instrumente și tehnici de selecție a solventului: ghiduri de selecție a solventului verde

solvenții au primit multă atenție sub competența chimiei verzi . Acest lucru poate fi atribuit volumului mare de solvent utilizat de obicei într-o reacție (în special în etapa de purificare) sau într-o formulare . În ciuda acestui fapt, solventul nu este direct responsabil pentru compoziția unui produs de reacție și nici nu este componenta activă a unei formulări. Prin urmare, utilizarea solvenților toxici, inflamabili sau care dăunează mediului ar părea inutilă, deoarece aceste caracteristici nu au niciun impact asupra funcției sau progresului sistemului în care este aplicat solventul. Cu toate acestea, aceste consecințe nefericite ale utilizării solventului sunt adesea legate de atributele benefice ale solventului necesar pentru aplicare. Volatilitatea solvenților permite recuperarea și purificarea solventului prin distilare, dar creează, de asemenea, emisii nedorite în aer și riscul expunerii lucrătorilor. Solvenții amidici au polaritatea ridicată necesară pentru a dizolva o gamă largă de substraturi și pentru a accelera reacțiile , dar această funcționalitate implică adesea toxicitate reproductivă . La celălalt capăt al scalei de polaritate, solvenții de hidrocarburi oferă capacitatea de a dizolva uleiurile în extracții și de a efectua separări , dar în același timp sunt foarte combustibile, iar solubilitatea lor scăzută în apă (logP ridicat) este legată de bioacumulare și Toxicitate acvatică .

în încercările de a elimina solvenții nedoriți, strategiile de înlocuire caută adesea compuși înrudiți structural care nu sunt încă acoperiți de măsurile legislative și de reglementare necesare de obicei pentru a forța acțiuni în acest sens. Astfel, benzenul, de la recunoașterea sa formală ca cancerigen la mijlocul secolului al XX-lea, este în general înlocuit cu toluen . În mod similar, Protocolul de la Montreal a restricționat utilizarea tetraclorurii de carbon din 1989 din cauza rolului său în epuizarea stratului de ozon . De obicei, solvenții halogenați cloroform și diclormetan (DCM) sunt acum utilizați în schimb. Este important să subliniem faptul că aceste măsuri s-au dovedit a fi miope în ceea ce privește controalele chimice din ce în ce mai stricte la nivel mondial. Toluenul este, de fapt, suspectat de a dăuna copilului nenăscut și de a afecta organele prin expunere prelungită . Cloroformul și DCM sunt susceptibile de a fi cancerigene pentru oameni, conform evaluărilor IARC ale Organizației Mondiale a sănătății . În plus, DCM, chiar și ca substanță halogenată de scurtă durată, s-a dovedit acum că diminuează și ozonul .Regulamentul European privind înregistrarea, evaluarea, autorizarea și restricționarea substanțelor chimice (REACH) a introdus restricții privind toluenul, cloroformul și DCM în condiții specifice (Tabelul 1) . REACH afectează acum importul și utilizarea unei game largi de substanțe chimice în Europa. Toate produsele care nu respectă condițiile stabilite în REACH sunt eliminate de pe piață prin sistemul de informare RAPEX (rapid alert system for dangerous nealimentary products). Pentru a lua doar un mic eșantion, în 2015 produsele interzise au inclus cleiuri care conțin toluen , cloroform sau benzen și , uneori , în proporții alarmant de semnificative .

Tabelul 1 REACH restricții privind solvenții toluen, DCM și cloroform cu coduri de pericol prevăzute, de asemenea,

privind în perspectivă la viitoarele interdicții Europene privind solvenții, substanțele chimice candidate sunt plasate pe o listă de „substanțe care prezintă motive de îngrijorare deosebită” (SVHC) înainte pentru a ajunge la restricțiile impuse . În special pentru utilizatorii de solvenți, amidele N, n-dimetilformamida (DMF), n, n-dimetilacetamida (DMAc) și n-metilpirolidinona (NMP), precum și anumiți hidroxieteri și solvenți clorurați au făcut obiectul unei examinări (Tabelul 2). Solvenții care sunt similari din punct de vedere structural pot fi obținuți cu ușurință ca înlocuitori drop-in, dar sunt susceptibili să prezinte multe dintre aceleași probleme de mediu, sănătate și siguranță (EHS) văzute în exemplele istorice de substituție a solvenților. Agențiile de mediu din alte regiuni au propriile abordări de reglementare a substanțelor chimice periculoase, cu solvenți puternic afectați din cauza statutului lor de COV și, prin urmare, a riscului ridicat de expunere .

Tabelul 2 O listă neexhaustivă de solvenți din lista substanțelor candidate REACH pentru SVHC

în încercarea de a clasifica solvenții în funcție de profilurile lor EHS, au fost elaborate ghiduri de selecție a solvenților pentru a oferi mai multe informații decât concluziile „alb-negru” evaluărilor de reglementare. Domeniul de aplicare al prezentei reexaminări se referă la înlocuirea solvenților organici convenționali cu solvenți organici mai ecologici, în mod ideal bio, cu ajutorul instrumentelor de selecție a solvenților. Se va face, de asemenea, aluzie la dezvoltarea unor abordări mai sofisticate ale substituției solventului care încorporează și performanța solventului sau la proiectarea solvenților personalizați pentru o aplicație, dar nu constituie baza unei discuții semnificative în prezenta lucrare.

definirea solvenților verzi

întrebarea pusă de Fischer și colegii de la ETH Zurich (altfel cunoscut sub numele de Institutul Federal Elvețian de tehnologie) în titlul articolului lor din 2007 este una fundamentală; „Ce este un solvent verde” ? Răspunsul lor este o evaluare acum influentă, pe două niveluri, a cererii de mediu, sănătate și siguranță (EHS) și a cererii de energie (care poate fi privită ca un calcul rapid de tip LCA). Prin înțelegerea energiei necesare pentru a produce un solvent și a opțiunilor disponibile la sfârșitul ciclului de viață pentru a recupera o parte din acea energie, se poate calcula cererea cumulativă netă de energie (CED) a producției de solvent. Recuperarea energiei poate fi realizată prin incinerare sau prin compensarea cererii de resurse prin reciclarea solventului. Purificarea solventului utilizat prin distilare este mai puțin consumatoare de energie decât producerea unui volum echivalent de solvent nou. Incinerarea produce direct energie, dar necesită mai mult solvent pentru a fi produs în locul său.

abordarea care oferă o reducere mai mare a CED depinde de tipul de solvent (Fig. 1). În Fig. 1 energia necesară pentru producerea a 1 kg de solvent este prezentată ca bare cu umbrire albastră, solidă. Energia pentru a distila un solvent, mai degrabă decât a produce mai mult, este prezentată ca barele cu dungi roșii. Energia economisită (creditul de distilare) este prezentată mai jos. Creditul de incinerare este recuperarea energiei din incinerare, lăsând un CED redus, așa cum se arată cu bare punctate verzi. Majoritatea (dar nu toate) hidrocarburile sunt cel mai bine incinerate în conformitate cu această abordare simplificată a LCA (de ex., n-hexan, dar nu toluen). Același lucru este valabil și pentru eterul dietilic. Solvenții funcționalizați cu căi de producție mai lungi sunt cel mai bine reciclați pentru a reține energia și valoarea investite în moleculă în timpul sintezei sale inițiale (de exemplu, DMF). Pentru etanol beneficiile sunt destul de strâns echilibrate. O evaluare și mai detaliată a cererii de energie în producția de solvenți a fost publicată de aceiași autori .

Fig. 1
figure1

cererea de energie asociată cu producerea a cinci solvenți reprezentativi

instrumentul EHS care este partener al evaluării CED a fost oferit gratuit ca un instrument ușor de utilizat Utilizați foaie de calcul (.fișier xls). Metodologia este dezvăluită pe deplin (Fig. 2), și astfel furnizarea datelor necesare este disponibil, acesta poate fi aplicat la orice solvent și orice combinații de solvent utilizate într-un proces. Clasamentul este derivat din codurile de pericol și risc, precum și limitele de expunere legiferate. Prin urmare, o fișă tehnică cuprinzătoare de siguranță ar trebui să fie suficientă pentru a evalua caracterul ecologic al unui solvent utilizând această abordare. Într-adevăr, acest lucru a fost încercat pentru solvenți volatili de metil siloxan într-o lucrare separată . Cu toate acestea, din 2008 și introducerea Sistemului armonizat global (GHS), astfel cum este aplicat de Regulamentul European de clasificare, etichetare și ambalare (CLP), această metodă are nevoie de revizuire.

Fig. 2
figure2

Un exemplu de scară de clasificare a solventului ETH Zurich (categoria incendiu/explozie)

trei criterii din cele trei categorii EHS sunt combinate pentru a completa Un sistem de clasificare numerică. Scorurile mai mici indică solvenți mai verzi (Fig. 3). În general, rezultatele sunt așa cum se așteaptă din intuiție, cu alcooli și esteri percepuți ca fiind mai verzi decât hidrocarburile, care la rândul lor au scoruri mai bune decât formaldehida (5.6) și 1,4-dioxanul (5.0). Ponderea egală a problemelor de mediu, sănătate și siguranță ar putea fi dezbătută, pentru registrele DMF (3.7) toxice pentru reproducere ca fiind mai ecologice decât solvenții eterici care formează peroxid, cum ar fi eterul dietilic (3.9).

Fig. 3
figure3

clasamente privind sănătatea și siguranța mediului pentru cinci solvenți reprezentativi

combinarea cererii de energie cu scorurile EHS de solvenți oferă o imagine mai mare a impactului solventului. Acetatul de metil și solvenții alcoolici asigură echilibrul optim al cererii reduse de energie și un profil EHS benign (Fig. 4). Alte informații utile care apar includ cererea foarte mare de energie a producției de tetrahidrofuran (THF). La 270 MJ/kg, deși ulterior revizuit mai aproape de 170 MJ/kg într-o publicație următoare , se recomandă distilarea THF pentru a reduce CED total la doar 40,1 MJ / kg. Dimpotrivă, eterul dietilic (cu CED-ul său inferior) este cel mai bine incinerat pentru a minimiza consumul net de energie. Implicațiile incinerării în ceea ce privește emisiile atmosferice depășesc domeniul de aplicare al prezentei evaluări, dar ar trebui luate în considerare în practică, în special pentru solvenții care conțin azot și sulf care duc la emisii de NOx și SOx în urma incinerării .

Fig. 4
figure4

harta valorilor EHS și CED pentru solvenții reprezentativi

de-a lungul unei linii similare, Slater și Savelski de la Universitatea Rowan au a dezvoltat un mijloc de a genera o comparație între diferitele opțiuni de solvent disponibile pentru un proces . Și ei au produs o foaie de calcul care poate fi utilizată liber de oricine . Pentru fiecare solvent a fost elaborat un indice compus din 12 parametri de mediu, inclusiv considerente de sănătate ocupațională (Toxicitate acută, biodegradare, potențial de încălzire globală etc.). Considerațiile de siguranță, cum ar fi punctul de aprindere și formarea peroxidului, nu sunt utilizate ca parametri de selecție a solventului. Această decizie ar putea fi percepută ca o supraveghere, cel puțin este o abatere de la abordarea EHS a ETH Zurich. O însumare a parametrilor (scalate în mod corespunzător cu o ponderare definită de utilizator) produce un scor între 0 (cel mai verde) și 10 (cel mai puțin verde). Prin luarea în considerare a cantității de solvent utilizat, procesele pot fi comparate pentru a evalua cel mai mic impact al solventului. Această abordare de la Universitatea Rowan a fost utilizată pentru a evalua rutele către citratul de sildenafil (ingredientul activ din Viagra), arătând modul în care indicele de verde total al procesului a scăzut cu un factor de 400 de la procesul original de chimie medicamentoasă la cea mai recentă cale comercială.

Din această metodologie a fost creat și un tabel de selecție a solvenților care conține peste 60 de solvenți . Singura considerație privind toxicitatea cronică este carcinogenitatea și, prin urmare, solvenții toxici pentru reproducere, cum ar fi NMP, au o Verde percepută mai mare (adică 3,0 din 10,0) decât ceea ce s-ar putea aștepta (de exemplu, scorurile 1-butanol 4,6). Așa cum este ilustrat de exemplul specific de solvenți de hidrocarburi, abordarea Universității Rowan oferă o mai bună diferențiere între solvenți în comparație cu instrumentul ETH Zurich (Fig. 5). În Fig. 5, scalele ETH Zurich (stânga, 0-9) și Universitatea Rowan (dreapta, 0-10) evaluările greenness solvent au fost reprezentate în așa fel încât scorurile pentru etanol sunt egale în mărime, mai degrabă decât echivala cele două variabile dependente. Etanolul este inclus ca intrare de referință, deoarece ambele sisteme sunt de acord că este un solvent verde (etanolul nu este sugerat ca o alternativă la Niciun solvent de hidrocarburi). În timp ce abordarea dezvoltată de ETH Zurich nu este în măsură să facă nicio distincție semnificativă între verdele hidrocarburilor, evaluarea Universității Rowan oferă o variație mai mare în acest set. În consecință, ciclohexanul și n-heptanul sunt considerate a fi mai verzi decât n-pentanul și n-hexanul, iar verdele solvenților aromatici crește odată cu substituția grupării metil.

