12 prinsip green chemistry1. PencegahanLebih baik mencegah daripada limbah untuk mengobati atau membersihkan sampah setelah telah dibuat.Disumbangkan oleh Berkeley W. Cue, Jr, PhD, BWC Pharma Consulting, LLC.Dalam publikasi mereka "Green Kimia, Teori dan Praktek" pada tahun 1998, Anastas dan Warner memperkenalkan 12 prinsip-prinsip mereka. Pandangan saya adalah prinsip pertama, sering disebut sebagai prinsip pencegahan, adalah yang paling penting dan prinsip-prinsip lainnya adalah "bagaimana itu" untuk mencapainya.Ukuran yang sering digunakan limbah adalah E-faktor, dijelaskan oleh Roger Sheldon, yang berhubungan dengan berat badan sampah coproduced dengan berat produk yang diinginkan. Baru-baru ini, ACS Green Kimia Institut Farmasi Roundtable (ACS GCIPR) telah disukai proses intensitas massa, yang menyatakan rasio bobot semua bahan (air, pelarut organik, bahan baku, reagen, proses bantu) yang digunakan untuk berat bahan obat aktif (API) yang dihasilkan. Ini adalah fokus meja bundar penting karena jumlah historis besar limbah coproduced selama manufaktur-lebih obat dari 100 kilo per kilo API dalam banyak kasus. Namun, ketika perusahaan menerapkan prinsip-prinsip kimia hijau dengan desain proses API, pengurangan dramatis dalam limbah sering dicapai, kadang-kadang sebanyak sepuluh kali lipat. Jadi, penting untuk memperluas hasil mengesankan yang dicapai oleh ACS GCIPR ke seluruh bagian industri obat, terutama biofarma dan sektor generik, serta sektor lain dari perusahaan kimia di mana kimia sintetik yang digunakan untuk menghasilkan produk mereka.

Lebih Resources & Contoh:

Proses Mass Intensitas Alat

2012 PGCCA Pemenang: Codexis, Inc dan Profesor Yi Tang, University of California, Los Angeles "Sebuah Proses biocatalytic Efisien untuk Industri Simvastatin"

2002 PGCCA Pemenang: Pfizer, Inc. "Green Kimia di Redesign Proses Sertraline"

Pharma Berusaha untuk Green Goals, Stephen K. Ritter, Kimia & Engineering News, 90 (22), 28 Mei 2012.2. Atom EkonomiMetode sintetis seharusnya didesain untuk memaksimalkan penggabungan semua bahan yang digunakan dalam proses menjadi produk akhir.

Disumbangkan oleh Michael Cann, Ph.D., Profesor Kimia, University of Scranton

Prinsip kedua kimia hijau dapat hanya dinyatakan sebagai "ekonomi atom" dari reaksi. Ekonomi atom, yang dikembangkan oleh Barry Trost1, mengajukan pertanyaan "apa yang atom reaktan dimasukkan ke dalam produk akhir yang diinginkan (s) dan apa atom terbuang?"

Secara tradisional, efisiensi reaksi telah diukur dengan menghitung yield persen. Mari kita berasumsi bahwa reaksi substitusi berikut memberikan 100% hasil. Sementara ini mengagumkan, kita dapat menjelaskan lebih lanjut tentang efisiensi reaksi dengan menghitung "persen ekonomi atom" sebagai berikut:

% Atom Ekonomi = (FW atom dimanfaatkan / FW semua reaktan) X 100

= (137/275) X 100 = 50%

Ekonomi persen atom hanya berat rumus produk yang diinginkan (s) (senyawa 4, 137 g / mol) dibagi dengan jumlah bobot formula semua reaktan (275 g / mol), yang memberikan 50% dalam kasus. Sederhananya, bahkan jika yield persen kami adalah 100%, hanya setengah massa reaktan atom digabungkan dalam produk yang diinginkan sementara separuh lainnya terbuang dalam yang tidak diinginkan oleh-produk. Bayangkan memberitahu ibumu Anda dipanggang kue dan membuang setengah bahan! Jadi ahli kimia tidak hanya harus berusaha untuk mencapai hasil yang maksimal persen, tetapi juga merancang sintesis yang memaksimalkan penggabungan atom reaktan ke dalam produk yang diinginkan.

