綠色化學指標計算器
簡而言之：這個綠色化學計算器由平衡反應式（依化學式計算莫耳質量）求出原子經濟，再由你使用的質量求出產率、E 因子、製程質量強度（PMI）、反應質量效率（RME）與碳效率。內含 Boots 與 BHC 布洛芬路線、狄耳士-阿德爾反應與維悌希反應範例。完全免費，在網頁瀏覽器中執行。
輸入以化學式表示的平衡反應式，例如 C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3，並選擇目標產物，即可得到原子經濟。再加入每種反應物的質量、分離得到的產物質量，以及任何溶劑、水、試劑或催化劑，即可得到廢棄物指標。
其他使用的物料（溶劑、水、試劑、催化劑）
綠色化學指標與公式
原子經濟（%）= ν × M（目標產物）/ Σ ν × M（反應物）× 100
產率（%）= 實際質量 / 理論質量 × 100 RME（%）= 產物質量 / Σ 反應物質量 × 100
E 因子 =（總投入質量 − 產物質量）/ 產物質量 PMI = 總投入質量 / 產物質量 = E 因子 + 1
碳效率（%）= 產物中 C 的莫耳數 / 反應物中 C 的莫耳數 × 100
| 指標 | 依據 | 理想值 | 忽略的部分 |
|---|---|---|---|
| 原子經濟 | 平衡反應式 | 100% | 產率、過量試劑、溶劑 |
| 產率 | 實驗結果 | 100% | 副產物與其他廢棄物 |
| 反應質量效率 | 反應物與產物的質量 | 100% | 溶劑與後處理 |
| 碳效率 | 投入與產出的碳原子 | 100% | 鹽類等非碳廢棄物 |
| E 因子（簡易） | 溶劑與水以外的所有投入 | 0 | 溶劑廢棄物 |
| E 因子（完整）與 PMI | 所有使用的物料 | 0 與 1 | 危害性與能源使用 |
各產業的典型 E 因子
| 產業 | 年產量（公噸） | E 因子（kg 廢棄物/kg 產物） |
|---|---|---|
| 石油煉製 | 10⁶ 到 10⁸ | 低於 0.1 |
| 大宗化學品 | 10⁴ 到 10⁶ | 低於 1 到 5 |
| 精細化學品 | 10² 到 10⁴ | 5 到 50 以上 |
| 製藥業 | 10 到 10³ | 25 到 100 以上 |
綠色化學 12 原則
- 預防：避免產生廢棄物，而非事後處理。
- 原子經濟：盡可能讓反應物都成為產物的一部分。
- 較低危害的合成：使用及產生毒性低的物質。
- 較安全的化學品：設計有效但毒性較低的產品。
- 較安全的溶劑與輔助物：使用較少且較安全的溶劑。
- 能源效率：在接近室溫與常壓下進行反應。
- 可再生原料：在可行時使用來自生質的原料。
- 減少衍生物：避免保護基與其他暫時性步驟。
- 催化：催化劑優於計量試劑。
- 可降解設計：產品使用後應能無害地分解。
- 即時分析：監測反應，在污染形成前加以阻止。
- 預防意外：選擇能降低火災、爆炸與外洩風險的物質與條件。
範例解析
酯化反應
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O。投入 60.05 + 46.07 = 106.12 g/mol，產出 88.11 g/mol 的酯。
12.0 g 乙酸與 11.5 g 乙醇得到 13.2 g 酯（理論值 17.6 g）。
AE 83.0%，產率 75.0%，RME 56.2%
狄耳士-阿德爾反應
環戊二烯 + 順丁烯二酸酐 → 加成物：C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃。
66.10 + 98.06 = 164.16 g/mol，與產物相同。
AE 100%
Wittig 反應
Ph₃P=CH₂ + 環己酮 → 亞甲基環己烷 + Ph₃PO。
96.17 / (276.32 + 98.14) × 100。三苯基氧化膦（278.29 g/mol）為廢棄物。
AE 25.7%
布洛芬：Boots 路線（6 步驟）
所有步驟的試劑：C₁₀H₁₄、C₄H₆O₃、C₄H₇ClO₂、C₂H₅ONa、H₃O⁺、NH₂OH 與 2H₂O，每 206.3 g 布洛芬需 515.0 g。
AE 40.1%
布洛芬：BHC 路線（3 步驟）
C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH。投入 266.3 g，產出 206.3 g。
AE 77.5%（常引用為 77%；回收乙酸時約為 99%）
E 因子與 PMI
上述酯化反應另用 1.0 g H₂SO₄、20 g 碳酸鹽溶液與 50 g 水洗：投入 94.5 g，產出 13.2 g。
完整 E 因子 6.16，PMI 7.16
常見錯誤
- 使用未平衡的反應式。係數會改變反應物質量，請先平衡。
- 混淆原子經濟與產率。產率 95% 的維悌希反應仍浪費約四分之三的反應物質量。
- 把催化劑與溶劑算入原子經濟。它們不列入 AE，但應計入 E 因子與 PMI。
- 忘了產物的係數。若反應式產生 2 mol 產物，分子項要用 2 × M。
- 混用簡易與完整 E 因子。請註明是否包含溶劑與水，它們常占總量的大部分。
- 用過量試劑計算理論產量。理論產量由限量試劑決定。
要比較合成路線嗎？在免費線上化學結構編輯器 MolDraw 中畫出每條路線，並在箭頭上標註試劑。
開啟 MolDraw 編輯器常見問題
什麼是原子經濟？如何計算？
原子經濟是假設產率 100% 時，所有反應物質量中最後進入目標產物的百分比。原子經濟 =（係數 × 目標產物莫耳質量）/（所有反應物的係數 × 莫耳質量總和）× 100。以 CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O 為例，為 88.11 / 106.12 × 100 = 83.0%。
原子經濟與產率有什麼不同？
原子經濟只由平衡反應式求得，說明反應物質量中最多有多少能進入產物。產率是在實驗室中測得，說明實際得到的產物與理論產量相比有多少。一個反應可能產率 100%，原子經濟卻很低，維悌希（Wittig）反應就是如此。
E 因子多少才算好？
越低越好，理想值為 0。典型數值：石油煉製低於 0.1，大宗化學品低於 1 到 5，精細化學品 5 到 50 以上，製藥業 25 到 100 以上。精細化學品與藥物的廢棄物大多是溶劑。
製程質量強度與 E 因子有什麼關係？
PMI 是所有使用物料的總質量除以產物質量。完整 E 因子是廢棄物質量除以產物質量。由於廢棄物 = 總投入 − 產物，因此 PMI = E 因子 + 1。
為什麼狄耳士-阿德爾（Diels-Alder）反應的原子經濟是 100%？
它是加成反應：二烯與親二烯體結合成單一產物，沒有任何損失。以環戊二烯 + 順丁烯二酸酐為例，66.10 + 98.06 = 164.16 g/mol，正好等於加成物的莫耳質量。重排反應與大多數加成反應也可達到 100%。
為什麼 BHC 布洛芬合成法比 Boots 合成法更環保？
Boots 路線需要六個步驟，原子經濟約 40%。BHC 路線只需三個催化步驟，達到 77.5%，若回收副產物乙酸則約為 99%。它產生的廢鹽也少得多，並使用可回收的催化劑。
什麼是反應質量效率？
RME 是分離得到的產物質量除以所用反應物總質量再乘以 100。它把原子經濟、產率與過量試劑的使用合併為一個數字：RME = 原子經濟 × 產率 ÷ 過量係數。
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