四川大學(xué)《綠色化學(xué)》習(xí)題答案總匯.doc

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第一章 作業(yè)答案 一：簡 答：溫室效應(yīng)及其與化學(xué)的相關(guān)性，核冬天，光化學(xué)煙霧及其化學(xué)本質(zhì)，生物多樣性。 答：1. 溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)是由于大氣中的溫室氣體濃度升高而引起的。溫室氣體主要有二氧化碳、氮氧化物、鹵代烴類等。 2. 核冬天：有限的核戰(zhàn)爭所產(chǎn)生的煙塵會導(dǎo)致地球冷卻的假設(shè)被稱為“核冬天”。 3. 臭氧層破壞：一是人類大量使用空調(diào)制冷劑、泡沫滅火器、氣霧劑、發(fā)膠、膨松劑等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的氟氯烴、溴氟氯烴等化合物，這類化合物雖然在地表面是性質(zhì)穩(wěn)定，不易燃燒，易于儲存，對人和其他生物也沒有毒性，但當(dāng)它們上升到平流層中后，在強烈的紫外線作用下，會由光激發(fā)而生成氯原子自由基等化學(xué)性質(zhì)十分活潑的物質(zhì)，這些物質(zhì)會引起臭氧的分解，從而使臭氧層遭到破壞；二是汽車尾氣、火力發(fā)電廠的煙氣等中所含有的NOx類化合物進(jìn)入平流層后，會加速臭氧的分解反應(yīng)，從而破壞臭氧層。 4. 光化學(xué)煙霧：人類向大氣圈排放的碳?xì)浠衔?、碳氧化合物、硫氧化合物、氮氧化合物、粉塵等，在太陽光的紫外線照射之下會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)煙霧主要是氮氧化合物與烴類化合物在紫外線照射下，經(jīng)過一系列復(fù)雜反應(yīng)形成的一種大氣污染現(xiàn)象。光化學(xué)煙霧中通常含有高濃度的氧化劑，故又稱為氧化性光化學(xué)煙霧。氮氧化合物是引發(fā)光化學(xué)煙霧的主要元兇： NO2 NO+O O+CxHy CxHyO CxHyO+O2 CxHyO3 CxHyO3CmHn RCHO+R1COR2 O+O2 O3 5. 酸雨：酸雨是空氣中的酸性氣體（SOx、NOx）隨雨而下形成的。 6. 生物多樣性：生物多樣性是指地球上所有生物——植物、動物和微生物及其他物質(zhì)構(gòu)成的綜合體。它包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個組成部分。生物多樣性是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。 二：為什么說化學(xué)是一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的學(xué)科？ 答：化學(xué)作為一門“中心、實用、創(chuàng)造性的“的科學(xué)，從其誕生至今，已經(jīng)取得了巨大的成就?；瘜W(xué)的原理和方法以及化學(xué)反應(yīng)方面的研究目前仍在主導(dǎo)其他學(xué)科；它在開發(fā)天然資源以滿足人類的生活需要方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。基于化學(xué)的產(chǎn)業(yè)，利用天然資源制取大量的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、塑料、鋼鐵、水泥等產(chǎn)品和材料，并生產(chǎn)大量的合成纖維和橡膠等以彌補農(nóng)業(yè)、林業(yè)的不足；能源的開發(fā)利用，新材料的開發(fā)利用，醫(yī)藥衛(wèi)生等均離不開化學(xué)可以說，人類的衣、食、住、行、用以及保持健康等無一項可以離開化學(xué)，化學(xué)在這些領(lǐng)域中直接或間接地發(fā)揮著不可替代的作用。而隨著科技的發(fā)展，我們又將面臨新的挑戰(zhàn)，化學(xué)學(xué)科也積極調(diào)整，不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)新的需求。 三：人類目前面臨的主要環(huán)境問題有哪些？造成這些困境的原因是什么？ 編號 人類面臨的環(huán)境問題 造成這些困境的原因 1 全球氣候變暖 是由于大氣中的溫室氣體濃度升高而引起的。溫室氣體主要有二氧化碳、氮氧化物、鹵代烴類等。 2 核冬天的威脅 有限的核戰(zhàn)爭所產(chǎn)生的煙塵會導(dǎo)致地球冷卻 3 臭氧層破壞 一是人類大量使用空調(diào)制冷劑、泡沫滅火器、氣霧劑、發(fā)膠、膨松劑等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的氟氯烴、溴氟氯烴等化合物，這類化合物雖然在地表面是性質(zhì)穩(wěn)定，不易燃燒，易于儲存，對人和其他生物也沒有毒性，但當(dāng)它們上升到平流層中后，在強烈的紫外線作用下，會由光激發(fā)而生成氯原子自由基等化學(xué)性質(zhì)十分活潑的物質(zhì)，這些物質(zhì)會引起臭氧的分解，從而使臭氧層遭到破壞；二是汽車尾氣、火力發(fā)電廠的煙氣等中所含有的NOx類化合物進(jìn)入平流層后，會加速臭氧的分解反應(yīng)，從而破壞臭氧層。 4 光化學(xué)煙霧 光化學(xué)煙霧主要是氮氧化合物與烴類化合物在紫外線照射下，經(jīng)過一系列復(fù)雜反應(yīng)形成的一種大氣污染現(xiàn)象。 5 酸雨 酸雨是空氣中的酸性氣體（SOx、NOx）隨雨而下形成的。 