獎(jiǎng)。他們的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目是把廢纖維轉(zhuǎn)化成乙酰丙酸。反應(yīng)的原料可以是造紙廢物、城市固體垃圾、不可循環(huán)使用的廢紙、廢

3、木材和農(nóng)業(yè)殘留物，用稀硫酸在200220處理15分鐘，產(chǎn)率可達(dá)70%90%，同時(shí)可得有價(jià)值的副產(chǎn)品甲酸和糠醛。清潔原料的戰(zhàn)略任務(wù)是用生物質(zhì)作化工原料綠色植物通過光合作用直接產(chǎn)生或間接衍生的所有物質(zhì)即為生物質(zhì)。如：植物，地球上儲(chǔ)量約2億億噸，年再生速度1640噸。其主要成分為：淀粉（由葡萄糖經(jīng)a-1,4化學(xué)鍵相連）和纖維素（由葡萄糖經(jīng)b-1,4化學(xué)鍵相連）。生物質(zhì)中最值得利用的是木質(zhì)纖維素，其優(yōu)點(diǎn)是（1）由可降解的葡萄糖組成；（2）生物圈中最豐富的有機(jī)物。然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻遇到許多困難，其應(yīng)用中的主要難點(diǎn)為：（1）多處于結(jié)晶態(tài)；（2）采用b-1,4化學(xué)鍵；（3）與木質(zhì)素連結(jié)在一起。 生物質(zhì)利用的

4、初步嘗試生物質(zhì)的利用目前還沒有理想方法，比較有效的方法有1、爆破法：即采用先高壓再減壓的方法，將纖維素與木質(zhì)素分離2、稀釋的酸溶解3、有機(jī)溶膠提取技術(shù)4、超臨界萃取等，將纖維素提取出應(yīng)該看到：過去，石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展耗費(fèi)了人類一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間，現(xiàn)在的生物質(zhì)化學(xué)工業(yè)從設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)可能需要至少幾十年的努力。國(guó)外生物技術(shù)生產(chǎn)大宗化工產(chǎn)品已取得突破1、Du Pont和 Genecor International等合作建成由玉米生產(chǎn)1，3丙二醇(PDO)裝置，成本比化學(xué)法低15 ；2、CargillDOW公司正在建設(shè)一個(gè)14萬(wàn)t/a的聚乳酸工廠，用于生產(chǎn)塑料、纖維； 3、Frost報(bào)道以葡萄糖為原料，通

5、過酶反應(yīng)可制得己二酸、鄰苯二酚和對(duì)苯二酚等。尤其是不需要從傳統(tǒng)的苯開始來(lái)制取作為尼龍?jiān)系募憾崛〉昧孙@著進(jìn)展；4、Gfoss首創(chuàng)了利用生物或農(nóng)業(yè)廢物如多糖類制造新型聚合物的工作。具優(yōu)越性在于聚合物原料單體實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化;生物催化轉(zhuǎn)化方法優(yōu)于常規(guī)的聚合方法，聚合物還具有生物降解功能。利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機(jī)化工產(chǎn)品的研究可再生植物原料中現(xiàn)在使用的葡萄糖，正在開發(fā)低成本的蔗糖，最后使用木質(zhì)素纖維生物催化、化學(xué)法的組合開發(fā)生物催化技術(shù)是關(guān)鍵組織多學(xué)科合作，加強(qiáng)研究美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（National Research Council)從生物質(zhì)原料所制產(chǎn)品的目標(biāo)（二）用CO、CO2代替光氣1、碳酸二

6、甲酯的合成 光氣是一種劇毒的氣體，曾在軍事上用作化學(xué)武器。但它是合成碳酸二甲酯、異氰酸酯、氨基甲酸酯等重要工業(yè)原料的試劑。工藝改進(jìn)：目前，碳酸二甲酯的工業(yè)生產(chǎn)中，已可用CO代替光氣，與CH3OH和O2在銅催化下制得。以CO2為原料合成碳酸二甲酯的方法正在研究中。2、氨基甲酸酯的合成氨基甲酸酯是毒性較低的農(nóng)藥，也是重要的中間體，傳統(tǒng)工藝以胺和光氣合成。工藝改進(jìn)：Riley,McGhee等用CO2和胺反應(yīng)直接生成異氰酸酯和氨基甲酸酯。（三）用碳酸二甲酯代替硫酸二甲酯硫酸二甲酯是一種常用的甲基化試劑，但有劇毒且具有致癌性。工藝改進(jìn)：目前，在甲基化反應(yīng)中，可用非毒性的碳酸二甲酯代替硫酸二甲酯。（四）用安全的原料代替氫氰酸氫氰酸（HCN）沸點(diǎn)為25.7，在室溫下是液體或氣體，劇毒，空氣中最高容許濃度為0.3毫克/立方米,當(dāng)濃度達(dá)到300毫克/立方米時(shí),可使人立即死亡。但氫氰酸是常用的化工原料，有機(jī)玻璃的單體-甲基丙烯酸甲酯和晴綸的單體-丙烯晴傳統(tǒng)的合成方法要以氫氰酸為原料。工藝改進(jìn)：用丙炔-鈀催化甲氧基羰化合成甲基丙烯酸甲酯（五）以CO2為原料的有機(jī)合成1 、CO2為原料合成甲醇、乙醇2 、CO2催化氫化合成甲酸及其衍生物3 、CO2催化氫化制低碳烴4 、CO2高分子的合成5、CO2 生產(chǎn)雙氰胺