在地球上建设一个可承受性的可持续发展的文明是一个日益重要和紧迫的议题，而化学在其中扮演着一个重要的角色。

目前的经济仍然处于完全依靠自然资源包括数目庞大的不可再生资源大量内流的状态；随后又斥巨资反流向去恢复生态状况。化学的可承受性难题很大程度上决定于这些经济-生态物质的流向，而这个问题在今天的化学教育中几乎被忽略。化学家们在发展可承受性文明的技术空间方面的领导作用已经迫在眉睫。

绿色或可承受性化学可以在三个关键的领域对取得可承受性作出贡献。首先，可再生的能源技术在可承受的高技术文明里将处于中心地位。化学家可以在将太阳能经济地转化为化学能和提高太阳能到电能的转化中作出他们的贡献。其次，化学工业使用的化学试剂目前绝大多数是从石油中转化而来，今后应该更多地从可再生的来源获得，以降低我们对于化石碳的依赖。第三，具有污染性的工艺技术必须由对环境无害的技术替代，这个领域正获得越来越多的关注，但是介入的研究群体还很少，而且仅仅触及到一个巨大问题的表面。

多种情况产生化学污染，但为什么化学工艺导致污染只有一个贯穿一致的科学原因。发展新流程的化学家竭尽全力获得只产生所需要产品的反应。这种选择性通过选用相对简单的试剂设计，以及应用几乎整个元素周期表以得到多样性的反应性来实现。相反，自然界则利用一握之量的环境共有元素来完成包罗万象的选择性生物化学反应流程。通过试剂设计获得选择性比通过合成途径要复杂精细得多。例如，电鳗通过其电斑细胞的跨膜生化共有碱金属离子的浓度梯度来储存电荷。相反，大多数电池必须依赖生化异质的、有毒的元素，如铅和镉来储存电荷。正因为这种策略性的差异，人工的技术常常对整个环境散布持续性的有毒污染物，因为它们包含的元素在生化过程中很少或完全没有使用过。

持久的生物积累性污染物是对地球承受能力的最大化学威胁。它们可以分作两类，有毒元素是最原始的持久污染源；长寿命的放射性元素则是特别危险的例子，生物体系中不常见元素的新的毒性还在继续被发现。第二类主要指不可降解的分子。许多被证实的例子来源于含氯工业，通常它们还具有强烈的生物累积性质。例如，多氯代二苯二氧烷和多氯代二苯二呋喃（PCDDs和PCDFs）是致命的、持久性的有机污染物，它们可以在以氯气为基础的氧化剂对木头的漂白过程中、含氯化合物或有机物质的燃烧中，以及金属的回收中产生。联合国环境保护计划（UNEP）关于持久性有机污染物国际协议中列举了12个“优先”级的污染化合物和化合物种类为全球禁止使用，所有这些都是有机氯化合物。

把地球上的所有化学想象为邮电局邮件归类员的一整墙的投信口，而所有分隔间组成的网络又延伸到无限。每个隔室代表一个独立的化学以便成千上万的隔室与表层化学或者一个人类的细胞相关联。一种可移动的环境持久性的污染物能够从一个隔室移动到另一隔室，大量取样并发现那些微扰的隔室。许多微扰可能是不重要的，但是其他一些则可能引起不可预见的灾难，例如臭氧空洞，或者一些内分泌紊乱现象。大多数的隔室还没有被认识，甚至对于已认识的隔室，污染物与隔室中的内容之间的相互作用常常是无法预计的，因此当考虑持久性的可移动的化合物的安全时，科学有足够的理由保持谦卑。我们应该吸取历史的教训，那些持久性污染物是能够引起环境大灾难的，我们在处理时必须特别谨慎。即使对于那些必须使用的持久性污染品，像使用DDT对付疟疾感染的地区，化学家必须面对发现替代品的挑战。

想一下吧，例如，内分泌干扰化学品（EDCs）如PCDDs、多氯代联苯（PCBs）和杀虫剂endosulfan、atrazine在极少量就可引起令人惊骇的生殖能力损害。EDCs通过模仿或阻碍甾体激素的调节功能或改变人体激素的水平来破坏人体对生殖系统的自然控制。我们仍然无法确切地理解它们的全部危害，但是忽视被证实的EDCs的危险性的一个确定的后果是群体的绝育。我们现有的知识强烈建议我们蒽类EDCs应该被鉴定确认并一起清除。

在预防原则和“反转责任”原则基础上，需要制定严格的条例来防止新的环境公害的持久性、可转移化学物质的释放；以及制定新的精确的限制性定义。这将为清除所有技术中的持久性生物积累化合物提供规范基础，并着重提出那些需要发现安全替换物的研究领域。实现这一目标的开拓性立法建议即将被瑞典议会考虑。