6 生物多樣性銳減 人類活動對生物圈的影響加劇，使得物種滅絕的速度不斷加快 7 森林破壞 人類肆意的濫砍濫伐 8 荒漠化 由于氣候變化和人類經(jīng)濟活動在內(nèi)的各種因素影響所造成的干旱、半干旱和干燥、亞濕潤地區(qū)的土地退化 四；在人類面臨的健康問題面前，化學(xué)有何作為？ 答： 盡管目前醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥業(yè)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但人類人面臨各種不治之癥的威脅。例如癌癥、艾滋病、埃博拉等，目前仍無有效藥物可以治療，迫切需要有新的可治療這些疾病的藥物。 面對衰老，人類仍然是束手無策，迫切需要發(fā)明延緩衰老、使人長生的新藥。 現(xiàn)在治療某些疾病的藥物，雖然有一定的療效，大不少藥物均有一定的副作用，迫切需要對其加以改進(jìn)，或研究開發(fā)新的藥物，以提高療效減少副作用。 人體對藥物有抗性，一些在一定使其對某些疾病有療效的藥物，使用一段時間后就會在人體產(chǎn)生抗性，不再具有療效，一次也需要研究新的藥物來替代這些因人體抗性而失效的藥物。 五：可持續(xù)發(fā)展觀的主要觀點是什么，它與傳統(tǒng)的發(fā)展觀有何差異？ 答：可持續(xù)發(fā)展觀強調(diào)經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，追求人與自然的和諧。其核心思想是：健康的經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)建立在生態(tài)持續(xù)能力、社會公正和人民積極參與自身發(fā)展決策的基礎(chǔ)之上，它所追求的目標(biāo)是：既要是人類的各種需要得到滿足，個人得到充分地發(fā)展，又要保護(hù)生態(tài)環(huán)境，不對后代的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。對環(huán)境不利的經(jīng)濟活動應(yīng)予以摒棄。在發(fā)展指標(biāo)上，不單純用GNP作為衡量發(fā)展的唯一指標(biāo)?？沙掷m(xù)發(fā)展的思想包含如下幾個層次的含義： 第一， 可持續(xù)發(fā)展的思想強調(diào)的是發(fā)展，把消除貧困當(dāng)作是可持續(xù)發(fā)展的一項不可缺少的條件。 第二， 可持續(xù)發(fā)展思想把環(huán)境保護(hù)作為發(fā)展過程的一個重要組成部分，作為衡量發(fā)展質(zhì)量、發(fā)展水平和發(fā)展程度的客觀標(biāo)準(zhǔn)之一。 第三， 可持續(xù)發(fā)展思想強調(diào)代際之間的機會均等，之處，當(dāng)代人享有的正當(dāng)?shù)沫h(huán)境權(quán)利，即在發(fā)展中合理利用資源和具有清潔、安全、舒適環(huán)境的權(quán)利，后代人也應(yīng)該同樣享有。 第四， 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略呼吁人們改變觸痛的生產(chǎn)方式和消費方式，要求人們在生產(chǎn)時要盡量少投入，多產(chǎn)出，在消費時要經(jīng)量多使用、少排放。 第五， 可持續(xù)發(fā)展思想要求人們必須徹底改變傳統(tǒng)的對待自然界的態(tài)度，建立起新的道德和價值標(biāo)準(zhǔn)。 六：你怎樣看待化學(xué)學(xué)科在本世紀(jì)的地位？ 答：我們可以把20世紀(jì)稱作物理的世紀(jì)，而21世紀(jì)的基本問題是分子和生物分子，因此，21世紀(jì)將很可能是化學(xué)的世紀(jì)，但化學(xué)工業(yè)必須成功地采取新工藝去生產(chǎn)新的化學(xué)制品，從而與由舊的工藝生產(chǎn)又以舊的工藝使用化學(xué)品產(chǎn)生的污染，廢棄物以及公害等徹底決裂，才能實現(xiàn)化學(xué)的新世紀(jì)。追求化學(xué)的完美，不僅考慮目標(biāo)分子的性質(zhì)或某一反應(yīng)試劑的效率，而且考慮這些物質(zhì)對人類對環(huán)境的影響，以期減少對人類健康和環(huán)境的危害，充分利用資源，求得可持續(xù)發(fā)展。 七: 你認(rèn)為我國應(yīng)怎樣面對能源短缺? 答題要點：合理開發(fā)利用現(xiàn)有的自然資源，促進(jìn)企業(yè)的節(jié)能減排及效率的提升。在全社會倡導(dǎo)節(jié)約，促進(jìn)人與社會的可持續(xù)發(fā)展；開發(fā)新能源及可再生資源，如風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、水能、生物質(zhì)能等。 第二章作業(yè)題 v 1：簡答。 綠色化學(xué)的目標(biāo)、化學(xué)工業(yè)造成的危害、風(fēng)險試劑、生物質(zhì)的種類、可再生資源、原子利用率、環(huán)境商、環(huán)境因子 答：綠色化學(xué)的目標(biāo)是：化學(xué)過程中不產(chǎn)生污染，即將污染消除與其產(chǎn)生之前。實現(xiàn)這一目標(biāo)后就不需要治理污染，因其根本就不產(chǎn)生污染，是一種從源頭上治理污染的方法，是一種治本的方法。 化學(xué)工業(yè)造成的危害：由于受傳統(tǒng)發(fā)展觀的影響，化學(xué)工業(yè)向環(huán)境排放了大量的污染物，一些化學(xué)品不佳節(jié)制地被濫用，給整個生態(tài)環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的影響。