Экологический коэффициент

Сравнение разных способов производства только по количеству отходов - грубое упрощение. Важна и природа отходов. Для этого я ввел "коэффициент среды" EQ, который получается умножением Е-фактора на условный коэффициент вредности Q}. Например, если таким неядовитым солям, как NaCL и (NH₄)₂SO₄, приписать коэффициент вредности, равный 1, то солям тяжелых металлов можно дать уже от 100 до 1000 в зависимости от их токсичности.

Это хороший метод для оценки различных процессов. Его можно усовершенствовать, и оценивать альтернативные реакции по трем стоимостным факторам: сырье, расход энергии и производство отходов.

Многие красивые процессы с высокими значениями атомной утилизации уже внедрены. Например, производство ибупрофена и капролактама. Новое производство ибупрофена (популярного анальгетика) включает вместо множества стадий только две: каталити ческое гидрирование и каталитическое карбонилирование на палладиевых катализаторах. Разработан так же новый каталитический путь получения промежуточного продукта большинства капролактамовых процессов - оксима циклогексанона (реакция идет на возобновляемом титаноксидном катализаторе).

Опасные реагенты

Хотя невозможно полностью отказаться от использования многих опасных и токсичных веществ (фосген, диметилсульфат, формальдегид, азид натрия и др.), их промышленное применение должно быть сокращено до минимума и работать с ними должны только соответственно оснащенные специалисты. В некоторых случаях каталитическое карбонилирование и использование твердых кислот уже позволило забыть о таких реагентах, как фосген и фтористый водород.

Химия с участием хлора в любых видах тоже находится под пристальным вниманием общественности. Очевидно, что когда конечный продукт содержит хлор, то без него в производстве никак не обойтись. Однако во многих случаях хлор участвует только в промежуточных реакциях и от него можно отказаться. Вот, например, получение семейства сульфенамидов, которые используют как присадки к резине. Традиционно их производят в трехстадийном процессе с участием хлора. Процесс, предложенный компанией "Monsanto", протекает на активированном углеродном катализаторе в одну стадию в мягких условиях. Роль окислителя в нем играет молекулярный кислород, а единственный побочный продукт – вода.

В реакциях ароматического нуклеофильного заме щения водорода всегда приходилось использовать вредные для окружающей среды окислители. Ученые той же компании "Monsanto" нашли путь, как можно активировать ароматические соединения, чтобы про исходило прямое окислительное замещение водорода молекулярным кислородом.

Выбор раcтворителей и биокатализ

Многие излюбленные химиками растворители (напри мер, хлорированные углеводороды) давно занесены в черный список. Поэтому вопрос, какие растворители надо использовать в органическом синтезе, пора пере смотреть. Ведь химики частенько не только используют слишком большие количества растворителей, но и оши баются в их выборе. Понятно, что замена часто влечет за собой полную перекомпоновку процесса.

Поэтому сначала надо выбирать растворитель с экологической точки зрения, а потом оптимизировать процесс в этом растворителе. Многие синтезы можно проводить в воде, и разработка катализаторов, спо собных работать в такой среде, в некоторых случаях могла бы стать решением проблемы. И здесь ключе вую роль будут играть биокатализаторы.

Замечательный пример – синтез полусинтетических антибиотиков: 6-аминопенициллиновой(6-АПК) и 7 аминодезацетоксицефалоспорановой кислот(7-АДЦ). Каждый год в мире производят 6000 и 500 тонн этих ключевых промежуточных продуктов. 6-аминопенициллиновую кислоту до недавнего времени получали по

длинной схеме. Выходы были высокие, но требовались стехиометрические количества пятихлористого фосфора и N,N-диметиланилина в растворе хлористого метилена, да еще и сама реакция протекала при температуре минус 40^oC. "Gist-brocades" нашла замену – одностадийная реакция в водной среде с использованием ферментов. Аналогичную "зеленую" технологию можно использовать для синтеза 7-аминодезацетоксицефалоспорановой кислоты.

"Зеленый путь к индиго"

Большую часть из 13 тыс. тонн индиго сегодня получают щелочным плаdлением N-фенилглицина – так же, как его получали в XIX веке. Серьезный недостаток этого процесса с низкой атомной утилизацией – большое количество неорганических солей. Недавно новый каталитический процесс был разработан "Mitsui Toatsu Chemicals". Индол селективно окисляется до индиго в присутствии гомогенного молибденового катализатора. Так как сопродукт – спирт, его легко можно вернуть в реакцию. Интересно, что в будущем этот прогрессивный способ можно будет заменить еще более "зеленым". Ученые "Genencor" вывели штамм микроорганизмов, способных превращать триптофан в индиго. Так как триптофан можно получить при ферментации глюкозы, то прямое превращение глюкозы в индиго вполне возможно.

Заключение

Наконец-то после 150 лет органический синтез объединяется с промышленностью и катализом, чтобы сделать химическое производство более изящным и экологически безопасным. Во многих случаях каталитические технологии уже доступны, и можно надеятся, что в ближайшем будущем этот процесс замены технологий примет массовый характер и каталитические методы вытеснят классические химические процессы. В некоторых случаях можно использовать каталитические мембраны, чтобы отделить органическую часть от водной. Ведь именно так делает природа.

Перевод кандидата химических наук Г.В.Низовой