所有化学专业的学生在他们当前的正式训练中将都会获悉苯酚的氯化是通过已知的芳环亲电取代反应机理实现的。但是很少有人会知道EDCs以及它们的危害，或开始了解EDCs的基本例子即PCDDs是在苯酚的氯化过程中痕量产生的。这种危险的忽略表明一类重要的内容完全从常规教学课程中遗失了。

绿色化学通过移动工艺技术中的元素平衡更接近生物化学的元素平衡，能大幅度地降低上述两类持久性污染物的环境负担。许多持久性污染物的发散已获得显著降低。在17世纪后期，由于在Wurtemberg公爵领地Ulm痛苦的死亡，氧化铅作为葡萄酒酸度调节剂的用途已被禁止。最近，作为绿色化学的成功例子，铅污染的问题又得到了极大改变。例如油漆中的铅添加物被安全的物质替代，更加干净的电池得到发展，还有一些正在进行中但还没有完成的，像使用更为安全的汽油燃烧促进剂来替代目前的四乙基铅。由于二氧化氯在造纸工业中用来代替氯气作为主要的漂白剂，PCDDs和PCDFs的污染已经被大大的降低。

然而，还有多得多的方面能够和必须完成。举例来说，以氯为基础的氧化剂，如纸浆漂白剂、水的消毒剂、家庭和公共场所清洁剂，以及衣物的洗涤等继续产生着大量含有有机氯的污水。虽然工业界努力降低污染物的浓度，但是不可逃逸的痕量污染物是持久性的、生物积累性的致癌物，或者EDCs。以氯为基础的氧化技术可以利用自然界的主要氧化试剂如氧气或过氧化氢，以催化活化的方式来替代。我的课题组拥有一项关于TAML活化剂的专利，它是强烈的、选择性的过氧化氢活化催化剂，由生化常见元素组成，可用于上述和其他领域。环境方面的考虑也支持世界范围的调查和发展超临界或近临界态的二氧化碳作为一种干净的溶剂。现在绿色化学界对于更安全溶剂的搜寻可能会在离子型液体上面表现出巨大的创造性以致达到顶点。这些溶剂具有独特的性质，如在通常情况下没有任何蒸汽压。

降低污染物的产生还可以通过改进流程选择性、降低能量密度、利用原子经济流程减小物质与生态环境之间的流量等得以实现。原子经济性工艺流程指，优化降低反应中产生每个单位量产品所用的化学品的使用量，包括溶剂、试剂或产生的副产物。

实现这样的环境可承受性化学需要在整个化学界发生巨大的变化。绿色或者环境可承受性化学的原则必须成为化学教育和实习的一个完整部分。然而，有许多障碍有待克服。首先，化学家在实验室决定发展反应和技术路线时必须全面考虑环境方面的要求。这些问题需要与工艺路线的选择性、反应行为等联系起来，并同等重要地加以考虑。基于这些考虑的原则已经被发展起来了。其次，很关键的是，不能通过错误的或者不充分的安全信息误导公众来销售还不是真正绿色的化学。例如，某个氯气工业公司试图通过歪曲二氧烷的科学数据，使之看起来对于人体的损害较实际情况低，来保护他们的盈利。公众对于化学品的危险性的信任程度需要以公正、合理的方式来得以加强。第三，既然许多化学品的可承受性目标，如与太阳能转化相关的目标需要雄心勃勃的、高度创造性的研究方法，任何短期的和缺乏远见的思想都要加以避免。政府、大学和工业界都必须学会评价和支持那些不能马上产生文章，但是具有促进环境可承受程度的合理前景的研究计划。第四，化学对于人类活动产生着全面的影响，因此无法避免地与道德标准缠绕在一起。理解环境可承受能力的道德标准因此是健康的化学教育的一个必需组成部分。

摆在绿色化学家面前的全方位挑战是理解道德的约束力、化学与生态关系、教育的需求、将环境可承受性带至研究中心地位的迫切性，以及尽可能调和这种理解与最大经济利益的关系。如果化学家不断地增强他们的力量贡献于可承受的文明，化学将会变得更加有趣和更具主动性，并将消除它的“有毒”形象。从而化学将变得更有价值，获得公众的支持，并将带动大量令人激动的经济实体的产生来维持支撑可承受性的持续发展。

[Science，2001年1月5日]

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*特瑞 · 考林斯（Terry Collins）任职于美国的卡耐基 · 梅隆大学化学系讲授绿色化学。他领导的研究小组针对产生持久生物累积性有机氯的过程发明了非常有效的“绿色”取代物。他曾被授予多个奖项，包括美国总统绿色化学挑战奖。