當(dāng)代全球十大環(huán)境問題中至少有7項與化學(xué)工業(yè)和化工產(chǎn)品的化學(xué)物質(zhì)有關(guān)，在所有釋放有毒有害物質(zhì)的工業(yè)中，與化學(xué)工業(yè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)處于第一位，該行業(yè)排放的有的有害物質(zhì)是處于第二位的冶金工業(yè)的4倍。許多物質(zhì)排放到環(huán)境后會在環(huán)境中殘留和積累，對環(huán)境造成破壞，另外，化工生產(chǎn)中的偶然事件也會對人類和環(huán)境造成突發(fā)性的影響。 風(fēng)險試劑：綠色化學(xué)中所指的風(fēng)險實際指的是氫氰酸 生物質(zhì)的種類：生物質(zhì)主要有來年各類，即淀粉和木質(zhì)纖維素。玉米、小麥、土豆等是淀粉類的代表，農(nóng)業(yè)廢料（如玉米桿、麥苗桿等），森林廢物和草類等是木質(zhì)纖維素的典型代表。 可再生資源：指那些通過天然作用或人工活動能再生更新，而為人類反復(fù)利用的自然資源叫可再生資源，又稱為更新自然資源，如土壤、植物、動物、微生物和各種自然生物群落、森林、草原、水生生物等。 原子利用率：原子利用率微目標(biāo)產(chǎn)物的量（一般為質(zhì)量）與按化學(xué)計量式多的所有產(chǎn)物的量的和之比，用原子利用率可以衡量在一個化學(xué)反應(yīng)中，生產(chǎn)一定來那個的目標(biāo)產(chǎn)物到底會生成多少的廢物。 環(huán)境商（EQ）：環(huán)境商EQ定義為EQ=E*Q，式中E為環(huán)境因子，Q為根據(jù)廢物在環(huán)境中的行為給出的廢物對環(huán)境的不友好程度，用于評價一種合成方法、一個過程對環(huán)境的好壞。 環(huán)境因子：環(huán)境因子（E因子）定義為E=廢物質(zhì)量/目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量。在這里，對于每一種化工產(chǎn)品而言，目標(biāo)產(chǎn)物以外的任何物質(zhì)都是廢物。 v 2：為什么要大力發(fā)展綠色化學(xué)？ 答：a,大力發(fā)展綠色化學(xué)是人類社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求，一個世紀(jì)依賴，為滿足人類社會和工業(yè)生產(chǎn)的需要，化學(xué)取得了十分輝煌的進(jìn)步，創(chuàng)造了巨大的功績，但是由于受陳舊的思想禁錮，化學(xué)工業(yè)給整個自然界帶來了巨大的災(zāi)難，使地球的生物多樣性和生態(tài)環(huán)境遭受巨大破壞，但是，我們都知道，離開了化學(xué)工業(yè)，人們的物質(zhì)生活水平將手機大的限制，我們也不能再像以前一樣只是靠轉(zhuǎn)移生產(chǎn)地而解決我們所面臨的殊多問題。我們既要為開創(chuàng)更加美好的生活而發(fā)展化學(xué)和化學(xué)工業(yè)，又不能讓化學(xué)品生產(chǎn)過程和化學(xué)品破壞我們的環(huán)境。這就要求我們大力發(fā)展既能支撐經(jīng)濟發(fā)展，又能滿足環(huán)境需要，以保證可持續(xù)發(fā)展的新的化學(xué)——綠色化學(xué)。 B, 發(fā)展綠色化學(xué)是科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前，各化學(xué)工業(yè)公司一方面受到生產(chǎn)化學(xué)品成本的壓力，另一方面也受到國家法律法規(guī)，公眾的關(guān)于減少環(huán)境污染或污染物處理的強大社會壓力。它們一方面要想方設(shè)法降低成本、提高效率，另一方面又要因為治理污染物而增大成本，因此，要發(fā)展化學(xué)工業(yè)從而發(fā)展經(jīng)濟，就必須尋求新的原理和方法。發(fā)展新的技術(shù)，以降低化學(xué)品生產(chǎn)的顯性和隱性成本。另外，對于一些行業(yè)，要治理其產(chǎn)生的污染物所需的費用可能比它的本身產(chǎn)生的效益還要大，如果沒有新的技術(shù)，這些行業(yè)就只能破產(chǎn)關(guān)門，因此，必須大力發(fā)展綠色化學(xué)。 v 3：綠色化學(xué)及其與環(huán)境污染治理的異同。 答：同：總的來說綠色化學(xué)和環(huán)境污染治理的目標(biāo)是相同的； 異:不可否認(rèn)，最近幾十年來，化學(xué)，化工，環(huán)境保護(hù)在如何減少許多化學(xué)品在生產(chǎn)和使用過程中的危險性反面做了很多有益的工作，發(fā)展了許多有創(chuàng)造性的處理化學(xué)廢物的方法，發(fā)展了許多減輕化學(xué)廢物堆放場所危險性的方法以及彌補化學(xué)造成危害的方法，發(fā)展了許多分析檢測空氣污染、水污染和土壤污染的方法和處理污染的技術(shù)。發(fā)展了許多控制污染物暴露的方法和技術(shù)。這些對改善人類生存環(huán)境，提高人類社會生活質(zhì)量無疑是十分有益的和必要的。但它只是一種治標(biāo)的方法，不能稱為綠色化學(xué)，綠色化學(xué)利用化學(xué)來預(yù)防污染，不讓污染產(chǎn)生，而不是處理已有的污染物。 v 4：什么是綠色化學(xué)品？怎樣設(shè)計安全的化學(xué)品。 答：綠色化學(xué)品的定義是：在生產(chǎn)使用過程中不會對人造成直接或間接傷害且不會對環(huán)境造成直接或間接污染的化學(xué)品；設(shè)計安全有效化學(xué)品包括如下兩個方面的內(nèi)容： （1） 新的安全有效化學(xué)品的設(shè)計。人類社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要具有某種功能的新型分子，這就需要我們根據(jù)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，進(jìn)行分子設(shè)計，設(shè)計出新的安全有效的目標(biāo)分子。 （2） 對已有的有效但不安全的分子進(jìn)行重新設(shè)計，是這類分子保留其原有的功能，消除掉其不安全的性質(zhì)，得到改進(jìn)過的安全有效的分子。 v 5：舉例說明原子經(jīng)濟反應(yīng)是不產(chǎn)生污染的必要條件。 答：原子經(jīng)濟性(Atom Economy)是指反應(yīng)物中的原子有多少進(jìn)入了產(chǎn)物，一個理想的原子經(jīng)濟性反應(yīng)，就是反應(yīng)物中的所有原子都進(jìn)入了目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)，也就是原子利用率為100%的反應(yīng)。如： 反應(yīng)物中的所有原子都進(jìn)入了目標(biāo)產(chǎn)物溴代烷烴中，反應(yīng)的原子利用率達(dá)到了100%沒有副產(chǎn)物生成，即節(jié)約了資源又消除了副產(chǎn)物污染 v 6：試論計算機輔助綠色化學(xué)合成路線設(shè)計的必要性和方法。 答：在設(shè)計新的安全有效的合成路線時，既要考慮到產(chǎn)品的性能優(yōu)良、價格低廉、又要使產(chǎn)生的廢物和副產(chǎn)品最少，對環(huán)境無害，當(dāng)然其難度可想而知。對一個結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的分子進(jìn)行逆合成分析時，第一步時可以找出N種合成方法，那么進(jìn)行第二步搜索時就可找出N2種方法，如此類推，到第五步時將有N5種合成路線，如果一條一條地進(jìn)行實驗，要花許多的時間和經(jīng)費，如果讓人對這些合成路線進(jìn)行取舍，也是不可能的。只有借助與計算機，賦予它某種“智能”，讓其按我們指定的方法自動地比較所有可能的合成路線，隨時排除不適合的路線以便找出最終的經(jīng)濟、不浪費資源、不污染環(huán)境的最佳合成路線。 方法： （1） 建立一個盡可能全的化學(xué)反應(yīng)的資料庫，對計算機進(jìn)行訓(xùn)練，告訴并教會計算機，哪些物質(zhì)在一起在什么樣的條件下會發(fā)生什么樣的化學(xué)反應(yīng)； （2） 提出要求，即確定目標(biāo)產(chǎn)物及可能采用的原料； （3） 讓計算機找出能生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)及所需原料； （4） 以上一步的原料為目標(biāo)產(chǎn)物再做搜尋，找出該目標(biāo)產(chǎn)物的合成反應(yīng)及原料?！钡降贸鑫覀冾A(yù)定的原料； （5） 比較各條可能的反應(yīng)路線的經(jīng)濟技術(shù)性及環(huán)境效應(yīng)，從中選出最佳途徑。 v 7：怎樣在反應(yīng)過程中使化學(xué)反應(yīng)綠色化。 答：要在反應(yīng)過程中使化學(xué)反應(yīng)綠色化就要尋找新的轉(zhuǎn)化方法： 一是催化等離子體方法、二是電化學(xué)方法、三是光化學(xué)及其他輻射方法 v 8：自選一條目前使用的有機化學(xué)合成路線，用綠色化學(xué)原理對其進(jìn)行評價并設(shè)計一條更佳的新路線。 答：略。 v 10：試論分析化學(xué)在綠色化學(xué)發(fā)展中的作為。 答：這一問題受到如下原理的制約：“我們不能控制我們不能檢測到的物質(zhì)”。要完成這一使命，就需要精確可信的敏感元器件，監(jiān)測器件和分析技術(shù)。同時，要滿足綠色化學(xué)的需要，就需要發(fā)展在線的，與時間有關(guān)的分析技術(shù)。這樣當(dāng)有極少量有毒物質(zhì)生成時就可反饋調(diào)節(jié)過程參數(shù)，以減少和消除這些物質(zhì)的生成。另一關(guān)于分析化學(xué)應(yīng)用的例子就是監(jiān)測反應(yīng)是否已進(jìn)行完全。在許多情況下，要向反應(yīng)體系連續(xù)加入反應(yīng)試劑直到反應(yīng)進(jìn)行完全，如有實時的在線分析方法，就可避免因加入過量的試劑而造成廢物的污染。 v 11、生物柴油的化學(xué)核心是什么？ 答：生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物質(zhì)能的一種，它是生物質(zhì)利用熱裂解等技術(shù)得到的一種長鏈脂肪酸的單烷基酯。生物柴油是含氧量極高的復(fù)雜有機成分的混合物，這些混合物主要是一些分子量大的有機物，幾乎包括所有種類的含氧有機物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有機酸、醇等。 v 12、生物質(zhì)作為新的化學(xué)反應(yīng)的原料面臨哪些挑戰(zhàn)？ 答：基本的科學(xué)上的挑戰(zhàn)： （1） 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)對其降解性的影響； （2） 定向地朝著我們需要的產(chǎn)品進(jìn)行降解； （3） 富氧的分子的處理； （4） 其中所含的一些雜質(zhì)對降解參數(shù)和產(chǎn)物的分布，用可再生的原料 技術(shù)上的挑戰(zhàn)： （1） 生物質(zhì)的富集； （2） 不同種類生物質(zhì)和在不同地方生長的生物質(zhì)的不同； （3） 連續(xù)的操作 （4） 對混合物的操作 （5） 產(chǎn)品的濃縮和分離 （6） 如何有效地利用副產(chǎn)品 第三章 1 人類避免有害化學(xué)品毒性的途徑? 　(1)盡量避免化學(xué)品吸入體內(nèi)和皮膚的直接接觸; (2)盡量避免影響體內(nèi)生物化學(xué)和生理過程(不同濃度的乙醇,激素,咖啡因),如一些直接或間接影響的化學(xué)物品(雌激素,納米二氧化鈦); (3)結(jié)構(gòu)上考慮如何降低其毒性; (4)不使用已知可能產(chǎn)生毒性的物質(zhì)(a 親電親核的物質(zhì);b 含三鍵雙鍵較活潑的物質(zhì)c 其他基團(tuán)) ; (5)結(jié)構(gòu)修飾降低其生物利用率. 2 解釋:生物放大(聚集);化學(xué)品產(chǎn)生毒性的三要素. (1)生物體從周圍環(huán)境中吸收某些元素或不易分解的化合物，這些污染物在體內(nèi)積累，并通過食物鏈向下傳遞，在生物體內(nèi)的含量隨生物的營養(yǎng)級的升高而升高，使生物體內(nèi)某些元素或化合物的濃度超過了環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，叫做生物放大作用. 　(2)化學(xué)品產(chǎn)生毒性的三個要素: 　　a 毒性載體(毒化學(xué)物質(zhì)引起細(xì)胞性質(zhì)的改變的屬性,由分子部分結(jié)構(gòu)決定); 　　b 產(chǎn)毒結(jié)構(gòu)(沒有直接毒性); 　　c 體內(nèi)一些親核性基團(tuán)和一些親電毒性物質(zhì). 3那些物質(zhì)影響其在環(huán)境中的分布? 　　分子大小,體積粒度,分子量,解離常數(shù),脂溶系數(shù),揮發(fā)性,生物降解性等 4 簡述電子等排毒性原理 答:在結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究中,生物電子等排原理是應(yīng)用較多的一種方法即在基本結(jié)構(gòu)的可變部分,以電子等排體相互置換,對藥物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造. 經(jīng)典的生物等排體是指具有相同外層電子的原子或原子團(tuán),在生物領(lǐng)域里表現(xiàn)為生物電子等排.凡具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì),又能產(chǎn)生相似生物活性的基團(tuán)或分子都稱為生物電子等排體.以后擴大范圍,又將體積、電負(fù)性和立體化學(xué)等相近似的原子或原子團(tuán)也包括在內(nèi),稱為非 經(jīng)典的電子等排體. 5 消除化學(xué)品毒性的Phase反應(yīng)和Phase-2反應(yīng)的化學(xué)本質(zhì)是什么? 答:在Phase-I化學(xué)反應(yīng)中，陌生化學(xué)物質(zhì)通過氧化、還原和水解等過程轉(zhuǎn)化為極性更大的物質(zhì)，更容易溶解于水中，更易排泄；在Phase-II化學(xué)反應(yīng)中，內(nèi)源代謝底物與有毒陌生化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，提高水溶性并有利于排泄。 6 設(shè)計安全化學(xué)品原則的主要內(nèi)容有哪些? （1）.利用結(jié)構(gòu)—活性關(guān)系，結(jié)合產(chǎn)毒機制設(shè)計化合物 （2）.避免有毒的官能團(tuán)，根據(jù)等電排布置換原理替換官能團(tuán) （3）.毒性機理的分析 （4）.使毒性物質(zhì)的生物利用率降到最低 (5).以能降解為出發(fā)點 第4章 作業(yè)題 1. 由碳、硅元素的化學(xué)性質(zhì)，試討論用硅取代碳的可行性及硅取代物的優(yōu)點？ 答：碳和硅都是4A族元素，因此，在化學(xué)性質(zhì)上有相似性。與同族的其他元素一樣，硅和碳都是4價元素，能形成四面體結(jié)構(gòu)，能與碳形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。硅取代碳后形成的衍生物是無毒的，尤其是與同族的鍺、錫、鉛的衍生物相比。因此，硅是唯一一個能用作對碳作等電排置換的元素。另外，硅是自然界存量豐富，價格低廉，且可以各種形式出現(xiàn)的元素。 2. 用辛醇-水分配系數(shù)表征有毒化學(xué)品毒性的一般準(zhǔn)則是什么？ 答：辛醇-水分配系數(shù)是用來描述物質(zhì)油溶性的，也是常用于股價有機化學(xué)品對水生生物獨行的物理化學(xué)性質(zhì)，logP通常能與生物活性很好地關(guān)聯(lián)起來。一般來說，對于僅表現(xiàn)出麻痹型毒性的非離子有機物，在logP≤5時，其致死性和慢性毒性隨油溶性成指數(shù)增大（不包括染料、聚合物、表面活性劑）；當(dāng)logP＞5時，毒性隨油溶性成指數(shù)減少，因此對生物活性降低；logP在5~8之間時，長期接觸這類非離子型有機化合物呈現(xiàn)慢性毒性；logP≥8時，長期接觸也不表現(xiàn)出毒性，因為此時水溶性很差，化學(xué)品變得沒有生物活性。