第一章作業一：簡答溫室效應及其與化學相關性，核冬天，光化學煙霧及其化學本質，生物多樣性。氣候變暖原因主要是大氣中溫室氣體濃度升高。大氣中CO2等各種溫室氣體對于來自太陽短波輻射吸收極少，卻對地面反射長波輻射有強烈吸收，被“困住”這部分能量使得近地層溫度上升，這就是所謂溫室效應。1/72引發溫室氣體排放量增大原因包含自然界原因和人為原因。自然界原因主要就是動植物等呼吸、植物腐爛和動植物腐爛分解。不過近幾十年來，因為人口急劇增加、工業迅猛發展、呼吸產生二氧化碳及煤炭、石油、天然氣燃燒產生二氧化碳，遠遠超出了過去水平，人類在煮飯、照明、取暖、交通以及工業生產中排放了大量溫室氣體；而另首先，因為對森林亂砍亂伐，大量農田建成城市和工廠，破壞了植被，降低了將二氧化碳轉化為有機物條件，再加上地表水域逐步縮小，降水量大大降低，降低了吸收溶解二氧化碳條件，破壞了二氧化碳生成與轉化動態平衡，就使大氣中二氧化碳含量逐年增加。可見當前人為原因已經成為引發溫室氣體含量增大主導原因。2/72有限核戰爭所產生煙塵會造成地球冷卻假設，這個概念被稱為“核冬天”。光化學煙霧主要就是氮氧化合物與烴類物質在紫外線照射下，經過一系列復雜反應后形成一個大氣污染現象。化學本質：NO2→NO＋OO+CXHY→CXHYO.CXHYO.+O2→CXHYO3.CXHYO3.+CmHn→RCHO+R’CO+O2→O3ROO+NO2→ROONO23/72生物多樣性是指地球上全部生物（包含植物、動物和微生物）以及其它物質組成綜合體。它包含遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性三個組成部分。4/72二：為何說化學是一門中心、實用、創造性學科？化學包括其它學科眾多領域，化學原理和方法以及化學反應方面研究當前仍在主導其它學科。比如：材料科學：金屬材料、無機材料、生物醫學材料；生命科學：分子生物學（分子層次時→化學）；能源科學：石化工業、天然氣化學工業、煤化學工業、核工業等；航空航天科學等，這些科學全部與化學親密相關。5/72化學研究怎樣開發和有效利用天然資源，以尋找一些未知有用化學品，比如利用天然資源制取大量化肥、農藥、農膜、塑料、鋼鐵、水泥等產品和原料，并生產大量合成纖維和橡膠以滿足農業和林業不足；化學研究怎樣在陸地和海洋動植物中提取有用化學品；研究物質結構和功效之間關系，并將這些規律性認識反饋于化學合成中以服務于人類生產和生活。6/72化學之所以含有創造性，是因為化學一直在為人類設計開發研究新材料，比如在醫藥衛生和高分子材料方面。在藥品方面，以往獲取中藥伎倆是靠上山采藥，因為土地和植物資源限制，中藥起源越來越有限；假如我們掌握了中藥中有效成份構效關系，我們就能夠依靠化學伎倆來合成有效藥品。另外，伴隨社會進步和工業發展，從天然資源中提取化學材料已不能滿足人類生產和生活需要，所以，人們迫切需要開發新、有特殊用途材料，這就需要化學來合成新高分子材料，這個合成過程就是一項由無到有創造性工作。所以，人類衣食住行以及保持健康無一例外都離不開化學，化學與人類整個生活息息相關。7/72三：人類當前面臨主要環境問題有哪些？造成這些困境原因是什么？這些經典環境問題包含：全球氣候變暖、核冬天威脅、臭氧層破壞、光化學煙霧和大氣污染、酸雨、生物多樣性銳減、森林破壞以及土地荒漠化。8/72四；在人類面臨健康問題面前，化學有何作為？9/72五：可連續發展觀主要觀點是什么，它與傳統發展觀有何差異？可連續發展觀則強調經濟與環境協調發展，追求人與自然友好。（一）、可連續發展思想強調是發展，把消除貧困看成是可連續發展一項不可缺乏條件（二）、可連續發展思想把環境保護作為發展過程一個主要組成部分，作為衡量發展質量、發展水平和發展程度客觀標準之一。（三）、可連續發展思想強調代際（兩代人）之間機會均等，指出，當代人享受正當環境權力（即在發展中合理利用資源和含有清潔、安全、舒適環境權力），后代人也應該一樣享受。10/72（四）、可連續發展戰略呼吁人們改變傳統生成方式和消費方式，要求人們在生產時要少投入、多產出，在消費時要盡可能多利用、少排放。（五）、可連續發展要求人們必須徹底改變傳統對待自然態度，建立起新道德和價值標準。傳統發展觀一味地追求GDP增加而不惜以污染環境為代價，是不利于人類社會繁衍和發展，是不可取；而可連續發展觀強調了經濟與環境協調發展，追求人與自然友好，是人類應該改變觀念加以接收和實踐。11/72六：你怎樣對待化學學科在本世紀地位？七:你認為我國應怎樣面對能源短缺?八:試論科學發展觀與化學12/72討論你認為綠色化學能實現從源頭上消除污染嗎？理論（起源、發展、目標、標準、方法）實際（結合我國國情、現實狀況）當前存在主要問題13/72第二章作業題1：簡答。綠色化學目標、化學工業造成危害、風險試劑、生物質種類、可再生資源、原子利用率、環境商、環境因子綠色化學目標：化學過程不產生污染，即將污染消除于其產生之前。化學工業造成危害：一些化學品不加節制濫用，化學工業向環境排放了大量污染物，給整個生態環境造成了嚴重影響，另外，化工生產中偶然事故也會對人類和環境造成突發性影響。風險試劑：對人類健康和環境含有直接或間接危害試劑。14/72生物質種類：主要有兩類，淀粉和木質纖維素。可再生資源：在人類壽命尺度內可再生資源。原子利用率：原子利用率=目標產物量／按化學計量式所得全部產物量之和×100%=目標產物量／各反應物量之和×100%，用來衡量化學反應中，到底有多少反應物原子轉變到了目標產物中。環境商：EQ=E×Q（E表示環境因子；Q表示依據廢物在環境中行為給出廢物對環境不友好程度），用來描述廢物排放量和廢物環境行為本質綜合表現。環境因子：環境因子=廢物質量／目標產物質量，用來衡量生產過程對環境影響程度。15/722：為何要大力發展綠色化學？①大力發展綠色化學是人類社會可連續發展必定要求。人類社會發展對環境和人類身心健康已經造成了巨大影響，我們既要為愈加美好生活而發展化學和化學工業，有不能讓化學品生產過程和化學品破壞我們生活。綠色化學既能支撐經濟發展又能滿足環境要求，以確保可連續發展。②發展綠色化學是科學技術和經濟發展需要。綠色化學含有很好潛力:尋求新原理和方法，發展新技術，以降低化學品顯性成本和隱性成本。另外在一些行業，治理污染比生產成本還要大，所以必須要大力發展綠色化學。16/723：綠色化學及其與環境污染治理異同相同點：治理環境問題，共同改進人類生存環境。不一樣點：綠色化學是從源頭上消除污染，即將污染消除于其產生之前；環境污染治理是治理已經有污染，即先污染，再治理。17/724：什么是綠色化學品？怎樣設計安全化學品。綠色化學品是指含有最正確使用功效，且分子毒性最低化學品。設計化學品是指利用分子結構和性能關系和分子控制方法，取得最正確所需功效分子，且分子毒性最低。設計安全化學品方法有：①假如了解某種化學品毒性機理及某種反應引發毒性，就能夠改變和修飾該物質結構，使其制毒反應不至于發生，修飾后分子功效不變。②假如現有階段還不了解毒性詳細機理，仍能夠關聯分子化學結構和毒性，此時，要設法除去分子中毒效基團。③降低分子中生物藥效性也是設計愈加有效地化學品方法之一。18/725：舉例說明原子經濟反應是不產生污染必要條件

證實B→A必要條件！要使化學反應盡可能最大程度利用資源、降低環境污染，僅僅采取原子經濟反應還不能完全到達目標。原子經濟反應是最大程度利用資源、最大程度降低污染必要條件，但不是充分條件。可能有一些化學反應，從計量式看，他是原子經濟，但假如反應平衡轉化率很低，而反應物與產物分離又有困難，反應物難于循環使用，那么這些未使用完反應物就會被看成廢物排放到環境中，造成環境污染及資源浪費。也有一些反應，反應本身是原子經濟，但兩反應物還能同時發生其它平行反應，生成不需要副產物，這也會造成資源浪費和環境污染。19/726：試論計算機輔助綠色化學合成路線設計必要性和方法。在設計新安全有效合成路線時，既要考慮產品性能優良，價格低廉，又要使產品廢物和副產物最少，對環境無害，利用計算機來輔助設計可減輕人腦勞動，只有借助計算機建立某種智能，讓其按我們制訂方法自動設計合成路線，隨時排除不適合反應路線，找到不浪費資源，不污染環境理想合成路線。20/72方法：(1)建立一個盡可能全化學反應資源庫，對計算機進行訓練，指導計算機在哪種物質在一起在什么條件下會發生什么樣化學反應。(2)提出要求，即確定目標產物和可采取原料(3)讓計算機找出生產目標產物及所需原料(4)以上原料為目標再做搜索，找出該目標產物合成反應方法(5)比較各反應路線，找到最經濟，對環境污染最小綠色化學反應路徑21/727：怎樣在反應過程中使化學反應綠色化

使一個反應綠色化，能夠采取設計安全有效目標分子、尋找安全有效反應原料、尋找安全有效合成路線、尋找新轉化方法和尋找安全有效反應條件等方法來實現。其中，在反應過程中使化學反應綠色化方法只有尋找新轉化方法和尋找安全有效反應條件兩種路徑。在化學過程中要降低有毒有害物質使用，能夠采取各種方法。如催化等離子體、電化學和光化學即其它輻射方法。尋找安全有效反應條件包含尋找安全有效催化劑（活性組分負載化、用固體酸代替液體酸）和尋找安全有效反應介質（采取超臨界流體作為反應介質、水作溶劑兩相催化法）。22/728：自選一條當前使用有機化學合成路線，用綠色化學原理對其進行評價并設計一條更佳新路線。23/729：簡述綠色化學12標準。一：不讓廢物產生而不是讓其生成后再處理二：最有效地設計化學反應和過程，最大程度地提升原子經濟性三：盡可能不使用，不生產對人類健康和環境有毒有害物質四：盡可能有效設計功效卓著而又無毒無害化學品五：盡可能不使用輔助物質，如須使用也應是無毒無害六：在考慮環境和經濟效益同時，盡可能使能耗最低24/72七：技術和經濟上可行時應以可再生資源為原料八：應盡可能防止衍生反應九：盡可能使用性能優異催化劑十：應設計功效終止后可降解為無害物質化學品十一：應發展實時分析方法，以監控和防止有毒有害物質生成十二：盡可能選取安全化學物質，最大程度地降低化學事故發生25/7210：試論分析化學在綠色化學發展中作為

