разработка химических продуктов и процессов, которая снижает или исключает

7.   Следует  использовать  возобновляемое  сырье  там,  где  это  технически  и 

экономически обосновано. 

8.  Необходимо сокращать число стадий процесса (для этого избегать при синтезе 

стадий блокирования групп, введения-снятия защиты, временной модификации 

физико-химических процессов). 

9.  Каталитические  реагенты  (по  возможности  максимально  селективные) 

предпочтительны по сравнению со стехиометрическими. 

10. Химические  продукты  желательно  применять  такие,  чтобы  по  окончании 

нужды  в  них  они  не  сохранялись  в  окружающей  среде,  а  разлагались  до 

безопасных веществ. 

11. Аналитические  методики  следует  развивать  так,  чтобы  в  режиме  реального 

времени  обеспечивать  мониторинг  образования  продуктов  реакции,  среди 

которых могут оказаться опасные. 

12. Вещества, используемые в химических процессах, следует выбирать так, чтобы 

свести к минимуму возможные аварии, включая разливы, взрывы и пожары. 

 

Работа по принципам зеленой химии требует от ученого определенных усилий 

и  большой  ответственности.  Многое  приходится  делать  не  совсем  так,  как  это 

привычно.  Приходится  задумываться  о  вещах,  которые  раньше  в  голову  не 

приходили.  Однако  другого  пути  нет.  Здесь  можно  сформулировать 13-й  принцип 

Зеленой химии: Если вы делаете все так, как привыкли, то и получите то, что обычно 

получаете.  

 Чтобы    глубже  познакомиться  с  предметом  зеленой  химии  и  основными 

направлениями исследований, можно проанализировать некоторые принципы зеленой 

химии. 

Согласно принципу 3, нетоксичными должны быть как исходные вещества, так 

и продукты, получаемые по химическим реакциям, пригодным для промышленности. 

Встает вопрос, а какие вещества считать нетоксичными. В бытовом смысле опасность 

предмета  определяется  обычно  его  функцией.  Нож  острый,  потому  что  его 

используют,  чтобы  резать,  и  существует  опасность  порезать  палец.  Печь  горячая, 

поскольку  ее  используют  для  приготовления  пищи,  но  существует  опасность 

обжечься.  Совсем  не  так  обстоит  дело  в  химии.  Допустим,  нам  нужно  получить 

красный  краситель.  Для  химика-органика  задача  не  особенно  трудная.  Нужно 

синтезировать плоскую ароматическую структуру с системой сопряженных кратных 

связей, которая бы содержала электронодонорную группу на одном конце молекулы, 

и электроноакцепторную группу на другом. Тогда такая молекула станет поглощать 

свет  длиной  волны 500-600 нм,  поэтому  вещество  будет  красным.  Синтезируем 

вещество,  внедряем  в  промышленное  производство,  начинаем  применять – и 

обнаруживаем, что оно, например, канцерогенно. Причем канцерогенность никак не 

связана  с  красным  цветом  данного  вещества.  Это  частая  ошибка  традиционной 

химии,  когда  вещество,  которое  довольно  легко  получить,  быстро  получало 

промышленное  применение,  а  его  токсичность  выяснялась  позже.  Примеры  всем 

известны.  Лекарство  от  головной  боли  талидамид,  которое  в  начале 60-х  годов 

прошлого  века  широко  использовали  в  медицине,  как  выяснилось  позже,  вызывает 

серьезные  пороки  внутриутробного  развития  детей.  Активно  применявшийся  для 

борьбы  с  комарами  препарат  ДДТ,  который  действительно  помог  ликвидировать 

огромные  очаги  малярии  в  мире,  оказался  не  только  опасным  для  здоровья,  но  и 

крайне  устойчивым  к  биоразложению.  Наконец,  наркотик  героин  также  появился  в 

начале 20 века как патентованное лекарство от кашля.  

Можно  разделить  опасные  вещества  и  загрязнители.  Первые  безусловно 

опасны,  поскольку  имеют  определенные  химические – они  едкие,  раздражающие, 

ядовитые.  Загрязнители  опасны  в  более  отдаленном  плане.  Эта  опасность 

обнаруживается уже после того, как вещество вовсю используется.  

Внедрение  нового  подхода  к  химии – принципов  зеленой  химии – требует, 

чтобы химик заранее, до синтеза в лаборатории, уже предвидел не только требуемые 

химические  свойства  вещества  (красный  цвет),  но  и  его  потенциал  как  опасного 

вещества  или  загрязнителя.  Конечно,  требуется  изменение  системы  обучения 

химиков:  например,  практически  нигде  обычных  химиков  не  учат  токсикологии, 

экотоксикологии.  А  ведь  без  таких  знаний  невозможно  предвидеть,  какие  наборы 

структурных элементов потенциально опасны. 