（也有一些麻醉型毒物如脂肪醇、氯代苯、丙酮、二硫化物和一些“反應(yīng)性”化學(xué)品如丙烯酸鹽、酯等，在logP=6時仍時劇毒的。還有一些“反應(yīng)性”化學(xué)品如脂肪胺、表面活性劑等，則到logP＞8時仍表現(xiàn)出劇毒性）。另一方面，logP很小的化學(xué)品由于沒有足夠的油溶性，因而不能進(jìn)入水生生物的細(xì)胞膜，故沒有生物活性。 3. 除了辛醇-水分配系數(shù)，還有那些性質(zhì)可以表征有毒化學(xué)品毒性？ 答題要點：水溶性、分子大小和相對分子質(zhì)量等 4. 從分子量、分子體積角度看，應(yīng)該怎樣設(shè)計更加安全的化學(xué)品？ 答：如果分子的所有其他性質(zhì)均保持不變而僅是相對分子質(zhì)量增大，其對水生生物的毒性就會減小。一般來說，相對分子質(zhì)量增大，毒性就會減少。相對分子質(zhì)量達(dá)到1000后，其對水生生物的毒性就可忽略，因為這么大的分子不能擴散通過水生生物的呼吸膜。化學(xué)物質(zhì)對水生生物的毒性也會隨其分子提及的增大而減小，這也是因為體積大的分子不易穿過水生生物的呼吸膜。一般說來，相對分子質(zhì)量大于1000的聚合物的體積也較大，另外一些橫街直徑較大的物質(zhì)單體的體積也很大。一般，最小橫截直徑大于1納米的分子不易于在水生生物呼吸器官中擴散和穿越。 5. 可降解的化合物在化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)上有何特點？ 答：化學(xué)結(jié)構(gòu)： （1） 具有水解酶潛在作用為的物質(zhì)會增大其生物降解能力（比如酯，酶）； （2） 在分子中引入以羥基、醛基、羧基形式存在的氧會增大其生物降解性。 （3） 存在為取代的直鏈烷基（尤其是大于4個碳的直鏈）和苯環(huán)時，由于恪守氧化酶進(jìn)攻，因而可增大其生物降解能力 （4） 水中溶解度大的物質(zhì)更容易生物降解 （5） 相對低取代的化合物。 物理性質(zhì)： 溶解度和分子尺寸等 6. 常見可降解和不可降解的基團(tuán)有哪些？ 答：可降解基團(tuán)： （1） 具有水解酶潛在作用為的物質(zhì)會增大其生物降解能力（比如酯，酶）； （2） 在分子中引入以羥基、醛基、羧基形式存在的氧會增大其生物降解性。 （3） 存在為取代的直鏈烷基（尤其是大于4個碳的直鏈）和苯環(huán)時，由于恪守氧化酶進(jìn)攻，因而可增大其生物降解能力 （4） 水中溶解度大的物質(zhì)更容易生物降解 （5） 相對低取代的化合物。 不可降解的基團(tuán)： （1） 鹵代物，尤其是氯化物和氟化物 （2） 支鏈物質(zhì)，尤其是季碳和季氮或是極度分支的物質(zhì)，如三聚或四聚丙烯 （3） 硝基、亞硝基、偶氮基、芳氨基 （4） 多環(huán)殘基（比如多環(huán)芳香烴或稠環(huán)芳烴），尤其是超過三元的多環(huán)稠環(huán)或芳烴 （5） 雜環(huán)殘基，比如吡啶環(huán) （6） 高取代的化合物比低取代的化合物更不易降解 7. 根據(jù)染料的基團(tuán)特性，有機染料可分為幾類？設(shè)計對水生生物更加安全的染料化學(xué)品要遵循怎樣的原則？ 答：根據(jù)其基團(tuán)特性，有機染料可分為四類：中性染料（非離子型染料），陰離子染料（帶負(fù)電染料或酸染料），兩性染料（分子中同時含有正電荷基團(tuán)和負(fù)電荷基團(tuán)）和陽離子染料（帶正電荷）。 要設(shè)計對水生生物更加安全的染料化學(xué)品要遵循以下原則： （1） 負(fù)離子數(shù)大于正離子數(shù)（電荷數(shù)） （2） 磺酸基優(yōu)先于羧酸基 （3） 盡可能使相對分子質(zhì)量大于1000 （4） 盡可能增大分子的最小橫截面積 第五章 綠色化學(xué)方法 答案 1. 什么是催化劑?為什么說催化劑在綠色化學(xué)中有十分重要的意義? 答：催化劑可以加快熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng)的速率（合成氨中的Fe-K2OAl2O3），可控制反應(yīng)產(chǎn)物化學(xué)物種的選擇性（乙烯選擇性氧化的不同催化劑：PdCl2-V配合物， Ag/ Al2O3 ，Ni），控制產(chǎn)物的立體規(guī)整結(jié)構(gòu)(丙烯的聚合：氧氣或過氧化物，Ziegler-Natta)，定向不對稱合成旋光異構(gòu)體(Ru手性膦配合物用于 2-（6-甲氧基－2萘基）丙烯酸+氫 生產(chǎn) 左旋二羥基苯并氨酸)，與溫度控制化學(xué)物種選擇性，與接觸時間共同控制產(chǎn)物化學(xué)物種選擇性（甲烷氧化生產(chǎn)合成氣中的Ni / Al2O3 ），具有高度專一性，高選擇性，高的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)的原子經(jīng)濟性的特殊功能的分子機器。 催化科學(xué)和技術(shù)在綠色化學(xué)發(fā)展中有重要作用。在污染防治（減少和消除發(fā)電廠的廢氣以及汽車尾氣中NOx的排放；減少揮發(fā)性有機溶劑的使用等；）活化新的反應(yīng)原料，催化與反應(yīng)過程的改善（乙醛的合成、對苯二酚的合成、羰基化合物的合成）等方面都有重要應(yīng)用。 2. 相比于傳統(tǒng)的氧化劑，哪些是新型的綠色氧化劑？他們各有什么特點？ 答：傳統(tǒng)的氧化劑有：NaClO, NaBrO, HNO3, KHSO3；CrO3, KMnO4, KCr2O7等，主要的缺點有：產(chǎn)生大量的鹽廢物，產(chǎn)生大量的廢氣和廢水，產(chǎn)生大量的有毒有害的重金屬離子。 