制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)-綠色原料課件

制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)

——綠色原料

制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)

——綠色原料1目錄原料綠色化的重要性反應(yīng)原料綠色化的兩個方面應(yīng)用舉例——原料的改進目錄2原料綠色化的必要性有機合成反應(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，并對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。原料綠色化的必要性有機合成反應(yīng)中，有許多原料是有毒的，甚至是3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)對環(huán)境的污染。充分利用資源和能源，采用無毒無害的原料是綠色化學(xué)的主要特點之一。綠色化學(xué)的12條原則（第7條）：4反應(yīng)原料的綠色化包括兩個方面:①采用無毒、無害原料;②用可再生資源為原料。反應(yīng)原料的綠色化包括兩個方面:5應(yīng)用舉例——原料的改進應(yīng)用舉例6（一）以生物質(zhì)為原料的有機合成現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸缺點：

利用苯作為起始原料合成己二酸會引發(fā)環(huán)境和健康問題。苯是一種易揮發(fā)的有機物，在室溫下容易汽化，長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。（一）以生物質(zhì)為原料的有機合成現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸7工藝改進——從葡萄糖合成己二酸工藝改進——從葡萄糖合成己二酸8制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)-綠色原料課件9以生物質(zhì)為原料的有機合成的創(chuàng)新成果1999年，美國的Biofine公司獲得美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎之小企業(yè)獎。他們的獲獎項目是把廢纖維轉(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、廢木材和農(nóng)業(yè)殘留物，用稀硫酸在200～220℃處理15分鐘，產(chǎn)率可達(dá)70%～90%，同時可得有價值的副產(chǎn)品甲酸和糠醛。以生物質(zhì)為原料的有機合成的創(chuàng)新成果1999年，美國的Biof10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)點是（1）由可降解的葡萄糖組成；（2）生物圈中最豐富的有機物。然而在實際應(yīng)用時卻遇到許多困難，其應(yīng)用中的主要難點為：（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。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11生物質(zhì)利用的初步嘗試生物質(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)展耗費了人類一個多世紀(jì)的時間，現(xiàn)在的生物質(zhì)化學(xué)工業(yè)從設(shè)想變成現(xiàn)實可能需要至少幾十年的努力。生物質(zhì)利用的初步嘗試生物質(zhì)的利用目前還沒有理想方法，比較有效12國外生物技術(shù)生產(chǎn)大宗化工產(chǎn)品已取得突破1、DuPont和GenecorInternational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、Cargill―DOW公司正在建設(shè)一個14萬t/a的聚乳酸工廠，用于生產(chǎn)塑料、纖維；

3、Frost報道以葡萄糖為原料，通過酶反應(yīng)可制得己二酸、鄰苯二酚和對苯二酚等。尤其是不需要從傳統(tǒng)的苯開始來制取作為尼龍原料的己二酸取得了顯著進展；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現(xiàn)了無害化;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。國外生物技術(shù)生產(chǎn)大宗化工產(chǎn)品已取得突破1、DuPont和13利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機化工產(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，加強研究美國國家研究委員會（NationalResearchCouncil)從生物質(zhì)原料所制產(chǎn)品的目標(biāo)利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機化工產(chǎn)品的研究可再生植物原料中現(xiàn)在14（二）用CO、CO2代替光氣1、碳酸二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：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。（二）用CO、CO2代替光氣1、碳酸二甲酯的合成152、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：Riley,McGhee等用CO2和胺反應(yīng)直接生成異氰酸酯和氨基甲酸酯。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16（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：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。（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17（四）用安全的原料代替氫氰酸氫氰酸（HCN）沸點為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,可使人立即死亡。但氫氰酸是常用的化工原料，有機玻璃的單體-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：用丙炔-鈀催化甲氧基羰化合成甲基丙烯酸甲酯（四）用安全的原料代替氫氰酸氫氰酸（HCN）沸點為25.7℃18（五）以CO2為原料的有機合成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)雙氰胺雙氰胺制備工藝為:石灰氮水觶后，將反應(yīng)所得的懸浮狀水解液氰氨氯鈣減壓過濾，除去氫氧化鈣濾渣，濾液通入CO2進行脫鈣生成氰氨液，然后在堿性條件下聚合，再經(jīng)過濾、冷卻、結(jié)品、分離、干燥后得到產(chǎn)品。（五）以CO2為原料的有機合成1、CO2為原料合成甲醇、乙19

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——綠色原料21目錄原料綠色化的重要性反應(yīng)原料綠色化的兩個方面應(yīng)用舉例——原料的改進目錄22原料綠色化的必要性有機合成反應(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，并對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。原料綠色化的必要性有機合成反應(yīng)中，有許多原料是有毒的，甚至是23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)對環(huán)境的污染。充分利用資源和能源，采用無毒無害的原料是綠色化學(xué)的主要特點之一。綠色化學(xué)的12條原則（第7條）：24反應(yīng)原料的綠色化包括兩個方面:①采用無毒、無害原料;②用可再生資源為原料。反應(yīng)原料的綠色化包括兩個方面:25應(yīng)用舉例——原料的改進應(yīng)用舉例26（一）以生物質(zhì)為原料的有機合成現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸缺點：

利用苯作為起始原料合成己二酸會引發(fā)環(huán)境和健康問題。苯是一種易揮發(fā)的有機物，在室溫下容易汽化，長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。（一）以生物質(zhì)為原料的有機合成現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸27工藝改進——從葡萄糖合成己二酸工藝改進——從葡萄糖合成己二酸28制藥工藝學(xué)中的綠色化學(xué)-綠色原料課件29以生物質(zhì)為原料的有機合成的創(chuàng)新成果1999年，美國的Biofine公司獲得美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎之小企業(yè)獎。他們的獲獎項目是把廢纖維轉(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、廢木材和農(nóng)業(yè)殘留物，用稀硫酸在200～220℃處理15分鐘，產(chǎn)率可達(dá)70%～90%，同時可得有價值的副產(chǎn)品甲酸和糠醛。以生物質(zhì)為原料的有機合成的創(chuàng)新成果1999年，美國的Biof30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)點是（1）由可降解的葡萄糖組成；（2）生物圈中最豐富的有機物。然而在實際應(yīng)用時卻遇到許多困難，其應(yīng)用中的主要難點為：（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。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31生物質(zhì)利用的初步嘗試生物質(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)展耗費了人類一個多世紀(jì)的時間，現(xiàn)在的生物質(zhì)化學(xué)工業(yè)從設(shè)想變成現(xiàn)實可能需要至少幾十年的努力。生物質(zhì)利用的初步嘗試生物質(zhì)的利用目前還沒有理想方法，比較有效32國外生物技術(shù)生產(chǎn)大宗化工產(chǎn)品已取得突破1、DuPont和GenecorInternational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、Cargill―DOW公司正在建設(shè)一個14萬t/a的聚乳酸工廠，用于生產(chǎn)塑料、纖維；

3、Frost報道以葡萄糖為原料，通過酶反應(yīng)可制得己二酸、鄰苯二酚和對苯二酚等。尤其是不需要從傳統(tǒng)的苯開始來制取作為尼龍原料的己二酸取得了顯著進展；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現(xiàn)了無害化;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。國外生物技術(shù)生產(chǎn)大宗化工產(chǎn)品已取得突破1、DuPont和33利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機化工產(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，加強研究美國國家研究委員會（NationalResearchCouncil)從生物質(zhì)原料所制產(chǎn)品的目標(biāo)利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機化工產(chǎn)品的研究可再生植物原料中現(xiàn)在34（二）用CO、CO2代替光氣1、碳酸二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：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。（二）用CO、CO2代替光氣1、碳酸二甲酯的合成352、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：Riley,McGhee等用CO2和胺反應(yīng)直接生成異氰酸酯和氨基甲酸酯。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36（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：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。（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37（四）用安全的原料代替氫氰酸氫氰酸（HCN）沸點為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,可使人立即死亡。但氫氰酸是常用的化工原料，有機玻璃的單體-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：用丙炔-鈀催化甲氧基羰化合成甲基丙烯酸甲酯（四）用安全的原料代替氫氰酸氫氰酸（