Fig. 5
figure5

verdele solvenților convenționali de hidrocarburi în raport cu etanolul

selecția solventului pentru chimia exploratorie

conceptul de a crea clasamente de solvent greenness a luat o direcție diferită în cadrul industriilor chimice. Sectorul farmaceutic, în special, a dorit să-și stabilească propriile ierarhii instituționale de verde a solventului, deoarece a realizat că solventul este componenta majoră a unei reacții tipice în fabricarea unui ingredient farmaceutic activ . În consecință, solvenții de proces sunt responsabili pentru majoritatea consumului de energie, a deșeurilor și a emisiilor de gaze cu efect de seră . Acest lucru face ca reducerea la minimum a utilizării solvenților și a substituțiilor mai ecologice să fie o prioritate și este adesea un obiectiv ușor în inițiativele privind chimia verde . Deși chimia fără solvenți a fost întotdeauna de interes pentru chimiștii verzi , nu este în general aplicabilă sintezei produselor farmaceutice și a altor substanțe chimice fine. Solventul poate avea o influență profundă asupra ratelor de reacție și a selectivității produsului , iar beneficiile mai generale ale utilizării solventului în reacții nu trebuie trecute cu vederea. Solvenții acționează ca un radiator și un regulator de temperatură, reduce vâscozitatea amestecului și îmbunătățește transferul de masă și fac posibile extracții și separări selective .

instrumentele de selecție a solventului nu necesită întotdeauna utilizatorului să efectueze calcule și să compare sistemele de clasificare numerică. Solvenții alternativi cu toxicitate scăzută, preocupări minime de siguranță și impact redus asupra mediului pot fi selectați din ajutoare vizuale simple . Chiar și aplicațiile pentru telefoane mobile sunt acum disponibile în acest scop . Ghidurile de selecție a solvenților concepute pentru laboratoarele de chimie la scară mică din industria farmaceutică tind să fie liste de solvenți aranjate în conformitate cu Politica de utilizare a companiei. Comparativ cu instrumentele ETH Zurich și Rowan University, există o corelație mai clară între solvenții restricționați de reglementări (tabelele 1, 2) și recomandările ghidurilor de selecție a solvenților din industria farmaceutică. Trei ghiduri proeminente dezvoltate pentru chimia medicinală au fost combinate în scopul comparării în această lucrare (Fig. 6, 7). Codificarea culorilor este un sistem de semaforizare universal utilizat, cu comentariul asupra fiecărui solvent specific condițiilor impuse de fiecare companie. Astfel, în cazul în care Pfizer ar putea considera că un solvent este ‘utilizabil’, GSK afirmă că are ‘unele probleme’, iar Sanofi ar sugera ‘recomandarea de substituție’ (de exemplu, cum este cazul toluenului). Figurile 6 și 7 sunt scurtate pentru a include numai solvenții cu cel puțin două intrări în ghidurile de selecție a solventului Pfizer, GSK și Sanofi pentru Chimie medicamentoasă. O versiune extinsă care conține toți solvenții prezentați în cele trei instrumente este prezentată ca un fișier suplimentar (fișier suplimentar 1).

Fig. 6
figure6

Versiunea unificată a ghidurilor generale de selecție a solvenților pentru chimiștii medicinali (partea 1)

fig. 7
figure7

Versiunea unificată a ghidurilor generale de selecție a solvenților pentru chimiștii medicinali (partea 2)

Pfizer a fost prima companie care și-a publicat codurile color, ghid ierarhic de selecție a solventului pentru chimiștii medicinali . Instrumentul este un document simplu care enumeră solvenții ca ‘preferați’, ‘utilizabili’ sau ‘indezirabili’ (vezi Fig. 6, 7; fișier suplimentar 1). Pfizer a acordat prioritate ușurinței de utilizare în realizarea acestui ghid de selecție a solventului, chiar dacă numai pentru a încuraja chimiștii să-l folosească. Drept urmare, s-ar putea considera că acest instrument este limitat și neadecvat, dar prin promovarea unor mici schimbări pe care puțini le-ar găsi perturbatoare pentru munca lor, se poate simți un beneficiu mare la nivelul întregii companii. Ca acompaniament la Ghidul de selecție a solventului Pfizer, este furnizat un ghid util de substituție pentru acei solvenți considerați indezirabili (Tabelul 3). În acest instrument de însoțire, acestea sugerează DCM ca înlocuitor pentru alți solvenți clorurați în cazurile în care un solvent neclorurat nu este aplicabil. Deși aceasta nu este în niciun caz o concluzie ideală, prin introducerea acestui instrument în laboratoarele lor de chimie medicală, Pfizer a raportat de fapt o reducere de 50% a utilizării solventului clorurat pe parcursul a 2 ani și a obținut o reducere de 97% a eterilor nedoriți (în special diizopropil eter). De asemenea, au observat o utilizare crescută a n-heptanului în locul n-hexanului neurotoxic și a n-pentanului mai volatil și inflamabil. Prin urmare, se poate concluziona că, prin simpla conștientizare a problemelor legate de solvenți, managementul poate ghida chimiștii de bancă către utilizarea mai ecologică a solventului cu cele mai simple ajutoare de selecție a solventului.

Tabelul 3 tabelul de înlocuire a solventului Pfizer

GlaxoSmithKline (GSK) producea deja ghiduri de selecție a solventului pentru chimiștii de proces până la publicarea instrumentului Pfizer medicinal chemistry . GSK a urmat apoi exemplul cu un ghid simplificat de selecție a solventului pentru laboratoarele de chimie medicală, derivat dintr-o evaluare actualizată și extinsă a solventului . Metodologia are mai multe fațete decât instrumentul Pfizer, cu o defalcare detaliată a scorurilor pentru diferite categorii EHS disponibile gratuit ca informații suplimentare la articolul principal . Singura diferență notabilă între evaluările Pfizer și GSK ale greenness-ului solventului este pentru metil etil cetonă (MEK), care este preferată Pfizer, dar este considerată a avea probleme majore pentru GSK (Fig. 7). Pentru a clarifica, MEK are consecințe grave asupra mediului, dar este sigur de manevrat cu toxicitate scăzută . Contrastul dintre proprietățile sale EHS este probabil motivul interpretărilor diferite ale celor două ghiduri de selecție a solventului, instrumentul Pfizer ponderat mai mult spre sănătate și siguranță. Datele din spatele ghidului de selecție a solventului GSK Medicinal chemistry sunt, de asemenea, utilizate de oamenii de știință în dezvoltarea proceselor și, în consecință, includ mai mulți parametri de mediu.mai recent, Sanofi a oferit și un ghid echivalent de selecție a solventului . Instrumentul a evoluat dintr-o versiune timpurie a ghidului intern de selecție a solventului al companiei, care a împărțit solvenții într-o listă recomandată și o listă de substituție. Chimiștii care dezvoltă căi sintetice au trebuit să justifice utilizarea solvenților pe lista de substituție dovedind că nicio alternativă nu funcționează la fel de eficient. Cu toate acestea, lista de substituție a fost foarte lungă și greoaie, după cum au raportat autorii . Prin urmare, a fost dezvoltat un nou instrument, oferind un card de referință pentru fiecare solvent care conține date de proprietate utile. Un tabel de selecție a solventului pentru fiecare clasă de solvent cu o recomandare generală pentru fiecare solvent este completat de constrângerile preconizate și avertismentele de pericol asociate. Ghidul de selecție a solventului Sanofi conține mult mai mulți solvenți decât caracteristica instrumentelor de chimie medicală Pfizer și GSK. Concluzia generală pentru fiecare solvent a fost dată anterior în Fig. 6 și 7 (pentru o versiune extinsă consultați fișierul suplimentar 1). Următorul set de date redus de solvenți aprotici doar dipolari demonstrează detaliile ghidului de selecție a solventului Sanofi (Fig. 8). Se utilizează codificarea familiară a culorilor semaforului, cu indicatori suplimentari. Se utilizează limitele reziduale de solvent pentru produsele farmaceutice în conformitate cu Conferința Internațională privind armonizarea (ICH).