新型的綠色氧化劑有： （1） O2：氧氣是最清潔的氧化劑；受限于它的氧化條件，通常伴隨有其它輔助性的氧化/還原劑 （2） H2O2：過氧化氫含有47%的活性氧成分，而且其還原產(chǎn)物為水，不會對環(huán)境造成污染；但過氧化氫比O2和O3都貴，且在室溫條件可以分解。 （3） O3：臭氧也是一種對環(huán)境有好的氧化劑，它的還原產(chǎn)物O2，但O3通常需要特殊的發(fā)生裝置 （4） N2O：N2O在參與氧化后的產(chǎn)物為N2，不對環(huán)境造成危害，但是N2O的合成比較復(fù)雜，成本較高 （5） 晶格氧：可以在沒有氣相氧分子存在的條件下進(jìn)行烴類的氧化反應(yīng)，能大幅度提高烴類選擇氧化的選擇性，而且因不受爆炸極限的限制，可提高原料濃度，時反應(yīng)物容易分離回收，是控制深度氧化、節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的有效催化新技術(shù)。 3. 化石資源作為化學(xué)化工原料有何優(yōu)點？生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料又有何優(yōu)點？ 答：（一） 采用生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料的優(yōu)點： （1） 生物質(zhì)可給出結(jié)構(gòu)多樣的產(chǎn)品材料，通常具有特定的立體結(jié)構(gòu)和光學(xué)特征結(jié)構(gòu)，使用者可在合成過程中利用這些已有的結(jié)構(gòu)因素。 （2） 生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元通常比原油的結(jié)構(gòu)單元復(fù)雜，如能在最終產(chǎn)品中利用這種結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性則可減少副產(chǎn)物的生成。 （3） 由原油的結(jié)構(gòu)單元衍生所得物質(zhì)，通常是沒有被氧化的，而在碳?xì)浠衔镏幸胙醯姆椒ㄊ羌捌溆崎e地，且常需要使用有毒實際（比如鉻、鉛等），造成環(huán)境污染。 （4） 增大生物質(zhì)的使用量可以增長原油的使用時間，為可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。 （5） 使用生物質(zhì)可減少二氧化碳在大氣中的濃度，從而減緩問世效應(yīng)。 （6） 化學(xué)工業(yè)使用更多的可再生資源可使本身在原料上更有保障。 （7） 生物質(zhì)資源比原油有更大的靈活性。 （二） 生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料的缺點（及化石原料作為化學(xué)化工原料的優(yōu)點） （1） 在經(jīng)濟上還不具備競爭力。石油工業(yè)已相當(dāng)成熟，從石油開采到從原油中提取出各種有用的烴類，再將其加工成為中間物或最終化學(xué)品，已形成了大規(guī)模的、高效的生產(chǎn)系統(tǒng)。 （2） 現(xiàn)在考慮用作化學(xué)化工原料的生物質(zhì)是傳統(tǒng)的食品原料，把食品原料改作化學(xué)化工原料是否合適？生物質(zhì)需要大量的土地面積來種植，而化石原料可以集中的進(jìn)行開采。 （3） 生物質(zhì)有季節(jié)性，而化石原料的開采沒有。 （4） 生物質(zhì)的組成復(fù)雜，不同種類的物質(zhì)，其組成和性質(zhì)都可能不盡相同，這使得對這些物質(zhì)進(jìn)行分離變得十分困難。 4. 根據(jù)綠色化學(xué)的觀點，如何改變反應(yīng)溶劑？各有何特點？ 答：綠色化學(xué)研究可完成相同反應(yīng)的無害溶劑系統(tǒng)或無溶劑系統(tǒng)，目前，研究的有效方法有： （1） 水做溶劑：水作溶劑的兩相催化方法：不僅反應(yīng)條件溫和、活性高、選擇性好，反應(yīng)之后有機相和水相也極易分離；同時用水作溶劑也避免了有機溶劑對環(huán)境的危害。 （2） 離子溶液，優(yōu)點：1、 可操作溫度范圍大（-40~300℃），因而可進(jìn)行各種動力學(xué)控制，2、對大量的無機物、有機物和高分子化合物有很大的溶解度，因而所需反應(yīng)器的體積不大，3、表現(xiàn)出Bronsted酸酸性，F(xiàn)ranklin酸酸性和超強酸性。4、蒸汽壓小，幾乎觀察不到；5、對水敏感但有的并不怕遇水，甚至能與水共同使用，故易于工業(yè)應(yīng)用；6、熱穩(wěn)定性好；7、相對便宜且易于制備（低聚反應(yīng)，聚合反應(yīng)，烷基化反應(yīng)，?；磻?yīng)） （3） 高分子溶液：以現(xiàn)用的溶劑為基礎(chǔ)進(jìn)行聚合反應(yīng)得到現(xiàn)行溶劑的聚合衍生物，它們在化學(xué)合成，分離和清潔等過程中具有現(xiàn)行溶劑的溶劑化作用，但卻不會揮發(fā)到空氣中和釋放到水介質(zhì)中造成污染。 （4） 無溶劑化：微波與催化劑和成不適用溶劑的方法，在有機合成中保護(hù)反應(yīng)，去保護(hù)反應(yīng)，氧化反應(yīng)，還原反應(yīng)，重排反應(yīng)等方面均十分有效。 （5） 超臨界流體：黏度大，擴散系數(shù)小，偏摩爾體積負(fù)得很多。 5. 簡述反應(yīng)原料的重要性及綠色化學(xué)對反應(yīng)原料的選擇原則。 答：一個化學(xué)品合成所采用的反應(yīng)類型或其他合成路線在很大程度上取決于所選用的原料，原料一旦選定，就必須要選擇某些類型的反應(yīng)。