Prinsip # 2 penawaran dengan reaktan. Namun, karena mereka yang telah menjalankan reaksi kimia tahu, kita biasanya menggunakan bahan lain seperti pelarut dan agen memisahkan selama sintesis. Bahan-bahan ini biasanya membuat sebagian besar input material, dan dengan demikian kita juga harus memperhitungkan limbah yang dihasilkan dari mereka. Tinggal "tuned" karena Anda akan melihat ini dibahas dalam Prinsip berikutnya Green Chemistry.

Kurang Berbahaya Kimia SintesisBila mungkin, metode sintetis seharusnya didesain untuk menggunakan dan menghasilkan zat yang memiliki sedikit atau tidak ada toksisitas terhadap kesehatan manusia dan lingkungan.

Disumbangkan oleh David JC Constable, Ph.D., Direktur, ACS Green Kimia Institute

3. Less hazardous Ketika Anda berpikir tentang hal itu, ini adalah prinsip dua bagian dibagi dengan dua kata pertama, "di mana pun praktis." Mengatakan dua kata menyiratkan bahwa hal itu mungkin tidak praktis atau mungkin untuk menghindari menggunakan zat-zat yang beracun, dan ini adalah, jika Anda mau, yang keluar dari penjara kartu yang paling ahli kimia gunakan untuk mencoba untuk menghindari menerapkan prinsip ini untuk pekerjaan mereka. Mari kita hadapi itu; ahli kimia menggunakan zat beracun sepanjang waktu karena bahan kimia reaktif mampu reaksi yang secara kinetik dan termodinamika menguntungkan. Dan bahan kimia kecuali-dan penggantian sampai-bersama dengan protokol sintetik baru dikembangkan, inheren bahan beracun akan terus digunakan. Tapi lebih mudah untuk mengatakan bahwa itu tidak praktis dan membuang setiap pemikiran tentang pilihan kimia yang dibuat.

Ini bukan berarti bahwa mengikuti prinsip ini sangat sulit untuk dilakukan; itu lebih bahwa ahli kimia yang tertarik dalam melakukan hal itu. Untuk ahli kimia organik sintetik, mempengaruhi transformasi kimia yang sukses dengan cara yang baru atau dengan molekul baru atau dalam orde baru adalah apa yang penting. Aku telah mendengar argumen seperti itu, sebagai "semua hal-hal lain dalam labu hanya ada untuk membuat transformasi mungkin sehingga benar-benar tidak peduli," atau "Anda harus realistis dan fokus pada ilmu pengetahuan." Mengatakan hal-hal ini menyiratkan bahwa satu-satunya ilmu yang penting adalah mengaktifkan atom karbon untuk memfungsionalisasikan itu, atau menambahkan ligan untuk katalis, dll, dll Prinsip ini meminta ahli kimia untuk memperluas definisi mereka tentang apa yang merupakan ilmu yang baik.

Apa yang banyak telah menunjukkan lagi dan lagi adalah toksisitas itu dan bahaya petugas dan risiko yang terkait dengan reaksi kimia secara langsung berkaitan dengan semua lain "barang" dalam termos. Bahkan, kimia atau transformasi kimia dalam sintesis umumnya dampak profil toksisitas keseluruhan (dan sebagian besar langkah-langkah lain dari keberlanjutan dan hijau) dari suatu produk atau proses sedikit, kecuali dalam kasus-kasus di mana kita sengaja memproduksi molekul yang beracun atau biologis aktif dengan desain. Yang pasti kasus untuk banyak molekul yang disintesis seperti dalam kimia farmasi atau pertanian bisnis-molekul beracun dan / atau memiliki efek lain pada organisme hidup dengan desain.

Bahan kimia dan bahan yang digunakan dalam mempengaruhi transformasi kimia materi dan ahli kimia harus lebih memperhatikan pilihan yang mereka buat tentang apa yang masuk ke labu. Sangat mudah untuk diskon semua lain "barang" dan memfokuskan seluruh energi kami pada jalur sintetis yang memberikan produk yang diinginkan. Tetapi ketika kita mengabaikan semua yang lain "barang," kami membayar harga tinggi dan itu adalah harga yang kami harus berhenti membayar.

Kadang-kadang, ahli kimia yang menghasilkan molekul yang memiliki efek berbahaya beracun atau lainnya, dan prinsip berikutnya akan memiliki sesuatu untuk dikatakan tentang merancang molekul yang lebih aman.

4. Designing Merancang Aman KimiaProduk kimia seharusnya didesain untuk menjaga keefektifan fungsinya sekaligus mengurangi toksisitas.

Disumbangkan oleh Nicholas D. Anastas, Ph.D., US Environmental Protection agensi dan New England

Meminimalkan toksisitas, sekaligus menjaga fungsi dan khasiat, mungkin salah satu aspek yang paling menantang dari merancang produk yang lebih aman dan proses. Mencapai tujuan ini memerlukan pemahaman tidak hanya kimia tetapi juga dari prinsip-prinsip toksikologi dan ilmu lingkungan. Sangat kimia reaktif yang sering digunakan oleh ahli kimia untuk memproduksi produk karena mereka cukup berharga di mempengaruhi transformasi molekul. Namun, mereka juga lebih mungkin untuk bereaksi dengan target biologis yang tidak diinginkan, manusia dan ekologi, mengakibatkan efek samping yang tidak diinginkan. Tanpa memahami dasar hubungan bahaya struktur, bahkan penyihir molekul paling terampil memasuki tantangan kurang toolkit lengkap.

Menguasai seni dan ilmu toksikologi membutuhkan pendekatan inovatif untuk karakterisasi kimia yang menyatakan bahwa bahaya adalah cacat desain dan harus ditujukan pada asal-usul desain molekul. Bahaya intrinsik unsur dan molekul adalah properti kimia dasar yang harus ditandai, dievaluasi dan dikelola sebagai bagian dari strategi sistem berbasis desain kimia.

Sekarang adalah waktu yang ideal untuk mengembangkan usaha yang komprehensif dan kerjasama antara ahli toksikologi dan kimia, difokuskan pada pelatihan generasi berikutnya dari para ilmuwan untuk merancang bahan kimia yang lebih aman dengan cara yang benar-benar holistik dan trans-disiplin melalui kemajuan kurikuler yang inovatif. Bidang toksikologi berkembang pesat, menggabungkan dan menerapkan kemajuan yang dibuat dalam biologi molekuler untuk mengungkapkan mekanisme toksisitas. Penjelasan jalur ini menjadi titik awal untuk mengartikulasikan aturan desain yang diperlukan oleh ahli kimia untuk memandu pilihan mereka dalam usaha untuk membuat bahan kimia yang lebih aman. Kami berada di fajar matahari terbit baru, siap untuk menerangi jalan ke depan untuk lebih aman, sehat dan lebih berkelanjutan dunia.

5. Pelarut lebih aman dan PelengkapPenggunaan zat tambahan (misalnya, pelarut, bahan pemisah, dll) seharusnya tidak perlu sedapat mungkin dan, tidak berbahaya jika digunakan.

Dr. Concepcion (Conchita) Jimnez-Gonzlez, Direktur, Keberlanjutan Operasional, GlaxoSmithKline

Itu sebuah konferensi kimia hijau dan ahli kimia sintetis yang sangat terkenal baru saja menerima pertanyaan tentang mengapa dia memilih pelarut yang tanpa pertanyaan pilihan yang sangat miskin. Anda harus realistis, ahli kimia tahu secara intuitif apa yang terbaik, dan pelarut tidak penting. Ini adalah kimia yang penting. Aku pernah mendengar semacam ini pernyataan berulang kali selama bertahun-tahun, meskipun fakta bahwa itu bertentangan dengan semangat dan surat Prinsip 5.

