綠色化學(xué)第4章中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院

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1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院綠色化學(xué)Green Chemistry綠色化學(xué)緒論設(shè)計(jì)更加安全化學(xué)品的應(yīng)用綠色化學(xué)綠色化學(xué)的應(yīng)用綠色化學(xué)原理綠色化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法綠色化學(xué)方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.1 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的一般原則設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的一般原則4.2 設(shè)計(jì)安全有效化學(xué)品的方法設(shè)計(jì)安全有效化學(xué)品的方法綠色化學(xué)4.1 第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.1.1 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的一般原則（1） “外部”效應(yīng)原則 1）與物質(zhì)在環(huán)境中的分布有關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì) 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法2 2） 與機(jī)體吸收有

2、關(guān)的性質(zhì)與機(jī)體吸收有關(guān)的性質(zhì) 3 3） 對(duì)人、動(dòng)物和水生生物吸收途徑的考慮對(duì)人、動(dòng)物和水生生物吸收途徑的考慮 4 4） 消除或減少不純物消除或減少不純物綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法 （2 2） “ “內(nèi)部?jī)?nèi)部”效應(yīng)原則效應(yīng)原則-指通過分子設(shè)計(jì)來達(dá)到預(yù)防毒性的目標(biāo)指通過分子設(shè)計(jì)來達(dá)到預(yù)防毒性的目標(biāo) 1 1） 增大解毒性能增大解毒性能 2） 避免物質(zhì)的直接毒性避免物質(zhì)的直接毒性 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法3） 避免生物活化避免生物活化 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.1.2 建立設(shè)計(jì)安全化學(xué)品的基礎(chǔ)化學(xué)品的工業(yè)化學(xué)品的工業(yè)和商用功

3、效和商用功效傳統(tǒng)的工業(yè)化學(xué)人才傳統(tǒng)的工業(yè)化學(xué)人才培養(yǎng)模式培養(yǎng)模式工業(yè)合成工業(yè)合成化學(xué)人才化學(xué)人才醫(yī)藥和農(nóng)藥醫(yī)藥和農(nóng)藥化學(xué)人才化學(xué)人才復(fù)合型綠色復(fù)合型綠色化學(xué)人才化學(xué)人才藥理學(xué)、生物化藥理學(xué)、生物化學(xué)、毒理學(xué)（學(xué)、毒理學(xué)（SAR)傳統(tǒng)的醫(yī)藥和農(nóng)藥傳統(tǒng)的醫(yī)藥和農(nóng)藥化學(xué)人才培養(yǎng)模式化學(xué)人才培養(yǎng)模式藥理學(xué)、生物化藥理學(xué)、生物化學(xué)、毒理學(xué)（學(xué)、毒理學(xué)（SAR)化學(xué)品的工業(yè)化學(xué)品的工業(yè)和商用功效和商用功效綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法（1）化學(xué)品的毒性接觸接觸吸收、分散吸收、分散 代謝、排泄代謝、排泄 與目標(biāo)組織中的生與目標(biāo)組織中的生物分子相互作用物分子相互作用毒性毒性綠色化學(xué)第四章

4、設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法 1） 吸收吸收 腸胃系統(tǒng)吸收腸胃系統(tǒng)吸收 肺吸收肺吸收 真皮吸收真皮吸收 2）分散分散 3）代謝代謝 4）毒性動(dòng)態(tài)學(xué)毒性動(dòng)態(tài)學(xué)Biological factorsRoute of Surface Thickness of Blood flowexposure area(m2) absorption barrier(m) (L/min)Skin 1.8 100-1000 0.5Gastrointestinal 200 8-12 1.4 tract Lung 140 0.2-0.4 5.8綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法（2）綠色化學(xué)第四章 設(shè)