Кроме  того,  одним  из  направлений  является  использование  выделенных  из 

природных объектов  химических  веществ.  Некоторые  из  них  могут  быть опасными, 

но никакие не являются загрязнителями, поскольку они уже существуют в природе.  

Обратимся  ко 2 принципу  зеленой  химии – атомная  эффективность. 

Безусловно, чтобы оценить степень экологичности той или иной реакции, требуются 

численные критерии. Как оценить влияние данного процесса на экологию? Известный 

ученый  Роджер  Шелдон  придумал  два  критерия  оценки.  Первый  называется  Е-

фактор,  второй – атомная  эффективность.  Здесь  следует  заметить,  что,  например,  в 

Великобритании  атомная  эффективность  и  Е-фактор  признаны,  в  числе  прочего,  на 

государственном уровне для оценки новых промышленных процессов.  

Таблица. Величины Е-фактора для различных типов химических процессов.  

Е-фактор 

Химическая продукция 

0,1 

Нефтехимические продукты 

 

1-5 

Продукция основного 

органического и 

неорганического синтеза 

 

5-50 

Продукция тонкого 

органического синтеза 

(парфюмерия и др.) 

 

25-100 и более 

Лекарства 

 

 

Е  фактор – это  отношение  массы  всех  получившихся  в  реакции  побочных 

продуктов  к  массе  целевого  продукта.  Естественно,  что  чем  больше  Е-фактор,  тем 

менее  «зеленой»  является  реакция  или  процесс.  В  таблице  приведены  средние 

показатели Е-фактора для нефтехимических процессов, процессов основной химии и 

в  производстве  лекарств.  Как  вы  видите,  особенно  грязными  являются  процессы 

тонкого  органического  синтеза.  Это  неудивительно.  Вспомните  пример  с 20-

стадийным  синтезом.  Как  правило,  большинство  стадий  процессов  тонкого 

органического синтеза все же проводится в органических растворителях, а выходы не 

так  высоки,  как  хотелось  бы.  Современные  лекарства – это  не  просто  сложные 

химические  вещества,  часто  это  особо  чистые  изомеры  (структурные,  оптические  и 

др.),  в  их  синтезе  и  выделении  используется  огромное  количество  дополнительных 

химических веществ, таких как растворители, экстрагенты, и др. К тому же, в тонком 

органическом  синтезе  редко  используют  каталитические  реакции.  Кстати,  сам 

Шелдон,  за  которым  укрепилось  прозвище  «Мистер  Е-фактор»  последние 20 лет 

ведет  активные  исследования  по  применению  катализа  в  тонком  органическом 

синтезе.  

Атомная  эффективность – это  другой  количественный  показатель,  введенный 

Шелдоном.  Ее  рассчитывают  как  отношение  молярной  массы  целевого  продукта  к 

сумме  молярных  масс  всех  остальных  продуктов  в  стехиометрическом  уравнении. 

Чем  ближе  атомная  эффективность  к 100%, тем  более  зеленой  является  данная 

реакция.  Понятно,  что  атомная  эффективность  будет  невысокой  в  тех  реакциях,  где 

используют кислоты, щелочи, растворенные металлы, поскольку во всех этих случаях 

необходима нейтрализация. Это приводит к образованию солей в качестве побочных 

продуктов.  Этих  недостатков  лишены  каталитические  процессы.  Катализаторы 

позволяют проводить реакции с высокими селективностями. 

Катализ  является  одним  из  ключевых  направлений  зеленой  химии,  поскольку 

связан  с  некоторыми  другими  принципами  зеленой  химии.  Действительно,  опасные 

вещества,  как  правило,  высоко  реакционно-способны.  Это  делает  их  удобными 

реагентами  при  создании  новых  химических  продуктов.  Действительно,  ведь  для 

реакций таких веществ не требуется больших температур, давлений, а значит, энергия 

экономится. А если  мы отказываемся от реакционно-способных веществ, а берем за 

основу  менее  реакционно-способные,  мы  увеличиваем  энергозатраты,  а  это 

противоречит 6-му принципу энергетической эффективности. 

Тут можно пойти двумя путями. Наиболее распространенный – использование 

катализатора, который снижает энергетический барьер реакции. Другое направление 

– использование локальных источников энергии для активации молекул (фотохимия, 

микроволновое излучение). Эти способы позволяют снизить затраты энергии. 

Разработанные  в  последнее  время  каталитические  процессы  обладают  очень 

высокой  атомной  эффективностью.  Например,  окисление  метанола  до  уксусной 

кислоты на родиевом катализаторе (100%).  

жүктеу/скачать 232,72 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: