anastas和warner两人于1998年合著的《绿色化学:理论与实践》(greenchemistry:theoryandpractice,oxforduniversitypress:oxford,uk1998)提出了“绿色化学的12条原则”,这些原则可作为开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的标准。（
梨树文学）这12条原则已为国际化学界所公认,它也为绿色化学技术研究的未来发展指明了方向。
原则一：防止污染优于污染治理化学的发展改变了客观世界和人类社会,它创造的物质财富,显著提高了人类的生活质量,但是近50年来地球出现了严重的环境污染问题。人类为环境污染所付出的代价是巨大的。
据估算,为满足已通过的环境法令的要求,欧共体成员国需花费1300亿美元。在美国每年用于污染物处理及排放的经费超过1000亿美元。新的环境立法和日益严格的国家及国家间的法律将使开支变得越来越大。许多化学公司在环保项目上的预算同他们在科研开发的预算一样庞大,有的已达到每年10亿美元。
闵恩泽、吴巍等：《绿色化学与化工》
从这些事实可以看到,使用、生产有害化学品不仅是原材料的浪费,还有处理处置这些物质的费用,由此导致真正受到损害的是化学及化学工业的发展。避免和降低这些费用的唯一方法,是利用绿色化学的技术来防止或减少废物的产生,从而避免和减少由于废物的工程控制、操作人员保护所造成的支出。绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展,它的目的是把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染,后治理”改变为“从源头上防止污染”,从源头上避免和消除对生态环境有毒有害的原料、催化剂、溶剂和试剂的使用以及产物、副产物等的产生,力求使化学反应具有“原子经济性”,实现废物的“零排放”。（
情深如许）绿色化学与环境治理是两个不同的概念。环境治理是对已被污染的环境进行治理,使之恢复到被污染前的面目;而绿色化学则是从源头上阻止污染物生成的策略及污染预防,如果没有污染物的使用、生成和排放,也就没有环境被污染的问题,所以防止污染应优于污染治理。
原则二：最大限度地提高原子经济性在有机合成反应中最常见的反应主要包括四类:分子结构互变或异构化的重排反应,两个或多个分子结合在一起的加成反应,一个分子中的某一基团被另一个分子或基团置换的取代反应,由一个分子中脱除部分基团的消除反应。其中有些反应的原子经济性较理想,如重排反应和加成反应基本属于原子经济反应;而有些反应的原子经济性则较差,如取代反应和消除反应的原子经济性则不一定高。
绿色化学的核心是实现原子经济反应,但在目前的条件下还不可能将所有的化学反应的原子经济性都提高到100％。因此,不断寻找新的反应途径来提高合成反应过程的原子利用率,或对传统的化学反应过程不断提高反应的选择性,仍然是十分重要的手段。这就要求开展从包括新合成原料、新催化材料到新合成加工途径、新反应器设计等化学工程的研究,实现各学科交叉结合,由知识创新到技术创新,达到化学合成过程的绿色化。近年来,经过很多人的努力,在这一方面取得了可喜的成果。
原则三：尽量不使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的原料通常反应初始原料的选择决定了反应类型或合成路线的许多特征。（
总裁的秘密爱人）一旦原料决定下来,其他的选择就相应地随原料的改变而改变。原料的选择很重要,它不仅对合成路线的效率有影响,而且反应过程对环境、人类健康的作用也受原料选择的影响。原料的选择决定了生产者在制造化学品的操作中面临的危害、原料提供者生产时的危害以及运输的风险,所以原料的选择是绿色化学的决定性部分。
绿色化学通过化学与化学技术自身的改进以实现污染的防止,所以在进行化学合成方法设计时,要注意将化学合成中使用的原料的毒害降至最低限度,甚至要达到能消除毒害,实现绿色合成,保障人类健康和环境安全的目标。
原则四：尽可能设计高效且安全的化学品设计高效且安全的化学品的定义是利用构效关系和分子改造的手段使化学品的毒理效力和其功效达到最适当的平衡。通过分子结构的有关知识,化学家已经发展了一些可行的估计和测量化学品性质的方法,能够比较准确地确定化合物的特性,毒理学家和药学家也已开发了其他一些有效工具,利用化学结构知识来表征分子的毒性。
目前,设计高效且安全的化学品有三种比较常见的方法:
（1）如果已知某种化学品的毒性机理,则可以通过改变和修饰该物质的结构使其“致毒反应”不发生,从而避免或降低该化学品的毒害性。当然,任何结构的改变或修饰必须确保分子的性质和功效不变。
（2）如果某些化学品的毒性机理不明确,在设计化学品时,仍可以通过化学结构中某些官能团与毒性的关系,尽量避免或去掉同毒性有关的官能团来降低毒性。
（3）降低有毒化学品的生物利用度。如果一种化学品是有毒的,但当它不能达到使毒性发生作用的生物器官(如胃、肺、肝等)时,其毒性作用就无法产生。（
网游之傲视群雄）化学家可以利用改变分子物理和化学性质如水溶性、极性等的原理,控制分子使其难于或不能被生物器官吸收,从而通过消除或降低生物利用度,降低毒性。
原则五：尽量不使用辅助性物质,如需使用也应使用无毒无害物质在化学品的制造、加工和使用过程中,几乎每一步都要使用辅助物质,如催化剂和溶剂等。大部分情况下,这些辅助性物质对人和环境都有一定的害处。
（1）无毒无害的催化剂代替硫酸、氢氟酸等腐蚀性液体酸催化剂作为催化剂使用的物质种类及形态视其有关化学反应的种类而千差万别。从组成来分,催化剂可以是酸、碱、盐、金属、氧化物、有机金属配合物以及以蛋白质为主要组成的酶。从形态来讲,可分为溶于水成为离子的硫酸、氢氧化钠那样在溶液中靠与反应物质均匀溶合的形态起作用的“均相催化剂”和像金属、氧化铝那样靠固体表面起作用的“非均相催化剂”。
由于催化剂本身也是各种化学物质,因此它们的使用也就有可能对人体及环境构成危害。特别是硫酸、氢氟酸等均相催化剂,其本身具有强烈的毒性、腐蚀性,有的甚至有致癌作用,它们的使用会引起严重的设备腐蚀问题且对操作人员的安全构成危害,而且这些催化剂与产物难以分离,产物处理时产生的大量废物以及废旧催化剂的排放也会造成严重的环境污染。
自上世纪40—50年代起,人们就一直在研究沸石分子筛、阳离子交换树脂等各种固体酸催化剂代替腐蚀严重的液体酸,但均未获得成功。直到进入90年代后,各种新型分子筛催化剂的开发,使得固体酸代替液体酸在苯与烯烃烷基化制取各种烷基苯过程中获得成功应用,彻底消除了废酸的产生和废液的排放,废气和废渣也很少,显示出开发环境友好催化剂对经济和环境所带来的巨大效益。（
我们是兄弟）
（2）安全廉价的溶剂代替传统易挥发性有机溶剂易挥发性有机溶剂被广泛用作涂料和油漆的溶剂,泡沫塑料的发泡剂,机械、电子工业中微电子器件、光学器件和电路板的精密清洗,以及服务业中服装干洗剂;此外,还作为溶剂被大量应用于化工生产过程,同时也为我们带来了环境的污染和健康的危害。开发易挥发性有机溶剂的替代溶剂,减少环境污染,是绿色化学的一个重要内容。
地球上最丰富和廉价的溶剂是水,但由于水对大部分有机物的溶解能力比较差,除个别情况外,在大多数场合都不能用水来代替挥发性有机溶剂。二氧化碳来源丰富、价格便宜,且无色、无味、无毒、不燃烧、化学性质稳定,以二氧化碳作为溶剂应该十分理想。但是,气体二氧化碳对一般有机物的溶解能力很差,难以满足一般的工业应用。而超临界二氧化碳(温度超过31c,压力超过7.38mpa)和液体二氧化碳(温度低于31c,压力足够大)可以很好地溶解分子量比较小的有机化合物,以其代替工业有机溶剂,可减少挥发性有机溶剂的排放,具有显著的优势和广阔的应用前景。
原则六：最大限度地提高能源经济性许多化学反应必须在加热条件下才能达到较高的速率。在石油炼制等某些反应中,有时会消耗1/3起始烃的化学能。在工业化国家里,化学工业是耗能最大的工业之一。
除了传统的热能外,越来越多其他形式的能量在化学反应中得到应用,如电能、光能、微波、超声波等。（
巅峰强少）且使用这些新的能量形式可以减少能源消耗,并可以提高目标产物的选择性,有时反应时间也会大大缩短,从而可较大幅度提高产量。
化学家总是力图优化一个反应或是反应途径,即提高产率或转化率。而能量的优化却往往被忽视了。化学家可以通过反应体系的设计、调整和优化，从根本上改变反应的能量需求。因此,在可能情况下,化学家在设计反应过程和反应体系时,应考虑如何把能耗降到最小。
原则七：利用可再生资源合成化学品众所周知,目前世界所需能源和有机化工原料绝大部分来源于石油、煤和天然气。这些矿物质资源对社会发展和经济繁荣作出了巨大的贡献,但它们并不是人类所能长久依赖的理想资源。一方面,它们的再生周期非常漫长(以亿万年计,实际上是不可再生的),而且在地球上的储量是有限的,开采一点就少一点,终究会有枯竭的一天;另一方面,目前地球所面临的环境危机直接或间接地与矿物燃料的加工和使用有关,比如这些矿物燃料燃烧后放出大量的co2、sox、nox,被认为是形成局部环境污染、产生酸雨以及温室气体等地区性环境问题的根源。因此选择更为清洁的能源和有机化工原料新资源,自然成为以消除污染、实现可持续发展为目标的绿色化学的重要研究内容。