自從環境運動開始以來，分析化學家們已經在進行測定和檢測環境方面工作。現在分析化學領域中一個重點是，開發在化學過程進行之中就能夠預防或極度降低有害物質產生方法和技術。以綠色化學為目標在線分析化學發展是基于“假如不能測定就不能控制”這么一個前提。為了對化學過程施加影響，人們需要有準確和可信賴傳感器、跟蹤器和分析技術來測定反應過程中存在有害物質。26/72為了到達綠色化學目標，被開發分析技術既可用于在線分析也可用于即時分析。利用這些功效，能夠對一個化學過程中有害副產品產生和副反應進行跟蹤。當微量這些有毒物質被檢測到以后，可能能夠經過調整該過程一些參數以及時降低或消除這些物質形成。假如把傳感器和過程控制系統直接連接起來，這種極度降低有害物過程很可能會實現自動化。應用在線分析化學一個例子是，跟蹤反應過程以測定反應是否已完成。在許多情況下，化學過程需要不停地加入試劑知道反應完成為止。假如有一個即時在線檢測器能讓我們測定反應是否完成，那么就不需要加入更多過量試劑，從而就能夠防止過量使用有可能會造成危害物質，所以這些危害物也不會進入到廢物流里。27/7211、生物柴油化學關鍵是什么？生物柴油是指以油料作物、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經過酯交換工藝制成可代替石化柴油再生性柴油燃料。生物柴油是生物質能一個，它是生物質利用熱裂解等技術得到一個長鏈脂肪酸單烷基酯。生物柴油是含氧量極高復雜有機成份混合物，這些混合物主要是一些分子量大有機物，幾乎包含全部種類含氧有機物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有機酸、醇等。生物柴油化學關鍵是酯交換反應。因為它化學生產法是采取生物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氫氧化鈉或甲醇鈉作為觸媒，在酸性或者堿性催化劑和高溫下發生酯交換反應，生成對應脂肪酸甲酯或乙酯，再經洗滌干燥即得生物柴油。28/7212、生物質作為新化學反應原料面臨哪些挑戰？普通生物質都是由有機高分子或超分子組成，在有效利用他們之前，通常需要首先把他們降解為小分子，纖維素也可降解為葡萄糖，但纖維素常處于結晶狀態且難溶于水，故難于水解。另外，纖維素中，葡萄糖單體之間是由β-1，4-苷鍵連接在一起，它比淀粉中α-1，4-苷鍵更難降解，故纖維素降解過程十分復雜，在自然生態系統中，不論是農作物秸稈還是動物膠原蛋白，其降解都是經過酶催化來進行，為了不破壞生態又提升降解反應速率，就需要找出每種木質素或動物膠原蛋白降解反應高效酶催化劑或仿酶催化劑，實現生物大分子選擇性降解。鑒于以上情況，生物質作為新化學反應原料存在以下幾個挑戰：29/72

ThestructureofligninanditseffectonitsdegradationOrientateddegradationtoproducedirectlyusefulchemicalsHandlingandmanipulationofoxygen-richmoleculesTheeffectofimpuritiesonthedegenerationparametersanddistributionoftheproductsUsingofrenewablestartingmaterialFundamentalscientificchallenge:30/72TechnicalchallengesCollectionofbiomassVariationofcompositionsofdifferentkindsofbiomassandgrownfromdifferentareaoftheworldContinuousoperationHandlingofmixturesratherthanpurecompoundUpgradingandSeparationoftheproductsHowtouseeffectivelythebio-products31/72FundamentalScientificChallengesintheDevelopmentofBiomassEnergyTheconversionofsugartochemicalshydrationhydrogenationThestructureoflignin(木質素)andcellulose：

Chemicalstructure(composition)Stereo-structureSupermolecularstructureConversionwithhighselectivityHighcontentofoxygen/LackofHydrogen32/72TechnicalchallengesforbiomassconversionTroublesofbeingsolidBadheatandelectricityconductivity;treatmentofsolidotherthanfluids;difficultiestoexertchemicalalterationssuchascatalyticeffectonthesolidetc.VariationofcompositionandstructureDifficultiesforcollectionetc.33/72

