淺談有機化學實驗綠色化的方法

朱艷秋

1 對“1，2—二溴乙烷的合成”實驗綠色化方法的分析與闡述

1.1 采用無毒無害的原料

1，2—二溴乙烷傳統(tǒng)的合成反應中，原料溴可揮發(fā)為有毒的氣體，強烈刺激咽喉、上呼吸道，直接導致流淚， 聲音嘶啞甚至失聲，而且溴還是劇毒，強腐蝕性化學品，因而根據(jù)綠色化學的原理，我們要研究尋找無毒無害的替代品即過吡啶氫溴酸鹽來替代溴，它是一種無毒，不易燃燒的紅棕色溴化絡合物.改變反應原料的一般原則之一是考慮原料本身的危險性，看是否對人對環(huán)境有害;是否具有比如毒性，發(fā)生意外事故的可能性;是否破壞生態(tài)環(huán)境;是否具有其他不友好性質(zhì)等

1.2 采用無毒無害的溶劑

1，2—二溴乙烷傳統(tǒng)的合成反應中，由于溴易溶于四氯化碳，我們不得不用四氯化碳做溶劑，但四氯化碳也是有毒試劑，而據(jù)綠色化學的原理，我們?nèi)砸芯繉ふ覠o毒無害的替代品，而由于選用了很好的溴化劑過吡啶氫溴酸鹽，其是易溶于水的溴化絡合物，經(jīng)實驗綜合分析，選用無毒無害的綠色溶劑乙醇來代替有毒有害的四氯化碳溶劑。由上述實驗分析，我們已經(jīng)知道在化學實驗中我們經(jīng)常要考慮“選用什么樣的試劑”這樣一個問題，當然我們也可以進一步考慮這樣一個問題：“反應必須要使用溶劑嗎”。有機化學實驗中常用的溶劑大多都是揮發(fā)性的有機物，對人的健康，環(huán)境有很大的污染，所以可以用完全相同反應的無毒無害溶劑或無溶劑的方法來實現(xiàn)有機化學實驗的綠色化。據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)在采用下面幾種行之有效的方法：

1.2.1 水溶液

水由于價格低廉，無毒，不易燃燒，不易爆炸，在有機合成反應中，可以省略許多如官能團的保護和保護基團等合成步驟，所以應盡量使用水做溶劑而不采用有機溶劑。而水溶液作溶劑的烯烴復分解反應正被應用在綠色化學上和化學生物的親水酶作用物，例如蛋白質(zhì)和多糖。

1.2.2 離子溶液

離子液體作為一種“綠色”溶劑或催化劑在有機合成中發(fā)揮了獨特的作用，首先，離子液體作為溶劑為化學反應提供了不同于傳統(tǒng)分子溶劑的環(huán)境，它可以改變反應的機理，使催化劑的活性、穩(wěn)定性更好，選擇性、轉(zhuǎn)化率更高;其次，溶解在離子液體中的催化劑，具有均相催化效率高，多相催化易分離的優(yōu)點，產(chǎn)物的分離可以用傾析、萃取和蒸餾等方法;再者因離子液體無蒸氣壓，液相溫度范圍寬，使得分離易于進行。因此，對于許多有機化學實驗，如低聚反應，聚合反應，烷基化反應，酰基化反應來說，離子溶液是良好的溶劑。

1.2.3 無溶劑化

徹底解決溶劑污染的最佳方法當然就是完全不使用溶劑。例如使用環(huán)境友好催化劑與微波作用相結合的方法。

1.2.4 超臨界流體

當達到臨界點時氣液界面消失，體系的性質(zhì)變得均一，不在分為氣體和液體。據(jù)了解，目前應用最廣的就是超臨界二氧化碳，由于其對多數(shù)物質(zhì)具有較大的溶解度，而水在二氧化碳中的溶解度卻很小，這些性質(zhì)使得在近臨界或超臨界二氧化碳中分離有機物和水十分方便。