从绿色化学的高度来考虑,作为人类能够长久依赖的未来资源和能源,它必须是储量丰富,最好是可再生的,而且它的利用不会引起环境污染。基于这些原则,普遍认为以植物为主的生物质资源将是人类未来的理想选择。就目前的技术水平来说,生物质资源利用在成本上尚难于与石油资源形成全面竞争,但随着石油价格的攀升,地球环境对石油等矿物燃料所产生污染物的容忍性日趋极限,特别是生物技术的突破,生物质资源替代石油等矿物资源将成为不可阻挡的历史潮流。
原则八：尽量避免衍生反应目前,化学合成特别是有机合成,变得越来越复杂,其要解决的问题也越来越具有挑战性。有时为了使一个特殊的反应发生,需要通过进行分子修饰或产生所需物质的衍生物来辅助实现,如基团的保护与去保护等。
衍生步骤不仅消耗资源和能量,而且必然产生废物。有时所需的试剂或所产生的废物具有较大的毒性,还需要特殊处理。因此,在化学过程中应最大限度地避免衍生反应,减少衍生物,以降低原料的消耗及对人类健康与环境的影响。
原则九：尽量使用选择性高的催化剂催化剂是一类能改变化学反应的速度而其自身在反应前后不被消耗掉的物质。在化学反应中,采用催化剂后反应速度成千上万倍地提高是常见的事情;而在有些反应中,采用催化剂可以高度选择性地获得所需要的产物。在化学工业中,80％以上的反应只有在催化剂作用下才能获得具有经济价值的反应速度和选择性。
选择合适的、环境友好的催化剂,不仅可以加速反应的进程,极大地改善化学反应的选择性和提高转化率,提高质量、降低成本,而且能从根本上减少或消除副产物的产生,减少污染,最大限度地利用各种资源,保护生态环境。
原则十：设计可降解化学品在考虑化学品与环境的关系时,一个重要的问题就是其“持续性”和“生物聚集性”。化学品在被使用后被释放到环境中后,其在环境中保持原状,或被各种植物和动物吸收并在动植物体内累积与放大。通常,这种累积可对人类和生物体产生危害,包括直接和间接的影响。
由于以往在化学品的设计中没有或很少考虑其使用后的处理及其对人类健康与环境可造成的影响,许多化学品难以降解,如有机氯农药、塑料等,成为主要的化学污染源。为此,目前许多研究人员致力于研究开发非持久性化学物质,特别是可生物降解物质,来代替持久性化学物质,当该物质完成自己的功能后,不再滞留于环境中,而可降解为无毒的产物如可降解塑料、新型农药等。
原则十一：预防污染的现场实时分析为了最大限度地利用资源和预防污染,实现绿色化学的目标,要求现代分析化学不再局限于测定物质的组成及含量,而是要进行形态、微区表面、微观结构分析和对化学及生物活性等作出瞬时追踪、无损和在线检测等分析及过程控制;分析技术要在生产过程中实时与快速这两个方面不断发展。只有做到生产过程中快速检测,才能控制有害副产物的产生并抑制副反应。另一方面,过程分析化学家在实时监测反应过程时可以判断反应是否完成。有的化学反应需要不断加入试剂以使反应完全,这时如果能快速检测到反应完全,就不必加入多余的试剂,从而减少了废弃物的产生。所以实时分析具有重要的现实意义。
原则十二：防止生产事故的安全工艺在化学和化学工业中预防事故发生的重要性是不言而喻的,许多化学意外事故严重影响了人们的健康和生命,恶化了当地的生态和生存环境,造成巨大的经济损失,化工事故对于地方区域有着毁灭性的影响。绿色化学的目标是消除或减少所有的危害,而不仅仅是污染与毒性。
在预防污染、减少废物产生的过程中,可能不经意地增大了发生危险的可能性。有时,为防止污染而回收溶剂,这可能有许多益处,但同时也增加了引发事故或火灾的可能性。因此,一个过程应在预防污染与预防事故发生之间找到平衡点。
慎重选择物质及物质的形态也是达到安全化学过程的途径之一,使用固体或具低蒸气压的物质替代易挥发性液体或气体;避免大量使用卤素分子,而用带卤原子的试剂替代。
另外,可利用及时处理技术对有害物质进行快速处理。通过这种技术,化工公司可消除长期大量贮存有害物质的危险,从而大大降低事故隐患。
化学过程中使用的物质或物质的形态,应考虑尽量减小实验事故的潜在危险,如气体释放、爆炸和着火等。
这12条原则目前为国际化学界所公认,它也反映了近年来在绿色化学领域中所开展的多方面的研究工作内容,同时也指明了未来发展绿色化学的方向。
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