绿色溶剂的选择方法

溶剂是化学反应中的一种试剂,许多不同种类的有机化学品可以用作溶剂:脂肪族和芳香烃、卤代化合物、醚类、酯类、酮类等。这些有机溶剂大多是挥发性的,可能易燃易爆,其中许多是有毒物质。有机溶剂对健康和环境的危害性是一个全球关注的重要问题。我国2016年新修订的<大气污染防治法>首次将VOCs(挥发性有机物)纳入监管范围,随着环保监管趋严,这就要求制药企业在激烈的市场竞争中,要融入绿色发展理念,从源头控制VOCs,在原料药生产过程使用绿色溶剂。


1.绿色溶剂:


绿色溶剂:一般是指溶剂化学性质不稳定,可以为土壤生物或其他物质降解,半衰期短,很容易衰变成低毒、无毒的物质。也称环境友好型溶剂。


根据绿色化学的十二原则,绿色溶剂应该具有以下特性:


从可再生原料获得


可大规模使用


与传统溶剂相比具有价格优势


采用生态效益工艺可再生利用。


利用工业级,避免纯化工艺的能源消耗


可通过高原子经济性和节能工艺制备。


用作消耗品时,在自然界中释放毒性可忽略不计风险最小


高生物降解性而不产生有毒代谢物。


与常用溶剂相比具有类似的特性和性能(粘度、极性、密度等)


工艺过程具有热稳定性和电化学稳定性


不易燃


容易储藏和运输


2. 辉瑞公司溶剂选择指南


辉瑞公司是第一批用选择指南解决溶剂环境影响问题的公司之一。他们开发了一种简单的分类,在药物化学环境中特别有效。它是基于颜色编码方法来选择更安全、毒性更小的溶剂。


溶剂分为三个级别:首选的(绿色)、可用的(黄色)或避免使用(红色)

(见表-1)。

表-1 辉瑞公司溶剂选择指南

绿色溶剂的选择方法

绿色溶剂的选择方法

 

根据这一分类,16种溶剂应该避免使用。对于那些被分类为避免使用的溶剂,建议使用更环保溶剂替代。表2描述了为什么这些溶剂被认为是红色的,包括建议替代的溶剂。

表-2 辉瑞公司溶剂替代表

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3.葛兰素史克公司溶剂选择指南


葛兰素史克公司在绿色标准下开发了另一种溶剂选择指南,《GSK溶剂指南》的第一版发表于1999,它后来被纳入了生命周期影响概念。此指南已在稍后扩展,还包括用于在不同业务领域发布的可定制版本。以下三点摘要了GSK指南的主要内容。


1)添加了许多文献都声称是“绿色”的44种新溶剂。


2)它已经调整了多种健康、环境、安全和废物类别结合的方式,以达到单一的综合得分和颜色标识。


3)所有的分数背后的数据,特别是毒理学和健康危害评估已经更新,以及反映当前指导方针和数据的方法已经修订。


溶剂的排序已经根据四个参数进行:废物、环境、健康和安全。根据表中所描述的方程计算这些参数。

                    表-3 葛兰素史克公司溶剂指南参数和方程

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I:焚烧分数,R:回收分数,BT生物处理分数,VOC:挥发性有机化合物排放分数。

表-4摘要和类别分数的颜色分配

 

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表-5 葛兰素史克公司溶剂选择指南


绿色溶剂的选择方法

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4. ACS 药物圆桌会议溶剂选择指南


为了协调几个指南的不同标准,与美国化学协会(ACS)合作的一些公司和

绿色化学学会制药圆桌会议(GCIPR)开发了另一种溶剂选择指南,目的为成员公司使用和实施绿色化学假设,该组织已经证明溶剂对用于批量活性药物的生产的原料有大约50%贡献。这是第一个合作开发的指南,它已经被制药公司的成员认可为具有高教育价值的溶剂指南。已经决定对公众和科学界公开这个指南。


最初的溶剂清单是成员公司的投入开发,但新版本的指南包含更多的有机溶剂实验室常用的溶剂。溶剂排名考虑其特性、安全性、健康、环境(空气、水和废物)。对于每个参数,由1到10组成的得分被分配。较高值对应最关注,分数为1的问题很少。为了更容易地显示比例尺,使用颜色代码。


其中1分3分为绿色,4分7分为黄色,8分10分为红色。例如:二甲基亚砜具有较低的健康风险(绿色,3),但很难处置(红色,8)


表-6绿色化学学会制药圆桌会议溶剂选择指南

绿色溶剂的选择方法

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注:空白单元格表示数据丢失,因此无法计算分数。


5.赛诺菲公司指南


赛诺菲公司是绿色化学学会制药圆桌会议(GCI-PR)的成员,和它最近加入了这个组织,但它已经在健康、安全和环境(HSE)指南的基础上开发了自己的指南,将溶剂分为两类:推荐的和替代的。这个指南提供了一个相对于其他指南的优点,公开了一个新的类别,所谓的“禁用”溶剂,甚至在实验室规模必须避免。本指南的颜色代码如下:


绿色:推荐溶剂(这些溶剂中的大多数都在HSE指南的A列表中)。


黄色:建议替代。这些可以在工业规模上使用。但有一些限制。


红色:需要替代,这些仍然可以在中试设备中使用,但是它们在工业水平上对新工艺的使用必须在不成功的替代实验的基础上进行论证。


棕色:禁用溶剂。这些溶剂不能用于实验室公斤级和中试,甚至有时在实验室不能使用。



内部职业健康(OEB)、安全(SHB)和环境(EHB),SK是指该溶剂对皮肤敏感性,G1或G2意味着溶剂可能对胎儿产生影响。不同溶剂具有不同的气味,有些溶剂有难闻的气味而影响使用,气味列入其他关注点中。

表-7  醇

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表-8 酮

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表-9 酯

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表-10 醚

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表-11 烃

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表-12 卤代烷

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表-13 非质子极性溶剂

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表-14双官溶剂能团 

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表-15 水、酸和胺

由于安全(乙醚,硝基甲烷)、健康(氯仿,苯,1,2-二氯乙烷)或环境(四氯甲烷)的原因。对于由于历史原因仍然使用这种溶剂的少数工业过程,在大多数情况下需要研究它们的替代,我国制药企业在工艺研发和工业生产中选择绿色溶剂任重道远。

 

参考文献:

[1] Dunn PJ ,Chem Soc Rev (2012) 41(4):1452。

[2] David J. C ,Clean Techn Environ Policy (2005) 7: 42–50。

[3] ACS Green Chemistry Institute ® Pharmaceutical Roundtable. Solvent Selection Guide: Version 2.0. (2011)

[4] Prat D, Pardigon O, Flemming HW, Letestu S, Ducandas V, Isnard P, Guntrum E, Senac T, Ruis-seau S, Cruciani P, Hosek P,Org Process Res Dev (2013)17(12):1517


排版:文竹

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