具体描述
原子经济性反应是绿色化学的重要内容之一，基于可持续发展的必要，这一反应已成为现代合成化学中人们关注的热点。本书着重于2000年以后该领域的最新进展和我国化学家在此方面的贡献，选择性地对其中具有重要意义的7个方面进行了系统的探讨。首先对原子经济性反应的基本概念和取舍原则做了简述，然后分别对原子经济性的氧化反应、催化的加成反应、周环反应中具有代表性的Diels－Alder反应和ene反应、过渡金属催化的[2＋2＋2]环加成反应和胺氢化反应、C—H键活化反应和自由基反应进行了详细的讨论。该书通过列举大量已报道的最新成果，充分反映了当前有机化学中原子经济性反应的动态，对于新的原子经济性反应的设计具有明显的指导意义。
本书可供绿色化学化工、有机化学、石油化工、精细化工等领域的科技人员，以及相关高等院校的高年级学生、研究生和教师阅读参考。
《绿色催化与可持续化学：迈向零排放的合成路径》 本书导言： 在当今世界，化学工业正面临着前所未有的挑战与机遇。面对日益严峻的环境问题和资源短缺的压力，传统化学合成方法的局限性愈发凸显。高能耗、高污染、原子利用率低下的“原子经济性”差的反应过程，已不再是可持续发展的理想选择。本书《绿色催化与可持续化学：迈向零排放的合成路径》旨在系统梳理和深入探讨现代化学合成领域中最为前沿和关键的绿色化学原则，重点聚焦于如何通过创新的催化技术和反应设计，实现化学过程的根本性变革，从而迈向环境友好、资源高效的“零排放”乃至“负排放”的工业未来。 第一部分：绿色化学的基石与挑战 本书开篇深入剖析了绿色化学十二项原则的核心内涵及其在现代化学工业中的指导意义。我们不仅回顾了从早期溶剂替代到原子经济性概念的演变历程，更着重阐述了当前工业实践中推广绿色化学面临的深层次挑战，包括成本效益分析、规模化放大障碍以及现有基础设施的兼容性问题。 1.1 从理论到实践的鸿沟： 详细分析了实验室中高效的绿色反应，在工业规模放大过程中如何因传质、传热限制或催化剂稳定性下降而失效。特别关注了对反应副产物的精细化分类与处理，强调“零废物”不仅仅是减少废物，更是从源头上避免有害物质的产生。 1.2 能源效率的再审视： 探讨了化学反应中的热力学与动力学限制。传统加热/冷却方式的低能效，促使我们必须转向更温和、更精准的能量输入方式，如光催化、电化学活化等，为后续章节中对新型活化方法的讨论奠定理论基础。 第二部分：新型催化体系：驱动合成变革的核心力量 催化是实现高效、高选择性转化的关键。本书的第二部分将焦点集中于当前催化科学中最具突破性的进展，这些进展正在重新定义化学合成的可能性边界。 2.1 均相催化的精准控制： 虽然多相催化在回收方面有优势，但均相催化体系（如过渡金属络合物）所提供的无与伦比的选择性仍是许多复杂分子合成的基石。本书详细分析了如何通过配体工程（Ligand Engineering）来精细调控金属中心的电子和空间环境，以实现对复杂底物的高效C-H键活化、不对称转化和选择性氧化还原反应。特别关注了铁、铜等廉价、低毒性金属催化剂在替代贵金属方面的最新进展。 2.2 多相催化的界面工程： 针对多相催化剂的固有缺陷——活性位点分散性差、易失活，本书深入探讨了如何通过先进的材料合成技术（如原子层沉积ALD、MOFs的构筑）来设计具有明确结构和高表面积的催化材料。重点分析了单原子催化剂（SACs）和纳米结构催化剂的构建策略，及其如何通过优化催化剂-反应物界面的电子结构来提升反应速率和稳定性。 2.3 生物催化的崛起与集成： 酶催化以其近乎完美的区域选择性、立体选择性和反应的温和性，成为绿色化学的典范。本书系统介绍了固定化酶技术、定向进化（Directed Evolution）在拓宽酶的应用范围方面的突破。更进一步，我们探讨了如何将生物催化与化学催化进行集成——“串联生物-化学催化”，以实现多步反应的一锅法转化，极大地简化了分离纯化过程。 第三部分：反应介质的革命：溶剂与反应环境的创新 反应介质的选择对反应的安全性、效率和环境影响具有决定性作用。本书致力于探索替代传统挥发性有机溶剂（VOCs）的新型反应环境。 3.1 超临界流体与离子液体： 超临界二氧化碳（scCO2）作为一种“可调控”的绿色溶剂，其优良的传质性能和易于分离的特点被详细分析。离子液体（Ionic Liquids, ILs）因其极低的蒸汽压和可定制的溶剂特性，被视为下一代反应介质的有力竞争者。本书对ILs的毒性、回收策略以及其在催化剂稳定化方面的作用进行了客观评估。 3.2 无溶剂化与机械化学： 机械化学（Mechanochemistry），即利用机械能（如球磨）驱动反应，代表了向真正无溶剂化学迈进的关键一步。本书展示了机械化学在固态合成、共晶形成以及高效的结晶过程中的应用，强调了这种方法如何有效降低反应活化能并提高产率。 3.3 水相反应的潜力挖掘： 尽管水是终极的绿色溶剂，但许多有机反应在水中的溶解性差或易发生水解。本书探讨了如何通过界面活性剂、微乳液技术以及“水相催化剂的表面修饰”策略，将原本在有机相中进行的反应高效地转移到水相中进行。 第四部分：流程强化与数字化：通往工业4.0的绿色制造 绿色化学的最终目标是实现可持续的工业生产。本部分关注如何通过先进的反应工程技术来优化反应过程，并利用数字化工具提高生产的透明度和效率。 4.1 连续流化学（Flow Chemistry）： 相较于传统的间歇式反应釜，连续流反应器提供了对反应参数（温度、压力、停留时间）的亚秒级精确控制。本书详细介绍了微反应器、管式反应器在处理高危反应（如硝化、重氮化）时的安全性优势，以及它们在实现快速优化和高通量筛选中的关键作用。重点分析了流体工程如何改善多相催化反应中的混合效率，从而提升催化剂的利用率。 4.2 电化学合成的复兴： 电化学方法利用“干净的电子”作为试剂或还原剂/氧化剂，极大地减少了对化学计量试剂的需求。本书全面介绍了电化学在有机合成中的应用，包括电化学还原、氧化偶联反应，以及如何设计高效的电解池和电极材料，以降低能耗并确保产物的选择性。 4.3 过程分析技术（PAT）与人工智能辅助： 实现零排放生产依赖于实时、准确的质量控制。PAT工具（如在线光谱技术）的应用使得操作人员能够实时监测反应进程，并及时反馈调整，避免了大量次品生成。此外，本书探讨了机器学习和人工智能在预测最佳反应条件、设计新型高效催化剂结构以及优化反应器操作参数中的新兴应用，预示着未来绿色化学研发模式的转变。 结论：可持续化学的未来蓝图 本书总结了当前绿色催化与可持续化学领域取得的重大成就，并展望了未来的研究方向。真正的可持续化学不仅是消除污染，更是一种全新的、基于循环经济和资源节约的哲学指导下的化学实践。未来的化学家需要跨学科合作，将材料科学、工程学和计算化学的力量整合起来，共同构建一个更清洁、更高效、更具韧性的化学工业体系。这本书为致力于实现这一宏伟目标的科研人员、工程师和决策者提供了一份详尽的路线图和思想指南。
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