Fig. 8
figure8

Ghid de selecție a solventului Sanofi pentru solvenții aprotici dipolari selectați

utilizarea categoriilor legislative face ca ghidul de selecție a solventului Sanofi relevant, direcționat de necesitate mai presus de orice percepție personală a ceea ce este de fapt un solvent verde. Clasamentul general și lista altor preocupări fac ca instrumentul să fie util pentru utilizatorii din laboratoarele de chimie exploratorie care ar putea să nu se confrunte direct cu constrângerile de reglementare ale utilizării solventului. Substituția este necesară pentru solvenții amidici din Fig. 8, cu acetonitril singurul solvent recomandat care ar putea fi utilizat în schimb. Lipsa opțiunilor pentru aprotica dipolară verde este evidentă, chiar și acetonitrilul nu este considerat un solvent verde în alte ghiduri de selecție a solventului . Pentru reacții la temperaturi mai ridicate, dimetil sulfoxidul (DMSO) și sulfolanul pot fi opțiuni acceptabile, deși se recomandă substituția.

datele colectate din ghidurile de selecție a solventului Pfizer, GSK și Sanofi produc o serie de concluzii. Cei mai verzi solvenți (i. e., cei cu trei intrări umbrite verzi sau două intrări verzi și o intrare goală în smochine. 6 și 7) sunt apă, acetat de n-propil, acetat de I-propil, 1-butanol și 2-butanol. Acest set este sever limitat, doar alcoolii și esterii prezentând alături de apă ca fiind recunoscuți peste tot ca solvenți verzi. Această concluzie este în acord cu instrumentele ETH Zurich și Rowan University. De asemenea, se pot trage concluzii cu privire la solvenții cel mai puțin dezirabili. Următorii solvenți sunt considerați fără echivoc ca fiind nedoriți dacă nu sunt deja interziși (adică., cel puțin două intrări umbrite roșii sau negre în smochine. 6 și 7, fără intrări galbene sau verzi): cloroform, 1,2-DCE, tetraclorură de carbon, NMP, DMF, DMAc, benzen, hexan, 1,4-dioxan, 1,2-DME, dietil eter și 2-metoxietanol. Acest set exclude mulți dintre solvenții dipolari aprotici, clorurați, hidrocarburi și eteri. Chimiștii ar trebui să fie atenți atunci când utilizează aceste tipuri de solvent și să ia în considerare implicațiile EHS ale alegerii lor. 2-Metiltetrahidrofuran (2-MeTHF) și terț-butil metil eter (TBME) sunt preferabile THF și dietil eter în acest sens. În cazul în care nu există opțiuni verzi în cadrul unei clase de solvenți, este clar că numai în circumstanțe neobișnuite unul dintre solvenții verzi menționați mai sus ar putea înlocui solvenții enumerați roșu sau negru fără o reinginerie substanțială a procesului. Ca o complicație adăugată, cele trei ghiduri de selecție a solventului prezentate în Fig. 6 și 7 nu sunt întotdeauna de acord. De exemplu, acetonitrilul atinge un rezultat diferit în fiecare dintre ghidurile de selecție a solventului.

solvenți de notare pentru Chimie mai ecologică

abordarea simplă pe trei niveluri și cu coduri de culori pentru clasificarea solvenților în scopuri chimice medicinale are avantajul unei interpretări ușoare, dar în detrimentul limitării profunzimii informațiilor furnizate. La proiectarea reacțiilor la scară mai mare, sunt necesare mai multe informații despre fiecare solvent, deoarece procesul este orientat către fabricarea la scară comercială, unde sunt amplificate orice preocupări legate de problemele EHS. GlaxoSmithKline (GSK) a fost prima companie farmaceutică care a publicat un ghid de selecție a solvenților destinat utilizării în dezvoltarea proceselor . În prezentarea sa originală, fiecare dintre cei 35 de solvenți prezentați are un clasament relativ de la 1 (negreen) la 10 (verde) în patru categorii de deșeuri, impact asupra mediului, sănătate și siguranță . Un număr de parametri sunt luați în considerare în fiecare categorie. De exemplu, categoria deșeurilor include incinerarea, recuperarea solvenților și tratamentele biologice ale deșeurilor. Proprietățile solventului care afectează incinerarea sunt căldura de ardere, posibilitatea formării de HCl sau dioxină sau emisiile de NOX și SOX și solubilitatea sa în apă (Fig. 9). O listă completă a categoriilor este prezentată în fișierul suplimentar însoțitor (fișierul suplimentar 1). Abordarea a fost ulterior extinsă pentru a conține o a cincea categorie privind evaluarea ciclului de viață .

Fig. 9
figure9

unele dintre proprietățile care decid scorul deșeurilor de solvenți în ghidurile de selecție a solventului GSK

la publicarea ghidului lor de selecție a solventului pentru chimia medicamentoasă GSK a adăugat un nou scor de reactivitate/stabilitate și steaguri legislative pentru a indica unde există controale pentru utilizarea solventului . O versiune mult prescurtată a celei mai recente categorii GSK a fost furnizată ca Fig. 10, enumerând doar solvenții aprotici dipolari ca exemplu de clasă de solvent dificil de înlocuit. Categoriile sunt deșeurile, impactul asupra mediului, sănătatea, inflamabilitatea, reactivitatea și evaluarea ciclului de viață (LCA). Controalele Legislative sunt, de asemenea, indicate sub formă de ‘steaguri’ în Fig. 10. Sistemul de notare evidențiază caracterul sigur de utilizat, dar toxic al solvenților aprotici dipolari. Din cauza contrastului dintre scorurile separate, acest tip de reprezentare a datelor este mai util decât un singur indicator EHS. Abordările ETH Zurich și Rowan University pot oferi un scor mediu înșelător în acest caz. Detaliile mai detaliate din scorurile separate rezolvă, de asemenea, ambiguitatea evaluărilor de trei niveluri codificate în culori furnizate în Fig. 6 și 7.

Fig. 10
figure10

extras din Ghidul de selecție a solventului GSK (solvenți aprotici dipolari)

deciziile luate în instrumentele GSK nu sunt verdicte imobile, dar dinamice și modificate în fața noilor informații și a schimbării politicii companiei. Într-adevăr, scorurile atribuite fiecărui solvent s-au schimbat în timp . Abordarea utilizată de GSK utilizează media geometrică a proprietăților care alcătuiesc fiecare categorie pentru a stabili scara numerică pentru fiecare scor EHS. O limită inferioară și o limită superioară sunt definite astfel încât scara 1-10 să nu fie întinsă prea mult de valori aberante, care ar aglomera majoritatea solvenților în mijlocul scării (Fig. 11) . Aceasta înseamnă că scorurile EHS depind de solvenții incluși în evaluare, care riscă o prejudecată creată în mod intenționat și se vor schimba pe măsură ce se adaugă noi solvenți. Beneficiul acestui calcul este că punctajul final nu este altfel subiectiv, iar o răspândire utilă a scorurilor este obținută de la 1 la 10.

Fig. 11
figure11

normalizarea scorurilor ghidului de selecție a solventului GSK

conceptul de furnizare a scorurilor numerice unui profil EHS al solvenților s-a dovedit a fi populare și, ulterior, repetate de alte instituții. American Chemical Society (ACS) Green Chemistry Institute (GCI) Pharmaceutical Roundtable a fost inițiată în 2005, unind 14 organizații partenere cu scopul de a stabili obiective și standarde comune în ceea ce privește practicile de chimie verde. Împreună au dezvoltat un ghid de selecție a solventului, folosind notarea numerică familiară și codarea culorilor din Ghidul de selecție a solventului GSK și echivalentul AstraZeneca Nepublicat . De asemenea, a fost transformat într-o aplicație pentru telefonul mobil . Există o categorie de sănătate și o categorie de siguranță în ghidul de selecție a solventului ACS GCI, însoțită de trei criterii de mediu. Evaluarea solvenților aprotici dipolari este prezentată în Fig. 12, oferind o comparație cu tabelele anterioare de selecție a solventului (Fig. 8, 10). Notă punctajul este inversat în comparație cu instrumentul GSK. Cu toate acestea, distribuția codării culorilor este aceeași, cu cele mai slabe trei scoruri posibile (8, 9 și 10) umbrite în roșu, iar scorurile ideale (1, 2 și 3) în verde. Opțiunile rămase sunt colorate în galben. Inspecția ghidului complet ACS GCI relevă, în general , că există foarte puține scoruri roșii (adică negreen), fapt care se repetă în Fig. 12 de asemenea. Solvenții care conțin sulf sunt penalizați pentru emisiile de SOX generate la incinerare. Mai mulți solvenți eterici au scoruri slabe de siguranță sau sănătate, dar în cea mai mare parte acest instrument poate fi considerat mai iertător decât ghidul de selecție a solventului GSK, de exemplu. De exemplu, scorul de sănătate nu pare să includă toxicitate cronică, care este un motiv de îngrijorare pentru NMP, DMF și DMAc (Tabelul 2). Lipsa de informații din spatele atribuțiilor date în ghidul de selecție a solvenților ACS GCI ridică întrebări, dar aceasta este o preocupare comună și este atenuată pe deplin de instrumentele interactive dezvoltate de ETH Zurich și Universitatea Rowan, care, de asemenea, denaturează solvenții amidici comuni DMF, DMAc și NMP ca solvenți verzi.

Fig. 12
figure12

extras din Ghidul de selecție a solventului ACS GCI (solvenți aprotici dipolari)

s-ar putea argumenta că numeroasele categorii de solvenți dintre instrumentele GSK și ACS GCI, fiecare cu o scară numerică derivată din diverși parametri, face prea dificilă echilibrarea acestor aspecte diferite și atingerea unei concluzii ferme. Pragurile care definesc diferitele scoruri cu coduri de culori sunt stabilite în funcție de preferința proiectanților ghidului și pot să nu fie coerente între instrumente sau relevante pentru Reglementări. Un răspuns la acest lucru este prezentat într-o încercare mai recentă a unui ghid de selecție a solventului, cu un accent mai mare pe controalele de reglementare. Acest instrument a fost construit de oameni de știință de la Sanofi, GSK, Pfizer, Universitatea din York și Charnwood consultants ca parte a unui proiect de cercetare colaborativ cunoscut sub numele de CHEM21, un parteneriat public–privat în cadrul inițiativei privind medicamentele inovatoare (IMI) . Abordarea utilizată pentru a atribui greenness solvent este puternic derivat din Sistemul Global armonizat (GHS) de clasificare, etichetare și ambalare (CLP) a substanțelor . Metodologia este disponibilă în mod deschis ca informații suplimentare pentru articol și poate fi utilizată după dorință pentru a extinde și adapta evaluarea la noi solvenți. Astfel, această evoluție recentă arată o evoluție clară din instrumentul ETH Zurich, din nou bazat pe codurile de pericol și proprietățile fizice ale solvenților, dar actualizat pentru a se potrivi cu cele mai recente reglementări chimice. O diferență cheie este că clasamentul final al fiecărui solvent din Ghidul CHEM21 este derivat din caracteristica sa cea mai puțin verde, nu o medie sau o însumare a proprietăților fără legătură. Scara are o limită superioară de zece ca cel mai slab scor, dar într-o schimbare la instrumentele anterioare, un scor de șapte este acum umbrit în roșu. În plus, o frază este asociată fiecărui solvent, așa cum este cazul ghidurilor simplificate de selecție a solventului pentru Chimie medicamentoasă Pfizer, Sanofi și GSK. Aceasta înseamnă că nu este întotdeauna necesară o examinare detaliată a instrumentului pentru a-l utiliza. Cu toate acestea, utilitatea și acuratețea acestei Declarații de sinteză sunt discutabile, având în vedere că consorțiul de proiect responsabil a anulat ocazional metodologia bazată pe date. Acest lucru poate fi văzut pentru acetonitril și DMSO în următorul fragment de solvenți aprotici doar dipolari (Fig. 13). Acest lucru evidențiază faptul că selecția solventului nu poate fi niciodată o știință exactă, iar o preferință organizațională pentru anumiți solvenți va influența fiecare desemnare, la fel cum experiența anterioară a unui chimist cu solvenți a determinat istoric propria selecție a solventului pe o bază personală. Cu toate acestea, prin derivarea unui ghid de selecție a solventului din experiență și reglementare, acest instrument este capabil să alinieze utilizarea solventului cu controalele și restricțiile anticipate privind substanțele chimice periculoase în viitor, facilitând tranziția către o utilizare mai ecologică a solventului. De asemenea, rețineți că scorurile de sănătate pentru solvenții amidici sunt mai reprezentative pentru toxicitatea lor decât cele găsite în ghidul de selecție a solventului ACS GCI.