Pelarut dan agen pemisahan massa dari semua jenis masalah banyak untuk kimia belum lagi proses kimia dan keseluruhan "kehijauan" reaksi. Dalam banyak kasus, reaksi tidak akan melanjutkan tanpa pelarut dan / atau agen pemisahan massa. Untuk mengatakan bahwa mereka tidak peduli, atau bahwa itu hanya kimia yang penting bukan hanya kesalahan logis, itu kimia yang salah. Pelarut dan bahan pemisah menyediakan massa dan transfer energi dan tanpa ini, banyak reaksi tidak akan melanjutkan.

Ini juga telah menunjukkan bahwa pelarut account untuk 50 - 80 persen dari massa dalam operasi batch kimia standar, tergantung pada apakah Anda termasuk air atau tidak. Selain itu, pelarut mencapai sekitar 75% dari dampak lingkungan siklus hidup kumulatif dari operasi batch kimia standar.

Pelarut dan agen pemisahan massa juga mendorong sebagian besar konsumsi energi dalam proses. Pikirkan tentang hal ini sejenak. Pelarut secara bergantian dipanaskan, suling, didinginkan, dipompa, campuran, suling di bawah vakum, disaring, dll Dan itu sebelum mereka mungkin atau mungkin tidak didaur ulang. Jika mereka tidak daur ulang, mereka sering dibakar.

Pelarut juga kontributor utama profil toksisitas keseluruhan dan karena itu, menulis sebagian besar bahan perhatian terkait dengan proses. Rata-rata, mereka berkontribusi perhatian terbesar bagi isu-isu keselamatan proses karena mereka mudah terbakar dan mudah menguap, atau di bawah kondisi yang tepat, ledakan. Mereka juga umumnya mendorong pekerja untuk mengenakan alat pelindung diri dari satu jenis atau yang lain.

Kami akan selalu membutuhkan pelarut, dan dengan banyak hal dalam proses kimia, itu soal perdagangan dampak. Optimalkan pelarut menurut salah satu metrik dan banyak hijau kali, ada tiga orang lain yang tidak terlihat begitu baik. Tujuannya adalah untuk memilih pelarut yang masuk akal kimia, mengurangi kebutuhan energi, memiliki toksisitas setidaknya, memiliki dampak lingkungan siklus hidup paling sedikit dan tidak memiliki dampak keamanan utama.

Pelarut dan bahan pemisah memang penting dan meskipun satu atau lebih terkenal ahli kimia organik sintetik mungkin berpikir. Hal ini dimungkinkan untuk membuat pilihan yang lebih baik, dan itulah yang penerapan prinsip ini harus mempromosikan.

Desain untuk Efisiensi EnergiKebutuhan energi harus diakui untuk dampak lingkungan dan ekonomi mereka dan harus diminimalkan. Metode sintetis seharusnya dilakukan pada suhu kamar dan tekanan.

Oleh Dr David Constable, Direktur, ACS Green Kimia Institute

Dalam beberapa tahun terakhir saya telah mulai berbicara tentang kimia hijau dan engineering "prinsip dilupakan," dan Desain untuk Efisiensi Energi adalah salah satu dari mereka. Di antara ahli kimia organik sintetik, tidak ada pertimbangan yang diberikan untuk suhu atau tekanan. Kimiawan hanya mengikuti protokol untuk mendapatkan reaksi untuk pergi ke penyelesaian dan untuk memisahkan produk yang diinginkan di setinggi yield mungkin. Energi, dari perspektif apotek, tidak relevan dan untuk semua maksud dan tujuan, gratis. Hanya menempatkan steker di dinding atau koil pemanas sekitar labu, atau mendapatkan nitrogen cair dari Dewar tersebut.