第三章1、簡答①人類防止有害化學品毒性路徑：a.使有害化學品不進入機體；b.若無法防止其進入機體，則要求其對機體內正常生物化學和生理過程不產生有害影響；②生物放大（聚集）：指一些在自然界不能降解或難降解化學物質，在環境中經過食物鏈延長和營養級增加在生物體內逐層富集，濃度越來越大現象。③化學品產生毒性三要素：接觸致毒、生物吸收致毒、物質固有毒性。34/72④毒性載體（Toxicophore）：物質固有毒性是指有毒化學物質引發正常細胞性質改變屬性，通常由分子部分結構引發，這部分結構通常稱為是“毒性載體”。產毒結構（Toxicogenic）：有些物質沒有直接毒性，但因為其分子特殊結構，它能在代謝過程中轉化為與有毒物質，這種結構特征稱為“產毒結構”。⑤Langmuir電子等排同性質原理：含有相同數目標原子，相同數目標電子且電子排布方式相同物質和取代基，有相同電荷，也即電子等排物有相同物理性質和其它性質。⑥軟化學設計：指對于含有生理活性、治療上十分有用，在人身體內完成治療作用后很快轉化為無毒物質藥品設計。35/722、設計安全有效化學品外部效應標準主要內容有哪些?主要是降低接觸可能性。經過分子設計，從而增大降解速度、降低物質揮發性、降低分子在環境中殘留時間，以及降低物質在環境中轉化為有毒有害物質可能性等均是主要“外部”效應標準例子。a.與物質在環境中分布相關物理化學性質，如：揮發性、密度、熔點、水溶性、殘留性、生物降解性（氧化反應性質、水解反應性質、光解反應性質、微生物降解性質）、轉化為含有生物活性物質可能性、轉化為無生物活性物質可能性；36/72b.與機體吸收相關物理化學性質，如：揮發性、油溶性、分子大小、降解性質（水解、pH影響、對消化酶敏感性）；c.對人、動物和水生生物吸收路徑考慮，如：皮膚吸收、眼睛吸收、肺吸收、腸胃吸收、呼吸吸收或其它特定生物吸收路徑；d.消除或降低不純物，如：是否會產生不一樣化學類別不純物、是否會產生有毒或更毒物質、是否會產生有毒或更毒幾何異構體、構象異構體和立體異構體等等。37/723、設計安全有效化學品內部效應標準主要內容有那些?內部效應標準主要是預防毒性。a.增大解毒功效，如：增大排泄可能性（選擇親水性化合物、增大物質分子與葡萄糖醛酸、硫酸鹽、氨基酸結合可能性或使分子易于乙酰化）；增大可生物降解性，如：氧化反應、還原反應、水解反應。b.防止物質直接接觸，如選擇一類無毒物質，選擇功效團（防止使用有毒功效團、讓有毒結構在生物化學過程中消失、對有毒功效團進行屏蔽、改變有毒基團位置）；c.防止生物活化，如：不使用已知生物活化路徑分子（強親電性或親核性基團、不飽和鍵、其它分子結構特征）；對可生物活化結構進行屏蔽等等。38/724、腸胃、肺和皮膚吸收特點有哪些？怎樣經過改變分子性質防止其被吸收？腸胃吸收：影響其吸收主要原因是指腸胃表面積以及血液流動速度。腸胃吸收表面積是最大，其血液流動速度是次大，改變pH值也能夠改變堿性物質和酸性物質吸收程度，酸性物質主要在小腸中吸收，堿性物質主要在大腸中吸收，影響物質吸收物理化學性質主要有：物質狀態、固體物質粒子大小、物質水溶性和油溶性、分解常數、相對分子質量、分子大小等。液態物質、被溶解物質比固態物質更輕易吸收。油溶性越好物質越輕易吸收，當然還需要有一定得水溶性，全溶于油而不溶于水物質不易被腸胃系統吸收。39/72肺吸收：肺功效主要是吸收氧氣和排出二氧化碳，從支氣管到肺氣泡這一段器官連續不停重復呼吸產生很大吸收表面積，肺還能接收來自心臟血液，肺這些特征是其對氧氣和其它物質吸收都很快，因為肺氣泡細胞膜太薄，物質要僅需血液路徑很短，數秒內物質可由肺轉入血液，所以，水溶性物質吸收量很大，顆粒度小于等于1微米固體物質也很輕易經過肺被吸收，2-5微米顆粒則會殘留在支氣管內，可能與粘液一起被去除，大于5微米顆粒則經常殘留在鼻咽中而不被吸收，但這些微粒也可能轉移到腸胃系統而在此吸收。40/72皮膚吸收：皮膚是接觸和吸收主要器官，有毒化學物質經過皮膚被吸收，它就必須經過生皮7層細胞膜才能進行血液和毛細血管，皮膚吸收速度控制步驟是物質分子穿越最上層擴散過程。液體因通常在皮膚表面上鋪展從而有更大接觸面積，故它比固體物質更輕易被皮膚吸收，而且油溶性很好物質通常更輕易被皮膚吸收，但油溶性太好而水溶性不好物質也不輕易被吸收，這是因為，這么分子即使很輕易穿越角膜，不過不易穿過余下6層細胞膜。41/72改變分子性質來防止有毒物質吸收：降低腸胃吸收：(1)經過分子修飾，增大其顆粒度或使用保持非離子化形式，可降低其入口從而被腸胃系統吸收可能性；(2)經過分子修飾，增大其油溶性同時降低其水溶性，也能降低其入口而被腸胃吸收可能性；(3)設計修飾該物質分子，使其相對分子質量大于500，熔點高于150度（對非離子物質）或處于固態而不是液態，也是降低其入口而被腸胃吸收方法；(4)利用各種取代基聯合作用，使分子在pH小于等于2時強離子化，其極性變得太強，因而不能穿越脂肪膜，也可大大降低其吸收；(5)含有硫酸根分子難于穿越生物膜，且含有良好水溶性，所以，即使發生部分吸收也易于排泄，這么也就降低了毒性。42/72降低肺吸收：（1）設計分子使其揮發性降低，即具備更低蒸氣壓、更高沸點，就可降低與該類物質接觸時吸入可能性；（2）設計分子使其含有很低水溶性（或更高油溶性），或含有更高熔點（>150攝氏度），或使其顆粒大于5微米，就能夠降低肺吸收。降低皮膚吸收：（1）液體比固體更易被皮膚吸收，設計分子使其為固體而不是液體能夠降低皮膚吸收可能性；(2）設計分子使其含有更大極性或含有離子性（比如一個酸鈉鹽、胺鹽酸鹽等），或含有更大水溶性而無油溶性能夠降低皮膚吸收可能性；(3)增大顆粒度或相對分子質量及分子大小也可降低皮膚吸收可能性。43/725、消除化學品毒性Phase-I反應和Phase-II反應化學本質是什么？在Phase-I反應中，陌生化學物質經過氧化、還原和水解等過程轉化成極性更大代謝物，更輕易溶解于水，因而更輕易排泄。在Phase-II反應中內源代謝底物如葡萄糖酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽或氨基酸與有毒陌生化學物質結合，生成水溶性更大物質，從而更有利于排泄。44/726、經典親電性物質結構特征有哪些？其引發中毒化學反應主要有哪些？人體內細胞哪些結構輕易與親電性物質發生中毒化學反應？親電試劑普通結構親核反應毒效鹵代烴R-XX=Cl,Br,I,F取代反應癌癥、粒性白細胞降低癥α，β-不飽和羰基化合物及相關化合物C=C—C=OC≡C－C＝0C＝C－C≡NC=C-S-Michael加成反應癌癥、變種、肝中毒、腎中毒、血液中毒、神經中毒等

γ–二酮R1COCH2CH2COR2生成Schift堿神經中毒環氧化合物加成反應變種、睪丸損傷異氰酸酯-N=C=O-N=C=S加成反應癌癥、變種、免疫系統中毒45/72人體內輕易與親電性物質發生中毒化學反應細胞結構有：親電性物質或代謝后形成親電性物質都會與細胞大分子如DNA、RNA、酶、蛋白質中半酰胺酸殘基中巰基；蛋白質中蛋氨酸（甲硫氨酸）中硫原子；精氨酸和賴氨酸殘基中一級氨基，或蛋白質中二級氨基，如組氨酸；RNA和DNA中尿堿中氨基。這種不可逆共價相互作用會嚴重影響細胞大分子功效，可引發各種毒性效果，包含癌癥、肝中毒、血液中毒、腎中毒、生殖系統中毒、發育系統中毒等等。46/727、常見電子等排物有哪些？1–H,F2–COOH,-SO2NH-3-OH,=NH24–CH3,-SH,-Cl5–CH2-,-NH-,-O-,-S-,-SiH2-6–N=,-CH=,-S-7環結構中CH=CH-,-S-,-O-,-NH-8–COO-,-CONH-,-COCH2-47/728、舉例說明用無毒無害物質取代有毒有害物質主要性和可能性48/729、某化合物結構以下，指出其可能引發中毒反應

①異氰酸酯-N=C=O，引發加成反應，造成癌癥、變種、免疫系統中毒；②-Cl，引發取代反應，造成癌癥；③-苯基，引發血液中毒甚至白血病，致癌；④-CN，“毒性載體”，它對甲狀腺有毒，可妨礙甲狀腺合成甲狀腺荷爾蒙能力，引發甲狀腺功效減退。49/72

第四章作業題

1.由碳、硅元素化學性質，試討論用硅取代碳可行性及硅取代物優點？

①硅和碳都是4A族元素，在化學性質上有相同性。與同族其它元素一樣，硅和碳都是4價元素，能形成四面體結構，能與碳形成穩定化學鍵。②硅取代碳后形成衍生物是無毒，尤其是與同族鍺、錫、鉛衍生物對比。所以，硅是唯一一個能用作等電排置換元素。③硅是自然界存量豐富、價格低廉，且能夠各種形式出現元素。4.硅取代碳后形成衍生物能夠增大其降解性等對環境友好性能。50/722.用辛醇-水分配系數表征有毒化學品毒性普通準則是什么？

辛醇-水分配系數（logP）是用來描述物質油溶性，也用來估價有機化學品對水生生物毒性物理化學性質，logP通常能與生物活性很好聯絡起來，TSCA庫中有許多單個化學品logP數據。普通來說，對于僅表現出麻醉型非離子有機化合物，在logP小于等于5時，其致死性和慢性毒性均會隨油溶性呈指數增大；當logP>5時，毒性隨油溶性呈指數降低，所以對生物活性降低；logP在5-8之間時，長久接觸這類非離子型有機化合物展現慢性毒性；logP大于等于8時，長久接觸也不表現出毒性，因為此時水溶性很差，化學品變得沒有生物活性。51/72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“反應性”化學品如丙烯酸鹽、酯等，在logP=6時仍是劇毒。還有一些“反應性”化學品如脂肪胺、表面活性劑等，則到logP>8時仍表現出劇毒。

另首先，logP很小化學品因為沒有足夠油溶性，因而不能進入水生生物細胞膜，故沒有生物活性，毒性很小，比如，相對分子質量小于200，logP小于等于2物質對水生生物毒性很小，其LC50>100mg/L.52/72所以，對于麻醉致毒化學品，當logP>8或logP<2時，對其水生生物毒性較小。所以，我們在設計化學品時候，可使其相對分子質量小于200且logP<2，或者logP>8而不論其相對分子質量，就可取得對水生生物無毒化學品。要降低logP，可在分子中引入極性基團如羧基、醇羥基或其它水溶性基團。另首先也可經過引入親脂性基團如鹵素、芳環、烷基等以增大logP。53/723.除了辛醇-水分配系數，還有那些性質能夠表征有毒化學品毒性？

水溶性、解離常數（pKa）、相對分子質量、胺氮百分數等。54/724.從分子量、分子體積角度看，應該怎樣設計愈加安全化學品？

降低物質毒性方法還有就是設計出一個新原物質類似物，且其相對分子質量比“原物質”大。假如分子全部其它性質均保持不變而僅是相對分子質量增大，其對水生生物毒性就會降低。普通來說，相對分子質量增大，毒性就會降低。相對分子質量大到1000后，其對水生生物毒性就可忽略，因為這么大分子不能擴散經過水生生物呼吸膜。

55/72化學物質對水生生物毒性也隨其分子體積增大而降低，這也是因為體積大分子不易穿過水生生物呼吸膜。普通來說，相對分子質量大于1000聚合物體積也較大，另外一些橫截直徑大于1納米分子不易在水生生物呼吸器官中擴散和穿越。對于一些分子質量小于1000物質，能夠經過對其重新設計，以增大其最小橫截直徑(大于1nm)以減小毒性。56/725.可降解化合物在化學結構和物理性質上有何特點？1）含有水解酶潛在作用位物質會增大其生物降解能力（比如胺、酯）；2）在分子中引入以羥基、醛基、羧基形式存在氧會增大其生物降解性；3）存在未取代直鏈烷烴（尤其是大于4個碳直鏈）和苯環時，因為可受氧化酶進攻，因而可增大其生物降解能力；4）水中溶解度大物質更輕易生物降解5）相對低取代化合物。57/726.常見可降解和不可降解基團有哪些？

不可降解基團有：鹵代物，尤其是氯化物和氟化物支鏈物質。尤其是季碳和季氮或是極度分支物質，如三聚或四聚丙烯硝基，亞硝基，偶氮基，芳胺基多環殘基（比如多環芳香烴或稠環芳烴PAHS），尤其是超出三元多環稠環或芳烴雜環殘基，比如吡啶環脂肪族醚鍵高取代化合物比低取代化合物更不易降解√可降解基團有：1）酯、胺

2）羥基、醛基、羧基

3）未取代直鏈烷烴和苯環58/727.依據染料基團特征，有機染料可分為幾類？設計對水生生物愈加安全染料化學品要遵照怎樣標準？

有機染料可分為五類：中性染料（非離子型染料），陰離子染料（帶負電染料或酸染料），兩性染料（分子中同時含有正電荷基團和負電荷基團）、陽離子染料（帶正電荷）以及金屬化酸性染料。要設計對水生生物愈加安全染料化學品要遵照以下標準：負離子數大于正離子數（電荷數）；磺酸基優于羧酸基；盡可能使相對分子質量大于1000；盡可能增大分子最小橫截直徑。59/72第五章

1. 什么是催化劑?為何說催化劑在綠色化學中有十分主要意義?答：催化劑不但能加緊熱力學上可能進行反應速率，同時催化劑還能有選擇性地加緊各種熱力學上可能進行反應中某一個反應，選擇性地生成某一特定目標產物，即催化劑可控制反應產物化學物種選擇性。另外，催化劑還能夠在反應中起到控制產物立體規整性作用。對于綠色化學而言，催化可從各個方面滿足綠色化學要求。不論是酶催化還是傳統化學催化反應，通常可令其所需要能量更低，轉化更為有效，這么能夠降低反應所需能耗，降低副產物、共生物和其它廢物生成。當前，催化劑在綠色化學中，對于改進環境、新原料活化、以及降低反應過程污染等方面作出了貢獻。60/722. 相比于傳統氧化劑，哪些是新型綠色氧化劑？他們各有什么特點？答：分子氧，H2O2，N2O，O3，晶格氧61/723. 依據綠色化學觀點，怎樣改變反應溶劑？各有何特點？

答：利用綠色化學研究可實現完成相同反應但利用無害溶劑系統或無溶劑系統。能夠防止傳統合成化學中因揮發性有機溶劑使用帶來污染。水溶液系統——盡可能使用水作溶劑而不要采取有機溶劑，可使用水溶有機金屬絡合物和表面活性劑，使水－有機相界面上形成膠束，增大底物和催化劑局部濃度，提升底物轉化率和目標產物選擇性；離子溶液——可操作溫度范圍廣，因而可進行各種動力學控制；對大量無機物、有機物和高分子化合物都有較大溶解度，因而所需反應器體積不大；表現出弱酸或強酸性；62/72蒸氣壓很小，幾乎觀察不到；對水敏感但有并不怕遇水，甚至能與水共同使用，故易用于工業應用；熱穩定性很好；相對廉價且易于制備；高分子溶液——以揮發性有機溶劑為單體，使其發生聚合形成高分子溶液，能夠單獨使用，也可用于高級烴類稀釋后使用。經過過濾等即可分離回收高分子溶劑，防治了揮發性有機溶劑因為揮發造成環境污染；無溶劑化——不使用溶劑，徹底處理溶劑污染最正確方法，可采取微波與催化劑結合共同實現反應發生；超臨界流體——能夠經過壓力改變，在“像氣相”和“像液相”之間調整流體性質，這么能夠更加好實現化學反應。63/724.以萘與丙烯發生烷基化反應為例說明催化劑結構對反應選擇性巨大影響。5.簡述反應原料主要性及綠色化學對反應原料選擇標準。主要性——一個化學品合成所采取反應類型或其合成路線在很大程度上取決于所選取原料，原料一經選定，就必須要選擇一些反應類型。原料對合成路線效率、過程環境效應和人類健康都有著極大影響。選擇標準——原料本身生產者、原料保留和運輸過程中操作管理者、原料在使用過程中加工者見面臨多大危險，是在選擇原料時要加以考慮。64/72A:考慮原料本身危險性在選擇原料時，必須考慮它是否對人對環境是無害，是否含有比如毒性、發生意外事故可能性，是否會破壞生態環境，是否含有其它不友好性質等。B:使用可再生資源考慮到化石資源面臨枯竭危險，故應降低對這類資源依賴。農業資源和生物資源是很好替換品。65/726．化石資源作為化學化工原料有何優點？生物質作為化學化工原料又有何優點？

答：生物質優點——A生物質可給出結構多樣產品材料，通常含有特定立體結構和光學特征結構，使用者可在合成中利用這些已經有結構原因。B生物質結構單元通常比原有結構單元復雜，如能在最終產品中利用這種結構單元復雜性，則能夠降低副產物生成。C