Fig. 13
figure13

extras din Ghidul de selecție a solventului CHEM21 (convențional) (numai solvenți aprotici dipolari)

membrii consorțiul chem21 a revizuit separat concluziile a trei ghiduri de selecție a solventului (GSK, AstraZeneca, ACS GCI), în încercarea de a produce un consens care a ghidat ulterior dezvoltarea propriului ghid, așa cum a fost revizuit mai sus . Fiecare instrument a fost adaptat într-o evaluare pe trei niveluri a impactului asupra siguranței, sănătății și mediului. În această lucrare, rezultatul studiului CHEM21 al ghidurilor de selecție a solventului este completat cu Sanofi și cu ghiduri mai noi de selecție a solventului CHEM21. Totalul de cinci instrumente pot fi aranjate în ceea ce privește formatul EHS triple category, încheiat cu o evaluare generală. În Fig. 14, umbrirea culorilor se bazează pe cea a publicațiilor originale, cu numere eliminate deoarece cântarele sunt independente una de cealaltă. Rezultatele categoriilor de siguranță (S), Sănătate (H) și mediu (E) și concluzia generală au fost atribuite în conformitate cu metodologia sondajului CHEM21 în cazul ghidurilor GSK, AstraZeneca și ACS GCI . Verde (G), galben (Y) și roșu (r) intrări în Fig. 14 sunt etichetate ca atare. Aceasta înseamnă că apar conflicte între instrumentele originale și rezultatele anchetelor armonizate. De exemplu, acetonitrilul este acum concluzionat a fi problematic (categoria galbenă) în cadrul ghidului GSK și în general. Cu toate acestea, acetonitrilul a fost codificat în roșu în ghidul original de selecție a solventului GSK și a fost considerat a avea probleme majore. Informațiile din ghidurile originale de selecție a solvenților Sanofi și CHEM21 ar putea fi utilizate direct, deoarece ambele instrumente reprezintă o evaluare triplă EHS cu o concluzie generală pentru fiecare solvent oricum. În cazul ghidului de selecție a solventului Sanofi, a fost utilizat în principal scorul de sănătate la locul de muncă. Dacă nu este disponibilă, limita de concentrație ICH a fost utilizată în schimb pentru categoria de sănătate. Orice concluzii revizuite din instrumentul CHEM21 apar în dreapta concluziei implicite. Aici sunt comparați numai solvenții aprotici dipolari (Fig. 14), dar un tabel complet este furnizat ca fișier suplimentar (fișier suplimentar 1).

Fig. 14
figure14

clasamente simplificate de mediu (e) sănătate (H) și siguranță (e) pentru solvenții aprotici dipolari

interpretare Fig. 14, din nou, este evident că NMP, DMF și DMAc nu sunt alegeri solvent de dorit. Instrumentele dezvoltate de AstraZeneca și ACS GCI sunt mai puțin dure în evaluarea lor, dar nu este clar de ce, având în vedere toxicitatea reproductivă a solvenților amidici. Metoda prin care scorurile AstraZeneca sunt convertite pentru studiul ghidurilor de selecție a solventului evaluează NMP ca fiind mai verde decât acetatul de etil . Acest lucru evidențiază în mod clar o inconsecvență între abordarea AstraZeneca privind selecția solventului și preocupările cunoscute privind toxicitatea cronică, mai ales că NMP este o substanță care prezintă motive de îngrijorare deosebită pentru restricțiile privind utilizarea sa în Europa . În ciuda problemelor sale de stabilitate la temperaturi ridicate, DMSO pare a fi o alternativă mai ecologică. De asemenea, sulfolanul a fost recunoscut anterior ca o alegere îmbunătățită a solventului față de solvenții aprotici dipolari toxici pentru reproducere . Sulfolanul primește trei scoruri codificate în culori verzi de la Sanofi în evaluarea sa EHS, dar obține doar un clasament general galben care înseamnă ‘substituție recomandabilă’. Acest lucru se datorează faptului că are o limită de concentrație moderată până la scăzută a ICH în produsele farmaceutice (160 ppm) și este penalizată în continuare pentru punctul său de topire ridicat și punctul de fierbere ridicat . Sulfolanul global este recomandat ca solvent în studiul ghidurilor de selecție a solventului. Din păcate, sulfolanul este acum suspectat a fi și o toxină pentru reproducere, fapt reflectat în concluziile ghidului de selecție a solventului CHEM21 (Fig. 13) . Numai cele mai recente fișe tehnice de siguranță conțin aceste informații și nu sunt cunoscute pe scară largă la momentul scrierii . În ciuda faptului că a fost recomandat ca solvent alternativ cu zeci de ani înainte ca ghidurile de selecție a solventului din industria farmaceutică să existe, derivatul de uree dimetil propilen uree (DMPU) nu a devenit un solvent verde proeminent, dar poate merita luat în considerare și pentru anumite tipuri de chimie .

constatările consorțiului CHEM21 în studiul lor privind ghidurile de selecție a solvenților au fost utilizate pentru a produce un rezumat (Tabelul 4) . Nu s-a găsit întotdeauna un consens în clasificarea solvenților , prin urmare introducerea unor categorii intermediare de ‘recomandate sau problematice’ și ‘problematice sau periculoase’. Poziționarea neconcludentă a unor solvenți în această ierarhie se datorează diferitelor interpretări ale ceea ce înseamnă a fi verde. În general, sondajul a fost destul de reușit în determinarea unui set de solvenți ideali. Diversitatea celor mai verzi solvenți este în mod clar limitată, subliniind că noii solvenți trebuie proiectați pentru a înlocui în special amidele, solvenții clorurați și hidrocarburile. Singura alternativă verde probabilă la solvenții amidici este sulfolanul, dar, așa cum s-a discutat anterior, evaluările mai recente sunt mai puțin aprobatoare (Fig. 13) .

Tabelul 4 o clasificare generală a solvenților care utilizează ghiduri de selecție a solvenților de la GSK, AstraZeneca și ACS GCI

lipsa de lățime a catalogului existent de solvenți verzi este reiterată într-o altă încercare recentă de a rezuma diferite ghiduri de selecție a solvenților . Aici, doar câțiva acizi, alcooli, esteri și eteri (și sulfolan) sunt notați ca verzi. Metodologia din spatele evaluării Eastman și colab. se bazează pe ghidurile de selecție a solvenților GSK, Pfizer și Sanofi, dar nu au fost furnizate informații suplimentare și, prin urmare, nu sunt examinate în profunzime ca parte a acestei lucrări .