Bagi mereka yang berpikir tentang energi, kebanyakan jika tidak semua perhatian bahwa energi mendapat dari ahli kimia dikhususkan untuk pemanasan, pendinginan, pemisahan, elektrokimia, memompa dan enggan, perhitungan yang berhubungan dengan termodinamika (misalnya, Gibbs Gratis Energy). Perhatian tidak dalam meminimalkan atau mengingat di mana energi berasal dari atau jika itu penting apa bentuk digunakan, itu hanya mengingat bahwa kita perlu panas atau dingin atau mendorong elektron ke reaksi untuk membuat atau menghancurkan ikatan. Dalam merenungkan pelatihan saya sendiri sebagai seorang ahli kimia, saya tidak pernah diminta untuk mengkonversi pemanasan, pendinginan, pompa atau persyaratan elektrokimia untuk biaya listrik, uap atau beberapa utilitas lainnya. Yang mungkin dilakukan dalam teknik kimia, tetapi tidak dalam kimia.

Energi merupakan isu utama untuk abad ke-21. Sebagian dari energi yang dihasilkan didasarkan, dan akan terus didasarkan pada bahan bakar fosil. Dan sebagian besar energi yang dikirim ke titik penggunaan hilang dalam konversi dan transmisi. Apakah ini berarti bahwa jika Anda melihat siklus hidup produksi energi, dan Anda melihat berapa banyak energi benar-benar tersedia untuk pekerjaan yang berguna pada titik kebutuhan, kurang dari 1 atau 2% dari energi yang awalnya tersedia dalam bahan bakar fosil. Hal ini juga benar bahwa sebagian besar energi bahan bakar fosil yang digunakan untuk layanan transportasi dari satu jenis atau yang lain dan penggunaan terbesar kedua adalah dalam ruang pemanasan dan pendinginan. Ada sejumlah besar peluang bagi ahli kimia untuk mengubah ini profil penggunaan energi, tetapi pengalaman saya bahwa sangat sedikit ahli kimia melihat diri mereka sebagai bagian dari baik transportasi atau lingkungan binaan.

Jika Anda berpikir tentang di mana sebagian besar ahli kimia dilatih sekitar energi, dan insinyur tentu kimia, itu sekitar H dalam persamaan Gibbs Gratis Energy. Memanaskan formasi, memanaskan penguapan, entalpi, reaksi eksotermik, dll; ini adalah apa yang kita pikirkan. Hal yang menarik adalah bahwa alam sebagian besar bekerja dengan S dan kekuatan lemah interaksi. Anda tidak melihat pohon melakukan fotosintesis pada refluks menggunakan pelarut, atau membran sel tidak diekstrusi pada suhu lelehan dari sesuatu seperti polystyrene.

Ada jauh lebih banyak untuk energi dan kimia menarik dalam berpikir tentang energi daripada meminta mereka untuk menjalankan reaksi pada suhu kamar dan tekanan. Reaksi sendiri jarang di mana mayoritas energi yang digunakan; kebanyakan digunakan dalam penghapusan pelarut untuk mengatur untuk reaksi berikutnya, atau untuk menghapus satu pelarut dan menggantinya dengan yang lain, atau untuk mengisolasi produk yang diinginkan, atau untuk menghilangkan kotoran. Terlepas dari hidrogenasi atau reaksi yang oksigen atau kelembaban sensitif, sebagian besar reaksi dilakukan pada tekanan atmosfer. Ini tidak berarti bahwa energi tidak penting, itu hanya penting di daerah di mana sebagian besar ahli kimia tidak fokus.

Sekali lagi, berpikir tentang lebih dari satu bagian dari reaksi atau proses selama desain molekul baru sangat penting tidak hanya dari sudut pandang energi, tetapi juga dari berbagai sudut. Energi seperti berpikir tentang bagaimana mengatur sintesis untuk memiliki jumlah paling sedikit langkah, atau menggunakan bahan biaya awal terendah atau aspek lain yang menarik bagi sintetis atau kimia proses-hanya parameter desain lain. Historis belum dilihat sebagai itu, tapi kita tidak bisa lagi mampu untuk merancang molekul baru dengan tidak adanya pertimbangan rinci dan diperpanjang bagaimana energi akan digunakan.