1.3 采用無毒無害的催化劑

1，2—二溴乙烷的合成反應中，四氯化碳同時也是催化劑，同樣由于它是有毒催化劑，我們尋找到無毒無害的綠色催化劑乙醇來代替四氯化碳。而催化劑的選擇需要從許多方面考慮，如反應的可行性，最大平衡產(chǎn)率，要求的最佳反應條件，可選用的原料，反應的原子經(jīng)濟性，在實際使用中可能會遇到的問題，催化劑的經(jīng)濟性，催化反應的經(jīng)濟性等。據(jù)了解目前人們從以下幾個方面設計開發(fā)新的催化劑：首先，設計和開發(fā)新型分子氧氧化催化劑;其次，設計新型金屬配合物催化劑;最后設計新型分子篩催化劑。

1.4 采用固體酸

此方法提出兩類催化劑：一類是強酸性離子交換樹脂作催化劑，這類離子交換樹脂均含有可被陽離子交換的氫質(zhì)子，屬強酸性。常用的有酚磺酸樹脂以及磺化聚苯乙烯樹脂，雖然此類催化劑具有酸性強、易分離、無碳化現(xiàn)象、脫水性強及可循環(huán)利用等優(yōu)點，但此類催化劑的價格比較昂貴，用于實驗，成本太高。另一類催化劑是非酸性催化劑，這類催化劑是近年發(fā)展起來的一個新方向，優(yōu)點是沒有腐蝕性，產(chǎn)品質(zhì)量好、色澤淺、副反應少，而且成本較低。 因此此類催化劑完全符合綠色化學：不再使用有毒、有害的物質(zhì)、不再產(chǎn)生廢棄物、無需處理廢棄物，從源頭上消除污染，實行環(huán)境友好的要求。對于實驗不用擔心由于操作失誤而引起硫酸灼傷等事故的發(fā)生了。

1.5 妥善處理化學實驗的廢棄物，減少污染物的排放

1，2—二溴乙烷合成的綠色反應中，如果過吡啶氫溴酸鹽過量，可能會使廢液呈黃色，雖然過吡啶氫溴酸鹽無毒，但仍要對廢液進行無害化處理，我們采用加入碳酸氫鈉的方法中和至無色，即可達到排放標準。所以必須對實驗的廢棄物進行分門別類處理， 使其對環(huán)境的危害性減小到最低， 達到零排放， 實現(xiàn)有機化學實驗的綠色化：

第一，溶劑的循環(huán)使用與產(chǎn)物回收

第二，廢液處理的化學法

有機廢液、廢渣可用焚燒、深埋、氧化分解、溶劑萃取及水解法等。鹵代烴可使其生成鹵化銀沉淀; 胺酚類化合物毒性大可先用濃硝酸氧化， 再進一步處理; 烴及其含氧衍生物先用強氧化性酸處理， 再用堿中和后排放。

第三，廢舊儀器的再利用

實驗過程中總會出現(xiàn)一些破損的儀器， 如果隨意丟棄無形中就增加了棄物的產(chǎn)生， 有些器具經(jīng)過加工還可重新使用。例如破損的玻璃電極經(jīng)過修復可以充當銀電極; 破裂的蒸發(fā)皿、坩堝可以用做沸石;塑料的氨水及雙氧水瓶可改裝成洗瓶; 滴管損壞的滴瓶可改裝成盛放固體指示劑的器皿等。

第四，綠色植物可以吸收實驗中的廢棄物

實驗教學綠色化的研究， 僅只是作了一些局部的探索性的研究與實踐。今后我們化學教師在工作中仍然會圍繞“綠色化學”這條主線， 不斷的進行探索和實踐， 承擔起“實驗綠色化”教育這一義不容辭的責任， 為人類賴以生存的環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展做出應有的努力。

（作者單位：四川省米易中學校）