surse de solvenți

o problemă cheie absentă în mod vizibil din aproape toate ghidurile de selecție a solventului este originea fiecărui solvent. Instrumentul ETH Zurich pentru calcularea CED a producției de solvenți abordează direct acest lucru, dar este limitat la solvenții petrochimici convenționali . Pentru recenzii pe tema solvenților pe bază de bio, consultați următoarele referințe . Materiile prime regenerabile vor trebui să fie îmbrățișate pentru a asigura durabilitatea industriei chimice . Ghidurile de selecție a solvenților au devenit o componentă vitală în efortul de a spori verdele industriilor chimice fine, dar s-au făcut puține încercări de a evidenția regenerabilitatea solvenților sau pur și simplu de a încorpora solvenți de origine bio în aceste instrumente . În plus față de etanol (care este acum fabricat în principal din biomasă datorită utilizărilor sale energetice) și DMSO (realizat prin oxidarea subprodusului de sulfură de dimetil al operațiunilor de pulpare a lemnului), 2-MeTHF este în prezent singurul exemplu predominant de neoteric (adică structural nou sau neconvențional) bio-solvent bazat pentru a fi prezentat în ghidurile de selecție a solventului . Deși marea majoritate a solvenților sunt produși din resurse fosile, orice progres în selecția solventului verde este scurt, cu excepția cazului în care solvenții regenerabili sunt considerați pe picior de egalitate. Funcționalitatea neconvențională a solvenților neoterici poate oferi aceleași proprietăți ca și solvenții convenționali, dar evită dezavantajele fragmentelor chimice familiare, cum ar fi amidele reprotoxice . Vă rugăm să rețineți că definiția generală a unui solvent neoteric se extinde și la lichidele ionice , sistemele apoase de solvenți , fluidele supercritice și sistemele de solvenți acordabili , fără a se referi la originea solventului. Cu toate acestea, aceste tipuri de solvent nu se găsesc încă în ghidurile de selecție a solventului.ghidurile de selecție a solvenților pot fi modificate pentru a identifica ce solvenți pot fi obținuți din biomasă și cât de realistă este o schimbare a materiei prime în biomasă, luând în considerare orice provocări tehnologice sau bariere economice. Pentru a demonstra acest lucru, ghidul de selecție a solventului colectat conceput de Prat și colab., rezumând studiul ghidurilor de selecție a solvenților, așa cum se arată în tabelul 4 , a fost împărțit în categorii de origini diferite ale solvenților în scopul acestei lucrări (Tabelul 5). Coloana de solvenți pe bază de bio constă din solvenți produși din biomasă pe scară largă, dacă nu exclusiv. Apa a fost inclusă ca solvent pe bază de bio pentru comoditate. Acești solvenți care au fost indicați ca ‘pot fi proveniți din surse regenerabile’ în tabelul 5 sunt disponibili pe piață, dar biomasa nu este materia primă primară. Solvenții cu potențial de a fi produși din biomasă sunt desemnați ca atare dacă sunt derivați din: bio-metanol( sau syngas), bio-etanol (sau bio-etilenă), acid bio-acetic, bio-1-butanol, bio-izobutanol (sau bio-izobutenă) și bio-acetonă (aplicabilă și ca potențial precursor al izopropanolului). Toate acestea sunt foarte fezabile, scăderea înlocuitorilor pe bază de bio care se încadrează în lanțurile de producție existente de solvenți. Alte substanțe chimice bio disponibile, cum ar fi glicerolul, nu au fost enumerate, deoarece acestea nu au nicio influență asupra solvenților prezentați în tabelul 5. Solvenții clorurați nedoriți sunt grupați cu solvenții care nu pot fi obținuți din intermediarii bio-bazați sugerați. Aceștia nu sunt neapărat solvenți bio-bazați nerealiști din punct de vedere tehnologic (de exemplu, clorurarea metanului bio-bazat), dar nu există niciun stimulent pentru furnizori să producă și să distribuie solvenți cancerigeni reglementați din materii prime regenerabile.

Tabelul 5 o versiune modificată a concluziei studiului ghidurilor de selecție a solvenților

combinat cu datele de utilizare a solventului GSK din 2005, Tabelul 5 indică o integrare slabă a solvenților pe bază de bio în industria farmaceutică la acel moment. Deși este plăcut să vezi o preferință de a folosi heptan în loc de n-hexan și acetonitril în loc de alte aprotice dipolare, niciuna nu este bazată pe bio. În mod similar, toluenul și DCM sunt utilizate în mod obișnuit în locul altor solvenți aromatici și clorurați, chiar mai periculoși, dar, din nou, aceștia sunt solvenți neregenerabili supuși controlului de reglementare, așa cum s-a discutat anterior. O mare parte din acest lucru are legătură cu lipsa datelor fizico-chimice și EHS pentru noii solvenți și, ca atare, o înțelegere limitată a verdeții lor.mai promițător, lucrările recente care documentează procedurile de dezvoltare a proceselor arată o utilizare crescută a 2-MeTHF în sinteza chimică la scară largă . Tabelul 5 indică faptul că sunt disponibili solvenți mai verzi, iar solvenții pe bază de bio sunt bine reprezentați în categoriile ‘recomandat’ și ‘inbetween recomandat și problematic’. Solvenții ușor disponibili pe bază de bio tind să fie solvenți protici, dar și esteri, cetone și eteri. Acest lucru lasă nevoie de solvenți de hidrocarburi verzi și regenerabili și solvent aprotic dipolar în special. Nu sunt indicate în tabelul 5 căile neconvenționale către solvenți pe bază de bio. Evoluțiile în conversia biomasei în substanțe chimice de bază aromatice și căile specializate către metil etil cetonă și acetonitril înseamnă că un număr din ce în ce mai divers de solvenți au perspective de materie primă regenerabilă.două ghiduri de selecție a solvenților publicate recent au încorporat acum solvenți neconvenționali pe bază de bio, publicate online în revista Green Chemistry în termen de 2 săptămâni unul de celălalt . Aceste instrumente nu au fost concepute pentru a descrie durabilitatea solvenților, dar prin includerea solvenților pe bază de bio pe picior de egalitate cu solvenții convenționali se demonstrează o evoluție binevenită. În primul rând, consorțiul proiectului CHEM21 a elaborat un al doilea ghid de selecție a solventului, bazat pe aceeași metodologie condusă de GHS ca înainte (Fig. 13), Dar acum aplicat solvenților neoterici (Fig. 15) . Din nou, un scor de șapte este umbrit în roșu. Deși se aplică în mod egal tuturor solvenților, acest model concluzionează frecvent că solvenții neoterici sunt problematici, deoarece sunt disponibile date toxicologice sau ecologice insuficiente (aceasta este concluzia implicită dacă datele lipsesc și este evidentă din concluziile din Fig. 15). Autorii acestui ghid de selecție a solvenților încurajează furnizorii de solvenți să colecteze și să publice date despre produsele lor, altfel profilul necunoscut de mediu (e), sănătate (H) și siguranță (s) al noilor solvenți va rămâne un obstacol. În mod liniștitor, există doar un număr mic de scoruri umbrite roșii în criteriile de sănătate și siguranță ale solvenților neconvenționali. Mai exact, acestea corespund siguranței eterilor cu punct de aprindere scăzut ciclopentil metil eter (CPME) și etil terț-butil eter (ETBE) și scorul de sănătate al alcoolului tetrahidrofurfurilic reprotoxic (THFA).