原料對合成路線的效率、過程的環(huán)境效應(yīng)和對人類健康均有極大的影響。原料本身的生產(chǎn)者，原料的保存和運輸過程中的操作管理者、原料在使用過程中的加工者會面臨多大的危險，是在選擇原料時要加以考慮的。對于某些大宗化學(xué)品的生產(chǎn)，原料的選擇可能改變市場的狀況，因為有些物質(zhì)的主要功能就是作為原料。 對原料選擇的一般原則： （一） 考慮原料本身的危險性。我們希望使用無毒無害的原料，因此，在選擇原料時，就必須考慮它是否對人對環(huán)境無害，是否具有比如毒性，發(fā)生意外事故的可能性，是否會破壞生態(tài)環(huán)境等。 （二） 使用可再生資源：原油煉制等是一個高能耗且高污染的過程，且化石資源畢竟有限，因此在選擇反應(yīng)原料時應(yīng)盡量選擇那些可以再生的。 6. 生物質(zhì)作為反應(yīng)原料的缺點。 答：見上。 7. 超臨界流體與普通流體相比有何特點？ 答：當(dāng)流體的溫度和壓力處于它的臨界溫度和壓力以上時，稱該流體為超臨界流體。雖然超臨界流體的密度與液體的密度相近，但其黏度卻只有液體的近百分之一，因此其流動性要比液體好得多，在相同的流速下，超臨界流體的流動雷諾數(shù)比液體要大得多，所以傳遞系數(shù)也比液體中大得多。溶質(zhì)在超臨界流體中的擴散系數(shù)雖然只有在氣體中的幾百分之一，但卻比在液體中大幾百倍，這些都表明，物質(zhì)在超臨界流體中的傳遞比在液體中的要好得多。 8. 超臨界CO2作為反應(yīng)溶劑的局限性。 答：超臨界CO2作為反應(yīng)溶劑的優(yōu)點： （一） 可以通過改變壓力，在“像氣相”和“像液相”之間調(diào)節(jié)流體的性質(zhì)，即通過壓力變化，使其性質(zhì)在接近于氣體性質(zhì)或接近于液體性質(zhì)之間變化，這樣為更好地實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)提供了方便。超臨界流體的密度與液體的接近，溶劑強度也接近液體，因而，是很好的溶劑，使用超臨界流體，可通過調(diào)節(jié)壓力來改變密度，從而調(diào)節(jié)一些與密度相關(guān)的溶劑性質(zhì)，如介電性、黏度等，這樣就增大了控制化學(xué)反應(yīng)的能力和改變化學(xué)反應(yīng)選擇性的可能性。超臨界流體又具有某些氣體的優(yōu)點，如低粘度、高氣體溶解度、高擴散系數(shù)等，這對快速化學(xué)反應(yīng)，尤其是擴散控制化學(xué)反應(yīng)或包含有氣體反應(yīng)物的反應(yīng)是十分有利的。 （二） 二氧化碳不可能再被氧化，因而是理想的氧化反應(yīng)的溶劑。同時，還可以利用超臨界二氧化碳中二氧化碳濃度高的這一性質(zhì)，是二氧化碳作為反應(yīng)物的反應(yīng)在超臨界二氧化碳中進(jìn)行，從而提高反應(yīng)速率、甚至開發(fā)出新的反應(yīng)。 超臨界CO2作為反應(yīng)溶劑的缺點： （一） 超臨界二氧化碳用于合成化學(xué)的最大限制是其溶劑化性質(zhì)，即物質(zhì)在超臨界二氧化碳中的溶解度。目前，已經(jīng)進(jìn)行的研究表明，在超臨界二氧化碳中，物質(zhì)的溶解度與其密度密切相關(guān)，且可以通過加入共溶劑使其大大增加。超臨界二氧化碳的溶解度與環(huán)己烷類似，同時還具有一定的接受氫鍵的能力和一定的極性選擇性，因襲，相對分子質(zhì)量小于400的非極性有機物，如烷烴、烯烴、芳烴、酮、醇等均可溶于超臨界二氧化碳中，而高極性的化合物，如糖、氨基酸等則不溶；聚硅烷和附帶聚合物可溶，而其他聚合物則不溶，利用相穩(wěn)定劑或起泡劑有時可克服聚合物不溶這一局限。 （二） 由于鹽類不溶于超臨界二氧化碳中，因此，不能用超臨界二氧化碳作離子間反應(yīng)的溶劑，也不能用超臨界CO2作為離子作催化劑的反應(yīng)的溶劑。要克服這一限制，可采用螯合劑、相轉(zhuǎn)移劑或高親油性的離子來把離子物種引入超臨界二氧化碳中，也可將金屬粒子轉(zhuǎn)變?yōu)橹行慕j(luò)合物，然后把其引入超臨界二氧化碳中。 （三） 由于二氧化碳是親電性的，它會與一些路易斯堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，不能用作路易斯堿反應(yīng)的溶劑。 9. 何謂過程強化？可用哪些方法實現(xiàn)過程強化？ 答：使反應(yīng)體積變得更小，過程變得更清潔，能量的利用更為有效地任何化學(xué)工程的頸部都可認(rèn)為是化工過程的強化。 實現(xiàn)強化的方法：主要包括發(fā)展新設(shè)備和新技術(shù)；即新技術(shù)和新設(shè)備的設(shè)備體積/產(chǎn)量比小、能量消耗少、廢物排放少和成本大為降低。主要可以通過設(shè)備改進(jìn)和方法改進(jìn)來實現(xiàn)。 設(shè)備改進(jìn)：對化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備的改進(jìn)（旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器、靜態(tài)混合反應(yīng)器、靜態(tài)混合催化劑體系、整體式反應(yīng)器、微型反應(yīng)器等）和對其他操作過程的改進(jìn)（靜態(tài)混合器、緊湊熱交換器、微孔道熱交換器、轉(zhuǎn)動填充床、離心吸附器等）。 改進(jìn)方法：逆流反應(yīng)器、反應(yīng)蒸餾、反應(yīng)提取、反應(yīng)結(jié)晶、燃料電池、使用微波、、太陽能、等離子體技術(shù)等。