簡論綠色化學(xué)的起源與發(fā)展

“綠色化學(xué)”一詞的歷史地位20世紀80年代和90年代，化學(xué)家領(lǐng)域出現(xiàn)了一些具有環(huán)保意義的術(shù)語，如“清潔化學(xué)”、“環(huán)境化學(xué)”、“綠色化學(xué)”、“友好化學(xué)”和“可持續(xù)化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)”。然而，該集團沒有明確定義和討論這些術(shù)語。1998年以來,“綠色化學(xué)”一詞的使用率呈線性方式快速增長?？ㄋ伎ㄌ罔b于綠色化學(xué)的快速發(fā)展與化學(xué)家們隨后的討論,是時候從歷史學(xué)的角度研究綠色化學(xué)了。概括說來,本文將嘗試勾勒綠色化學(xué)的發(fā)展歷程(historicaldevelopment),并找出影響其發(fā)展(尤其是在1998年前后)的幾個決定性因素。科學(xué)哲學(xué)家與科學(xué)社會學(xué)家瑞普為了便于更好地理解綠色化學(xué)的歷史發(fā)展,本文將分3個時期進行論述(參考圖1):第1時期沒有正式的起點,但是大約在1993年結(jié)束;1993年后,“綠色化學(xué)”一詞的使用率開始呈緩慢增長(圖1),這種緩慢增長大概結(jié)束于1998年;這一年顯然是一個轉(zhuǎn)折點,之后,綠色化學(xué)的使用率便呈線性快速增長,因此,第3時期涵蓋1999—2008年。一epa的合作與挑戰(zhàn)蕾切爾·卡遜EPA政策的范式轉(zhuǎn)變也始于80年代,“污染預(yù)防”開始代替“末端控制”成為第一選擇。EPA職員斯蒂芬(D.Stephan)與艾奇遜(J.Atcheson)的《EPA的污染預(yù)防方法》(TheEPA’sapproachtopollutionprevention)從法案的“EPA活動”(EPAActivities)來看,美國國會的調(diào)查結(jié)果顯示政府部門(例如EPA)與化學(xué)工業(yè)在合作完成環(huán)境與經(jīng)濟目標方面擁有共同利益二綠色化學(xué)哲學(xué)的概念根據(jù)《污染預(yù)防法案》的指導(dǎo)精神,EPA的主要工作是網(wǎng)絡(luò)交流1994年8月21—25日,EPA的布林(J.J.Breen)與ACS環(huán)境化學(xué)部的福特(A.Ford)在華盛頓組織了第二屆研討會,同樣由ACS環(huán)境化學(xué)部主辦,會上有多個報告“關(guān)注國際領(lǐng)域內(nèi)的環(huán)境友好化學(xué)研究”([5],p.11)。交流活動顯然已擴展到國際維度,會議論文集開始包括來自日本(第2章)和意大利(第3、5、6、7、8章)機構(gòu)與公司的報告,其中第7章由通多(P.Tundo)撰寫,他后來在威尼斯主辦了“綠色化學(xué)暑期學(xué)校”(SummerSchoolsonGreenChemistry)《污染預(yù)防法案》的主要目的是預(yù)防污染以完成環(huán)境和經(jīng)濟目標。為此,EPA在1993年第1屆研討會上提出了一種化學(xué)哲學(xué),將其稱之為“友好設(shè)計化學(xué)”(有時稱為“友好化學(xué)”)下文將首先簡述EPA提出這種化學(xué)哲學(xué)的主要過程,然后說明這種化學(xué)哲學(xué)并沒有隨著術(shù)語的變化而變化。首先,什么是哲學(xué)?EPA提出的化學(xué)哲學(xué)并不是像能斯特方程、反應(yīng)機理或薛定諤方程那樣的理論或法則,而實際上是融合了幾個化學(xué)概念的概念框架。在設(shè)計化學(xué)工藝時應(yīng)用這一概念框架,能夠通過“控制外界反應(yīng)條件”“使用可再生原料”及“選擇最小化反應(yīng)步驟”等污染預(yù)防的方法達到環(huán)境與經(jīng)濟的目標。綠色化學(xué)哲學(xué)的核心概念有兩個,一個是“原子經(jīng)濟學(xué)”,即“綠色化學(xué)原則的基礎(chǔ)”,另一個是“催化”,即“研究的基本領(lǐng)域”([4],pp.13—14)。綠色化學(xué)的倡導(dǎo)者反復(fù)提及這兩個概念,尤其是“催化”的概念根據(jù)“水相反應(yīng)規(guī)律”(onwaterprotocol),反應(yīng)方程式2a表示1,2-二氮雜環(huán)丁烷的合成其次,本文認為這種化學(xué)哲學(xué)沒有與術(shù)語同時發(fā)生變化。為了證明這一點,需要在時間上做一個短暫的跳躍。綠色化學(xué)的倡導(dǎo)者發(fā)表或出版了許多有關(guān)綠色化學(xué)的文章與書籍,多數(shù)情況下,他們解釋了綠色化學(xué)的哲學(xué)理念,給出了幾個定義。1998年,阿納斯塔斯(Anastas)與沃納(Warner)在標題為“友好設(shè)計化學(xué)”(BenignbyDesignChemistry)的章節(jié)中第一次對“綠色化學(xué)哲學(xué)”進行了概述,將其定義為“一種污染預(yù)防的方法”([35],p.8),清楚表明了這種化學(xué)哲學(xué)并沒有與術(shù)語同時改變。根據(jù)《污染預(yù)防法案》,綠色化學(xué)概念在接下來的幾年里繼續(xù)獲得政治支持。1995年,克林頓政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”(PresidentialGreenChemistryChallengeAwards)1997年,“綠色化學(xué)學(xué)會”(GreenChemistryInstitute,GCI)創(chuàng)建,標志著綠色化學(xué)有了新的發(fā)展方向。