绿色化学 第七章 讲义

第七章 注重功效和环境无害的绿色化学产品

第一节 绿色化学产品及其评估原则

一.什么是绿色化学产品

对人类和环境无害的化学产品称为绿色化学产品。 绿色化学产品的两个特征:

1、产品本身不会引起环境污染和健康问题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植物造成损害；

2、当产品被使用后，应能再循环或易于在环境中降解为无害物质。 二、如何评估化学产品或化学过程对人类健康和环境的影响

1、对人体的毒性

化学品对生命机体造成的生物化学影响，称为毒性。 (1)致毒途径有三种 ◎ 接触致毒

皮肤接触、嘴接触、呼吸系统接触 ◎ 生物吸收致毒

生物吸收是指生命系统内对有毒化学品吸收的能力及在生命系统内的分布。 ◎ 物质的固有毒性致毒

物质的固有毒性是指有毒化学物质引起正常细胞改变的性质，通常由分子的部分结构引起，这部分结构称为“毒性载体”。

有些物质没有直接的毒性，但由于其分子的特殊结构，能在代谢过程中转化为有毒的物质，这种结构称为“产毒结构”。

一种物质毒性的程度与接触程度、生物吸收性和它引发的生理学过程在生命体内的重要性有关。其过程可表示如下：

(2)评估毒性大小的三个指标 ◎毒性作用的效力

例：化合物X和Y除了能引起眼睛失明外没有其它的毒性，其中X使人完全失明的含量是10ppb，而Y的含量是1×106ppb。

绿色化学的评估:

X和Y的毒性作用一样——引起人的眼睛失明，但X的效力比Y大十万倍，从绿色化学的角度来评估，Y比X更可取。

◎毒性的作用点

例：化合物X和Y对人体都有毒性，最终造成毒性危害的浓度均为100ppm，但X只有催泪作用，而Y则引起中枢神经系统的破坏。

绿色化学的评估:

X和Y的毒性效力是一样的，但二者的作用点不同。显然，中枢神经系统的破坏比起催泪作用来要严重得多，因此，从绿色化学的角度来评估X比Y更可取。

◎毒性的可消除性

例：化合物X和Y仅对人体有毒性。当人体接触到10ppm或更多的X或Y时，均会引起严重的呼吸困难， 但将X移开或人体接触的水平低于10ppm时呼吸困难

的症状就会消失，而将Y移开或人体接触的水平低于10ppm时呼吸困难的症状仍旧存在。

绿色化学的评估:

二者的毒性效力和作用点都相同，但X的毒性作用是可消除的，而Y的毒性作用是不可消除的，故X比Y更可取。

2、对野生生物的毒性

野生生物物种繁多，不可能对所有的物种进行评估。主要采用三种方法： ◎建立毒性测试数据库 ◎利用构效关系外推

◎利用现有毒性测试数据外推。 需要注意的问题:

某化合物对物种甲是有益的，而对物种乙却是有害的。如水中磷酸盐对藻类有益，对鱼类有害。

3、对环境的影响 ◎对局部环境的影响

如氮氧化物排放→酸雨→植物、鱼类死亡。 汽车尾气排放→光化学烟雾→使人生病。 ◎对全球环境的影响

二氧化碳排放→温室效应→海平面上升，沿海地区被淹没；气候变化→影响人类健康。

氟氯烃排放→臭氧层空洞→紫外线照射增加→皮肤癌等。 全面评价一个化合物时，必须考虑对环境的影响。

第二节 设计绿色化学产品的方法和一般原则

一、三种设计方法

1、如果已知某一反应是毒性产生的必要条件，在确保分子的作用与性质不变的前提下可以通过改变结构使这个反应不发生，从而避免或降低该化学品的毒性。

例如：有机腈化合物在生物体系中由于能发生如下反应而产生毒性

R—CH2—CN → “R—CH2” + “CN”

如果在α-位上引入取代基，如甲基，则释放氰基的反应就被抑制，该物质就几乎是无毒的。

2、对于毒性机理不明确的情况，可以根据可以根据官能团与毒性间的一般关系，除去或不引入与毒性有关的官能团来降低毒性。

3、设法降低生物利用率。无论一个化合物本身有多大毒性，只有它进入人体到达毒性发生作用的目标器官时才能起到毒害作用。因此化学家可以通过分子设计来改变分子的物理和化学性质，从而降低人体器官对它的吸收程度。

例如化合物在水相和脂相之间的分配比例LogP是决定其进入生物体能力大小的主要因素，通过改变结构可以调控LogP的大小，使分子具有较小的穿透表皮的能力，不能表现出原有的毒性。 二、一般设计原则

（一）“外部”效应原则

指通过分子设计，改善分子在环境中的分布、人和其他生物机体对它的吸收性质等重要物理化学性质，从而减少它的有害生物效应。

1、与物质在环境中的分布有关的性质

◎挥发性/密度/熔点 ◎水溶性

◎残留性/生物降解性

◎转化为具有生物活性（毒性）物质的可能性 ◎转化为无生物活性（毒性）物质的可能性 2、与机体吸收有关的性质 ◎挥发性 ◎油溶性 ◎分子大小 ◎降解性质

3、对人、动物和水生生物吸收途径的考虑 ◎皮肤吸收/眼睛吸收 ◎肺吸收 ◎消化道吸收

◎呼吸系统吸收或其它特定生物的吸收途径

生物聚集和生物放大（化学物质随食物链向上一级进展在组织中浓度增大）见图

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