綠色化學第4章中國礦業(yè)大學化工學院

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1、中國礦業(yè)大學化工學院綠色化學Green Chemistry綠色化學緒論設計更加安全化學品的應用綠色化學綠色化學的應用綠色化學原理綠色化學發(fā)展趨勢設計安全無毒化學品的基本原理和方法綠色化學方法綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.1 設計安全無毒化學品的一般原則設計安全無毒化學品的一般原則4.2 設計安全有效化學品的方法設計安全有效化學品的方法綠色化學4.1 第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.1.1 設計安全無毒化學品的一般原則（1） “外部”效應原則 1）與物質在環(huán)境中的分布有關的物理化學性質 綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法2 2） 與機體吸收有

2、關的性質與機體吸收有關的性質 3 3） 對人、動物和水生生物吸收途徑的考慮對人、動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第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法 （2 2） “ “內(nèi)部內(nèi)部”效應原則效應原則-指通過分子設計來達到預防毒性的目標指通過分子設計來達到預防毒性的目標 1 1） 增大解毒性能增大解毒性能 2） 避免物質的直接毒性避免物質的直接毒性 綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法3） 避免生物活化避免生物活化 綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.1.2 建立設計安全化學品的基礎化學品的工業(yè)化學品的工業(yè)和商用功

3、效和商用功效傳統(tǒng)的工業(yè)化學人才傳統(tǒng)的工業(yè)化學人才培養(yǎng)模式培養(yǎng)模式工業(yè)合成工業(yè)合成化學人才化學人才醫(yī)藥和農(nóng)藥醫(yī)藥和農(nóng)藥化學人才化學人才復合型綠色復合型綠色化學人才化學人才藥理學、生物化藥理學、生物化學、毒理學（學、毒理學（SAR)傳統(tǒng)的醫(yī)藥和農(nóng)藥傳統(tǒng)的醫(yī)藥和農(nóng)藥化學人才培養(yǎng)模式化學人才培養(yǎng)模式藥理學、生物化藥理學、生物化學、毒理學（學、毒理學（SAR)化學品的工業(yè)化學品的工業(yè)和商用功效和商用功效綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法（1）化學品的毒性接觸接觸吸收、分散吸收、分散 代謝、排泄代謝、排泄 與目標組織中的生與目標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第四章

4、設計安全無毒化學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）毒性動態(tài)學毒性動態(tài)學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綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法（2）綠色化學第四章 設

5、計安全無毒化學品的基本原理和方法綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法（3） 親電化學物質親電化學物質非親電化學物質非親電化學物質 親電化學物質親電化學物質與自然防御系統(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、水溶性物質非毒性、水溶性物質 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 性性綠色化學第四章 設計安全無毒化學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)中毒加成反應加成反應-N=C=O-N=C=S異氰酸酯異氰酸酯變種、睪丸損傷變種、睪丸損傷加成反應加成反應環(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加成反加成反應應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化合物關化合物癌癥癌癥取代反應取代反應R-XX=Cl,Br,I,F鹵代烴鹵代烴毒效毒效親核反應親核反應一般結構一般結構親電試劑親電試劑綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法Acrylates(丙烯酸酯)Methacrylates (甲基丙烯酸酯)綠色化學第四章 設計安全無毒化學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綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法RNH2 + COCl2 RNCO + 2HClRNH2 + CO2RNCO + H2O綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本

8、原理和方法綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法OHCHR1R2細胞色素P450CHR1R2O細胞色素親核劑OHCR1R2親核劑肝中毒綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法取代酚設計方法：OHCH3OHCH3OHCH3綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法HHALDHOHOHALDHOCHHCCH2ALDHCO綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法COHCH=CH2HALDHCOCH=CH2II相反應COCH=CH2HSOOOCCH=CH2H醇類設計方法：綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原

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

10、的基本原理和方法ROCH2CH2OHALDH,ACDHROCH2COOH有毒細胞色素P450R=CH3,C2H5,C4H9ROCH2CH(CH3)OHHCRO+HOCH2CH(CH3)OH無毒ROCH(CH3)CH2OHALDHROCH(CH3)COOH有毒綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法CH3(CH2)4CH3氧化CH3COCH2CH2COCH3H2N-Lys-蛋白質NLys-蛋白質CH3CH3(CH3)2CHCH2CH2CH(CH3)2OHCH2C(CH3)(OH)CH2CH2CH(CH3)2OHCH2CH(CH3)CH2CH2(OH)(CH3)2對神經(jīng)無毒綠色化學第四章

11、 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.2.2 利用構效關系設計安全的化學品毒性或者藥效的原因：構效關系的重要性： 綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法（1）應用定性構效關系設計更加安全的化學品綠色化學第四章 設計安全無毒化學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）綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法NNNSR3R1R212345一般結構 R1 R2 R3 相對毒性 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綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法對于通式如下的羧酸： （ 綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法（2）用定量構效關系設計更加安全的化學品常用的構效關系的回歸關系式為 : n n r r s s綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.2.3 利用基團貢獻法構筑構效關系 基團貢獻法（基團貢獻法（Group Contribution Method）或曰碎片貢獻法）或曰碎片貢獻法（Fragments Contribution Method）模型是定量結構）模型是定量結構-活性關系研究活性關系研究中使

13、用最廣的方法之一。中使用最廣的方法之一。 采用基團貢獻法，可以預測未知物質的構效關系采用基團貢獻法，可以預測未知物質的構效關系 。綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.2.4 利用等電排物置換設計更加安全的化學品 電子等排同物理性質現(xiàn)象（Isosterism）： 具有相似分子和電子特征的物質不管其結構是否相似，通常都具有相似的物理性質和其他性質。Langmuir將這一現(xiàn)象稱為電子等排同物理性質現(xiàn)象（Isosterism），這些物質稱為電子等排物（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。綠色化學第四章 設計安全無毒化學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)結構中的CH=CH與S與O與NHNCNOHHNCNNCNHH與與綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法SN綠色化學第四章 設計安全無毒化學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 綠色化學第四章 設計安全無毒化學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金屬偶氮染料的設計:O ON NN NO OMMS SO O N NH HO ON NN NO OS SO O N NH HN Na a+ +2222M為鉻時有毒為鉻時有毒M為鐵時無毒為鐵時無毒 綠色化學第四章 設計安全無毒化學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綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法OOOOABCD綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.2.5 “軟”化學設計綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法鹽酸十六烷基吡啶 CH (CH )CH CH-CHNCl32 12-222綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法目前研究得到的結果為：ClNCH (CH ) -C-O-CHO32122 NCH2COO綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法“軟”化學物質： 是指一種如此設計的物質，它保留了能完成其商用功能所需的結構特征，但當它被人體吸收后，又能很快通過非氧化過程分解為無毒的、易于排泄的物質。 綠色化學第四章 設計安全無毒化學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替代有毒有害的物質 綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法H NCNNHSOHOOOH22綠色化學第四章 設計安全無毒化學品的基本原理和方法4.2.7 消除有毒輔助物品的使用 （1） 有時是輔助物質引發(fā)了毒性 （2） 消除辦法