GCI是一個非盈利組織,旨在推廣和傳播綠色化學(xué)原則。該機構(gòu)“由幾個組織合作建立”,例如EPA,北卡羅萊納大學(xué)(UniversityofNorthCarolina),以及“休斯環(huán)境(HughesEnvironmental,現(xiàn)為RaytheonEnvironmental)、普萊克斯(Praxair)等工業(yè)組織”繼EPA之后,另一個機構(gòu)——約克大學(xué)(UniversityofYork)以克拉克(J.Clark)為首發(fā)表了一些文章,開始在綠色化學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮作用。在“綠色化學(xué)”的使用率呈線性增長(圖1)之前,克拉克在期刊《活性和功能聚合物》(Reactive&FunctionalPolymers)上發(fā)表了一篇關(guān)于Knoevenagel催化反應(yīng)的文章[36],他在文章的關(guān)鍵詞中使用了一次“綠色化學(xué)”,但沒有對該詞進行解釋,事實上,他沒有提出或提及任何一種特定的綠色化學(xué)哲學(xué)。與當時EPA面臨的情形不同,克拉克的論文受到了廣泛的引用。克拉克繼續(xù)以同樣方式使用該術(shù)語,1998年時,他在期刊《化學(xué)通訊》(ChemicalCommunications)發(fā)表了一篇文章1998年,EPA的阿納斯塔斯與沃納在第一本綠色化學(xué)手冊中提出了“綠色化學(xué)的12條原則”(表1)總之,在“綠色化學(xué)”使用率呈線性增長的前夕,我們已經(jīng)擁有了一本重視知識的手冊與能夠起宣傳作用的期刊《綠色化學(xué)》。手冊源于美國政治支持的交流網(wǎng)絡(luò),宣傳期刊則在一定程度上源于RSC的化學(xué)網(wǎng)絡(luò)—GCN。根據(jù)圖1,我們現(xiàn)在正處于“綠色化學(xué)”線性增長的起點,那么,哪些關(guān)鍵因素促進了這一增長?三色化學(xué)的由來如圖1所示,《綠色化學(xué)》的創(chuàng)刊是促進綠色化學(xué)發(fā)展的重要因素之一。圖3顯示了在所有標題、摘要、關(guān)鍵詞中含有“綠色化學(xué)”一詞的期刊文章中《綠色化學(xué)》所占的百分比。1999年以來,《綠色化學(xué)》對這一術(shù)語的使用率貢獻頗豐。2001—2005年期間,雖然期刊的數(shù)量激增,但《綠色化學(xué)》文章所占的百分比卻保持穩(wěn)定。造成期刊《綠色化學(xué)》文章數(shù)目增長的因素是什么?為何RSC選擇“綠色化學(xué)”(greenchemistry)這一刊名?第2時期即1993—1998年間,因為RSC計劃創(chuàng)辦一個新的期刊與GCN、約克大學(xué)進行合作,所以一個新的交流網(wǎng)絡(luò)緊隨EPA的交流活動之后發(fā)展起來。這兩個交流網(wǎng)絡(luò)在一定程度上是相似的,因為《綠色化學(xué)》的編輯曾提到由EPA發(fā)展起來的“綠色化學(xué)”EPA繼續(xù)開展交流活動,委派了一名人員參加“綠色化學(xué)合成路徑與工藝工作小組”(WorkingPartyonSyntheticPathwaysandProcessesinGreenChemistry),該小組“于1996年成立,從屬于IUPAC有機與生物分子部(OrganicandBiomolecularDivision)物理有機化學(xué)委員會(CommissiononPhysicalOrganicChemistry,CommissionIII.2)”21世紀初,政府繼續(xù)支持綠色化學(xué)。根據(jù)《污染預(yù)防法案》的政策要求,總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎仍然每年頒發(fā),布什(G.W.Bush)總統(tǒng)更是發(fā)表聲明鼓勵“科學(xué)與工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者共同推動綠色化學(xué)原則的設(shè)計和應(yīng)用”21世紀初,美國政府繼續(xù)為EPA提供支持,與此同時,RSC也繼續(xù)為《綠色化學(xué)》提供支持。2004年,萊特納綠色化學(xué)的概念網(wǎng)絡(luò)交流在綠色化學(xué)的傳播中顯然起到了關(guān)鍵的作用。有效的網(wǎng)絡(luò)交流源于政治、經(jīng)濟及環(huán)境的“語境影響”。毫無疑問,EPA獲得的政治支持與《綠色化學(xué)》的創(chuàng)刊有力地促進了綠色化學(xué)的發(fā)展與其在1998年前后發(fā)生的相變(phasetransition)。因為與美國政治的密切關(guān)系,綠色化學(xué)作為一門化學(xué)專業(yè)的發(fā)展過程十分特殊。與物理化學(xué)等傳統(tǒng)化學(xué)專業(yè)相比,綠色化學(xué)發(fā)展中的政治參與度較高EPA提出的“綠色化學(xué)”術(shù)語與“綠色化學(xué)哲學(xué)”在傳播中并不總是齊頭并進的:術(shù)語的使用先于1996年阿納斯塔斯對這種化學(xué)哲學(xué)的發(fā)表顯然,使用“綠色化學(xué)”這樣的術(shù)語而不給予其清晰的定義是非常普遍的。1996年阿納斯塔斯主導(dǎo)的術(shù)語轉(zhuǎn)變及1999年GCN雜志的命名都說明了這一點。在EPA提出綠色化學(xué)