绿色化学第7章绿色化学发展趋势

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1、《绿色化学》电子教案湖南科技大学化学化工学院第七章绿色化学发展趋势2021/9/2目录第一节不对称催化合成第二节酶催化和生物降解第三节分子氧的活化和高选择性氧化反应第四节清洁的能源第五节可再生资源的利用2021/9/2第七章绿色化学发展趋势绿色化学和整个化学的发展一样是前景广阔的。绿色化学正处于连续性技术进步和非连续性技术进步的不断开拓中，原有技术的改进，新的发现和创造发明的涌现推动着绿色化学不断完善，以达到环境友好的圆满目的，因此某些对化学学科发展有重要意义，同时又有潜在的重大经济和社会效益的研究领域中绿色化学发展趋势值得关注。20

2、21/9/2第一节不对称催化合成21世纪将是手性化合物大显身手的年代，在近年来这一爆炸似发展的领域中，许多机遇和挑战来自药物领域。科学家已越来越清楚认识到外消旋药物中错误的对映异构体是一种“药物污染”，它的毒副作用可能比医药上有活性的对映异构体的疗效要大得多。一个典型的例子是一种叫thalidomide的药物：2021/9/2第一节不对称催化合成它的R-对映异构体是一种有效的镇静剂，然而它的S-异构体是一种强的胎儿致畸剂。这种药物原是以外消旋出售的，后来发现它会引起胎儿畸变。最近，EliLilly公司被迫取消它的抗感染药物Crafle

3、x，因已发现此种药中非活性的R-对映体对肝脏有损害。因此国外对外消旋药物要求拆分成单一对映体的形式出售的规定越来越严格。单一对映体的手性化合物的重要性不仅限于医药，在农药和光电新材料发展中，已经证明单一对映体的手性化合物具有更高效率和更优异性能，因此越来越受到重视。2021/9/2第一节不对称催化合成制造光学纯化合物的方法有：化学合成-拆分法，不对称化学合成法，不对称催化合成法和发酵法。化学合成所得到的是外消旋化合物，两种对映体各占一半，因此必须经拆分才能得到单一的对映体。这意味着有一半产物是无用的。不对称化学合成较之一般化学合成法前

4、进了一大步，它采用化学计量的手性试剂选择性合成手性化合物，但由于手性试剂昂贵，限制了它在工业上的推广应用。2021/9/2第一节不对称催化合成不对称催化具有独特优势，主要是由于它有“手性增殖”或“手性放大”作用，即通过使用催化量的手性催化剂可以立体选择性地生成大量手性化合物。它和发酵不同，不对称催化工艺不局限于“生物”类型的底物，并且R-异构体和S-异构体同样容易生成，只要采用不同构型的手性催化剂就可实现。不对称催化也避免了发酵过程中产生的大量失效营养媒介物的处理问题，而且根据现在应用于工业上的不对称催化过程的生产效率看，它远高于发酵

5、法。2021/9/2第一节不对称催化合成基于对映选择性合成手性化合物的重要性日益增加，预计不久的将来作为绿色化学未来重要方向之一的不对称催化合成将有突飞猛进的发展。2021/9/2第二节酶催化和生物降解迅速发展的生物技术领域在酶催化反应方面提供了很多的机遇。目前，遗传工程处理的微生物在合成用于人类治疗的稀少而有效的肽方面的作用已经确立。同样的分子生物技术还能用来加强工业过程催化剂使用的酶的性能，这同传统催化技术是非常类似的。酶和其他生物系统在温和的温度、压力和pH值条件下，在稀水溶液中能很好地工作。这些系统催化的反应是典型对环境友好的

6、，因为生成的副产物或废物很少。2021/9/2第二节酶催化和生物降解通常，这些催化剂和由它们合成的材料是生物可以降解的，因此不会长久存在在环境中。这些反应是典型选择性的并有特别高的收率，而且酶能够催化单一反应器中的整个系列的反应，导致总收率的很大改进和高的位置特效性，以及大多数情况下100%的手性合成。整个细胞催化的酶催化技术的改良使用，用单种酶或复合酶催化的反应和化学合成对于新的催化技术的发展都是很重要的。2021/9/2第二节酶催化和生物降解各种微生物体的全部细胞常常被用于从简单的起始物质催化合成复杂的分子。完整的微生物细胞作为生

7、物合成催化剂利用了酶的独特特性：它们是由自然设计在复杂合成或降解过程中同时起作用的。因为这个性质，整个细胞和微生物都能够当作催化整体，来实现复杂手性分子全部合成中的多步反应。采用遗传工程技术，国外从葡萄糖直接合成了D-生物素分子。生物素含有3个手性中心，目前的化学合成需要13-14个步骤，其收率很低。2021/9/2第二节酶催化和生物降解类似地研究人员正在构组一种微生物体以便从葡萄糖直接催化合成维生素C的前身物，最后再经化学转化为维生素C。从碳水化合物起始原料合成抗体时也应用了微生物体的完整细胞，这些细胞也用于某些类固醇的生物催化。许

8、多具有复杂合成过程的特殊化学品能够通过完好的微生物体来最有效地生产，这些微生物是应用天然设计的一系列酶催化反应去同时工作的。2021/9/2第二节酶催化和生物降解正如上一章列举的许多酶催化已用于工业生产过程，但这仅仅是开