5、計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法（3） 親電化學(xué)物質(zhì)親電化學(xué)物質(zhì)非親電化學(xué)物質(zhì)非親電化學(xué)物質(zhì) 親電化學(xué)物質(zhì)親電化學(xué)物質(zhì)與自然防御系統(tǒng)供給的親核試劑作用與自然防御系統(tǒng)供給的親核試劑作用非毒性、水溶性物質(zhì)非毒性、水溶性物質(zhì) 與非與非“犧牲性犧牲性”親核大分子作用親核大分子作用排排 泄泄毒毒 性性綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法癌癥、變種、免疫系統(tǒng)中毒癌癥、變種、免疫系統(tǒng)中毒加成反應(yīng)加成反應(yīng)-N=C=O-N=C=S異氰酸酯異氰酸酯變種、睪丸損傷變種、睪丸損傷加成反應(yīng)加成反應(yīng)環(huán)化合物環(huán)化合物神經(jīng)中毒神經(jīng)中毒生成生成Schift堿堿R1

6、COCH2CH2COR2二酮二酮癌癥、變種、肝中毒、腎中癌癥、變種、肝中毒、腎中毒、血液中毒、神經(jīng)中毒等毒、血液中毒、神經(jīng)中毒等Michael加成反加成反應(yīng)應(yīng)C=C-C=OC C-C=OC=C-C NC=C-S-,-不飽和羰不飽和羰基化合物及相基化合物及相關(guān)化合物關(guān)化合物癌癥癌癥取代反應(yīng)取代反應(yīng)R-XX=Cl,Br,I,F鹵代烴鹵代烴毒效毒效親核反應(yīng)親核反應(yīng)一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)親電試劑親電試劑綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法Acrylates(丙烯酸酯)Methacrylates (甲基丙烯酸酯)綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法Reactants for the

7、 production of the productMasking agentsRemoving the masking agentThe product is regenerated in situ for use in the production, transportation, and storageThe hazardousness is eliminated綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法RNH2 + COCl2 RNCO + 2HClRNH2 + CO2RNCO + H2O綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本

8、原理和方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法OHCHR1R2細(xì)胞色素P450CHR1R2O細(xì)胞色素親核劑OHCR1R2親核劑肝中毒綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法取代酚設(shè)計(jì)方法：OHCH3OHCH3OHCH3綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法HHALDHOHOHALDHOCHHCCH2ALDHCO綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法COHCH=CH2HALDHCOCH=CH2II相反應(yīng)COCH=CH2HSOOOCCH=CH2H醇類設(shè)計(jì)方法：綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原

9、理和方法CHOOHHOHHOHHOHHCOOH葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸鹽鹽( (肝肝泰泰樂樂) )綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法設(shè)計(jì)方法：綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法R1R2HH細(xì)胞色素P450OR1R2OXR1R2HOHR1R2RCCH2HP450,R-R1CH2R1CHHCCH2OHRCCHRHCCH2ORHCCORCHCCHOH設(shè)計(jì)方法：綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法（4）肝氧化OHCCH2CH2CH2CH2CHO肝中毒白血病CH3氧化COOH無毒綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品

10、的基本原理和方法ROCH2CH2OHALDH,ACDHROCH2COOH有毒細(xì)胞色素P450R=CH3,C2H5,C4H9ROCH2CH(CH3)OHHCRO+HOCH2CH(CH3)OH無毒ROCH(CH3)CH2OHALDHROCH(CH3)COOH有毒綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法CH3(CH2)4CH3氧化CH3COCH2CH2COCH3H2N-Lys-蛋白質(zhì)NLys-蛋白質(zhì)CH3CH3(CH3)2CHCH2CH2CH(CH3)2OHCH2C(CH3)(OH)CH2CH2CH(CH3)2OHCH2CH(CH3)CH2CH2(OH)(CH3)2對(duì)神經(jīng)無毒綠色化學(xué)第四章

11、 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.2.2 利用構(gòu)效關(guān)系設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品毒性或者藥效的原因：構(gòu)效關(guān)系的重要性： 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法（1）應(yīng)用定性構(gòu)效關(guān)系設(shè)計(jì)更加安全的化學(xué)品綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法縮水甘油醚為縮水甘油醚為: : 1，2，4-三唑-3-硫酮（1，2，3-Triazole-3-thione）綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法NNNSR3R1R212345一般結(jié)構(gòu) R1 R2 R3 相對(duì)毒性 CH3 H H 1.0 H CH3 H 1.2 H H CH3 212.0 CH3 H CH3 7.1 H H C6

12、H5 5.7 CH3 CH3 H 4.7 H H H 3.6綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法對(duì)于通式如下的羧酸： （ 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法（2）用定量構(gòu)效關(guān)系設(shè)計(jì)更加安全的化學(xué)品常用的構(gòu)效關(guān)系的回歸關(guān)系式為 : n n r r s s綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.2.3 利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法構(gòu)筑構(gòu)效關(guān)系 基團(tuán)貢獻(xiàn)法（基團(tuán)貢獻(xiàn)法（Group Contribution Method）或曰碎片貢獻(xiàn)法）或曰碎片貢獻(xiàn)法（Fragments Contribution Method）模型是定量結(jié)構(gòu)）模型是定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系研究活性關(guān)系研究中使

13、用最廣的方法之一。中使用最廣的方法之一。 采用基團(tuán)貢獻(xiàn)法，可以預(yù)測(cè)未知物質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系采用基團(tuán)貢獻(xiàn)法，可以預(yù)測(cè)未知物質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系 。綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.2.4 利用等電排物置換設(shè)計(jì)更加安全的化學(xué)品 電子等排同物理性質(zhì)現(xiàn)象（Isosterism）： 具有相似分子和電子特征的物質(zhì)不管其結(jié)構(gòu)是否相似，通常都具有相似的物理性質(zhì)和其他性質(zhì)。Langmuir將這一現(xiàn)象稱為電子等排同物理性質(zhì)現(xiàn)象（Isosterism），這些物質(zhì)稱為電子等排物（Isostene）。 根據(jù)Langmuir的定義，電子等排物是這樣一些物質(zhì)和取代基，它們由于有相同數(shù)目的原子、相同數(shù)目的電子且電子的排

14、布方式相同，因而有相同的電荷。綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法H與FOH與NH2CH3與SH與ClCH2與NH與O與S與SiH2N=與 CH與 S環(huán)結(jié)構(gòu)中的CH=CH與S與O與NHNCNOHHNCNNCNHH與與綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法SN綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法CHHCHF331221可能在此發(fā)可能在此發(fā)生環(huán)氧化生環(huán)氧化不可能在此不可能在此發(fā)生環(huán)氧化發(fā)生環(huán)氧化CH2COOHH FCH2COOH 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法去除麥角胺的毒性:H HN NN NC CH HC CH H S S C CH

15、H C CH H N NN NO OH HH HH HH HH HN NN NC CH HC CH H S S C CH H C CH H N NN NN NC CN Nm me et ti ia am mi id de ec ci im me et ti id di in ne e32222223金屬偶氮染料的設(shè)計(jì):O ON NN NO OMMS SO O N NH HO ON NN NO OS SO O N NH HN Na a+ +2222M為鉻時(shí)有毒為鉻時(shí)有毒M為鐵時(shí)無毒為鐵時(shí)無毒 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法用硅取代物代替殺蟲劑MTI-800 ：O OF FO

16、OO OSiF FO O綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法OOOOABCD綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.2.5 “軟”化學(xué)設(shè)計(jì)綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法鹽酸十六烷基吡啶 CH (CH )CH CH-CHNCl32 12-222綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法目前研究得到的結(jié)果為：ClNCH (CH ) -C-O-CHO32122 NCH2COO綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法“軟”化學(xué)物質(zhì)： 是指一種如此設(shè)計(jì)的物質(zhì)，它保留了能完成其商用功能所需的結(jié)構(gòu)特征，但當(dāng)它被人體吸收后，又能很快通過非氧化過程分解為無毒的、易于排泄的物質(zhì)。 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.2.6 用另一類有相同功效而無毒的物質(zhì)替代有毒有害的物質(zhì) 綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法H NCNNHSOHOOOH22綠色化學(xué)第四章 設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的基本原理和方法4.2.7 消除有毒輔助物品的使用 （1） 有時(shí)是輔助物質(zhì)引發(fā)了毒性 （2） 消除辦法