Fig. 15
figure15

versiune simplificată a ghidului de selecție a solventului neconvențional CHEM21

solvenți cu puncte de fierbere ridicate (>200 C) primesc un scor de mediu roșu umbrit de cel puțin șapte. Acest lucru se întâmplă din motive tehnologice (îndepărtarea solventului, uscarea produsului), deși presupunând că este necesară distilarea solventului, ceea ce poate să nu fie întotdeauna cazul. Deși o preocupare perfect valabil aceasta înseamnă că glicerol și alți solvenți benigne par a fi dăunătoare mediului. În plus față de un număr de alcooli verzi și esteri (inclusiv lactatul de etil bifuncțional), tert-amil metil eter (TAME) a fost identificat ca un înlocuitor cedat pentru solvenții eterici mai puțin dezirabili. În mod similar, carbonatul de dimetil are scoruri bune, dar în ciuda clasificării din Fig. 15 carbonații aciclici nu sunt suficient de polari pentru a fi considerați un substitut direct pentru solvenții aprotici dipolari clasici. În ciuda faptului că este considerat problematic, p-cimenul nu are scoruri roșii umbrite și, ca hidrocarbură regenerabilă, este bine plasat pentru a înlocui toluenul și alți solvenți aromatici . Carbonații ciclici și Cirena suferă în evaluarea de mediu din cauza punctelor lor ridicate de fierbere, dar oferă avantaje clare pentru sănătate față de solvenții aprotici dipolari clasici (Fig. 13). Niciunul dintre solventul aprotic dipolar neconvențional sugerat nu are atomi de azot sau sulf care ar duce la poluarea aerului cu NOx și SOx atunci când este incinerat. În plus, carbonatul ciclic și Cirena nu au probleme de toxicitate cronică cunoscute.

al doilea ghid de selecție a solventului pentru extinderea acoperirii sale la solvenții neoterici se bazează pe o grupare de similitudine computațională a solvenților . Dezvăluind motivația lor, autorii afirmă că „ghidurile de selecție a solventului existente oferă doar informații cvasi-cantitative despre verdele solventului” . În această nouă abordare a proiectării unui ghid de selecție a solventului, 151 de solvenți au fost evaluați și grupați în funcție de proprietățile lor fizico-chimice. Acestea includ punctul de topire, punctul de fierbere, tensiunea superficială etc. Pentru ca verdele solvenților să poată fi clasat pe o bază echitabilă, o analiză cluster a grupat solvenți similari împreună. Clusterul 1 este format din solvenți nepolari și volatili. Hidrocarburi ușoare alifatice și olefinice, aromatice și solvenți clorurați sunt prezenți în acest grup. Solvenții mai puțin volatili, dar încă nepolari, formează clusterul 2 (inclusiv hidrocarburi hidrofobe superioare, de exemplu terpene și alcooli și esteri cu lanț lung). Clusterul 3 este alcătuit din solvenți polari, de obicei solubili în apă. Solvenții din fiecare grup au fost apoi evaluați conform A 15 criterii (Tabelul 6). Dacă setul de date este incomplet, solventul este evaluat în conformitate cu cerințe mai mici (numite niveluri de încredere). Cu cât sunt mai puține date disponibile pentru a obține evaluarea greenness, cu atât utilizatorul poate fi mai puțin încrezător în clasamentul final. Datele toxicologice lipsesc în special pentru solvenții bio neconvenționali și noi. Clasamentul este realizat pe o bază comparativă în cadrul unui cluster, iar scorurile nu pot fi comparate între clustere.

Tabelul 6 criterii pentru un ghid de selecție a solventului chemometric

în general, grupul 1 conține cei mai toxici solvenți. Având în vedere că cel mai bine clasat solvent din acest set este dietil eter, este clar că sunt necesare alternative mai ecologice la solvenții nepolari și volatili actuali sau, mai bine, o dependență mai redusă de solvenții COV mai general (eterul dietilic este potențial peroxid formând cu un punct de aprindere foarte scăzut). Clusterul 2 conține mulți solvenți care nu sunt prezentați în alte ghiduri de selecție a solvenților, inclusiv esteri metilici ai acizilor grași (Fame) și terpene, care sunt destul de bine în evaluare. Cu toate acestea, hidrocarburile petrochimice liniare (dodecan, undecan, heptan) sunt clasificate ca fiind cei mai verzi solvenți din clusterul 2 la un nivel ridicat de încredere. Solvenții clusterului 3 sunt mai puțin susceptibili de a fi toxici pentru mediul acvatic și sunt mai frecvent bio-bazați decât celelalte două clustere. În afară de câțiva solvenți clorurați, clusterul 3 este în mare parte compus din solvenți extrem de polari (apă, glicerol, etanol, acetonitril etc.).

modul în care lipsa datelor influențează clasificarea solvenților poate fi demonstrată pentru solvenții selectați din clusterul 2 (Fig. 16) . Scorurile pentru clasament sunt stabilite între 1 și 0, dar numai poziția relativă a solvenților este prezentată în Fig. 16, primul fiind cel mai Verde dintre cei 35 de solvenți din grupul 2. Niciunul dintre solvenții din clusterul 2 nu are date privind potențialul de creare a ozonului fotochimic (POCP) și, prin urmare, nu a putut fi efectuată cea mai mare evaluare a gradului de încredere. n-Heptan, de exemplu, are toate datele necesare pentru a fi clasificate în funcție de nivelul ridicat de încredere. Clasat pe locul trei este considerat a fi mai verde decât lauratul de metil (al 4-lea). Oleatul de metil, pe de altă parte, poate fi cel mai bine clasat în funcție de nivelul mediu de încredere. Dacă se compară oleatul de metil cu alți solvenți, trebuie utilizat același nivel de încredere și numai pentru clusterul 2. O scădere drastică a verdeții percepute apare pentru n-Heptan atunci când se deplasează spre nivelurile de încredere medii și scăzute, unde se aplică mai puține date în clasament (Fig. 16). În general, alcanii convenționali și hidrocarburile pe bază de bio fac loc Faimelor la niveluri de încredere medii și scăzute. Limonenul și p-cimenul sunt mai rezistente la o scădere a clasamentului, în parte pentru că sunt regenerabile și acesta este unul dintre cele cinci criterii rămase la cel mai scăzut nivel de încredere. Interpretările contradictorii ale n-heptanului, uneori considerate în primele trei pentru verde, dar uneori în partea de jos 2, subliniază cu tărie că datele sunt primordiale. Sunt necesare mai multe date de calitate pentru solvenții mai puțin obișnuiți, dar și ce date sunt selectate și utilizate într-o evaluare a ecologizării este crucială. Natura chimiei verzi ca disciplină aplicată depinde într-o oarecare măsură de judecată. Aceasta înseamnă că nu se poate aștepta un consens și va lăsa întotdeauna loc pentru dezacord.

Fig. 16
figure16

clasamentul solventului selectat din clusterul 2 al ghidului de selecție a solventului chemometric

abordarea chemometrică a grupării și clasării solvenților a reiterat faptul că anumite tipuri de solvent au caracteristici inerent nedorite. Prin urmare, selecția solventului pe baza unei substituții directe similare este restrictivă. Bazându-se doar pe catalogul existent de solvenți în mare parte convenționali, nu este posibil să existe un înlocuitor de solvent verde disponibil pentru fiecare aplicație. Solvenții verzi tind să fie similari (de exemplu, alcooli și esteri) și, prin urmare, o abundență de opțiuni de solvent verde poate fi găsită în unele zone de utilizare a solventului, dar o nevoie disperată rămâne în altele. Ceea ce s-a arătat, de asemenea, este că concluziile unui ghid de selecție a solventului pot fi complet inversate în funcție de datele utilizate, ceea ce dăunează cu siguranță încrederii în utilizarea acestor instrumente.

Related Posts

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *