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绿色化学:制药的环境和经济意义?

Gareth Macdonald - 2021年4月12日

绿色化学的概念最初是作为一套原则出现的,旨在将化学生产对环境的影响降至最低,但作为最早的采用者之一,制药业还享有其他一些好处

“绿色化学”一词是在20世纪90年代创造的,用来描述减少或消除有害物质的使用和产生的产品和过程的设计。

它首先在保罗·阿纳斯塔斯和约翰·华纳的《绿色化学:理论与实践》(1)中被描述为帮助工业从源头减少污染的一种方式。这本书提出了原则,帮助将化学生产对环境的影响降到最低,并确定了绿色化学可以应用的领域,其中之一是制药生产。

二十多年过去了,制药公司不仅因为环保原因而拥抱“绿色化学”,还因为它可以使生产更简单、更快,并降低成本。

据anastas,目前主任耶鲁绿色化学和绿色工程中心-谁说医药制造商的努力影响了更广泛的化学领域。

“制药业是最早的部门之一,因为它的化学复杂性,通过使用绿色化学,它具有最广泛的机遇,”他说。“制药部门在20世纪90年代开始的领导力导致形成绿色化学药物圆桌关系。这导致许多行业在其领导之后通过形成自己的圆桌会议来推进绿色化学。

“制药业已经证明,只有通过绿色化学才能实现真正的合成优雅。”

他补充说,到目前为止,制药行业的绿色化学成就是行业领先的,只有当它们进一步进入生物制药领域时,它们的未来成就才能超越它们。

制药

近几十年来,促进绿色化学的努力已经加快。例如,2006年,欧盟推出了《化学品注册、评估、授权和限制指令(REACH) 2》(REACH),旨在鼓励使用可持续的化学品制造工艺。

两年后,在美国,加州立法者介绍了绿色化学倡议(3),该倡议还促进了工业制造业中危险化学品的替代品。其他监管措施,如2011年瑞典国家制药战略(4)也强调需要更多地利用绿色制造过程。

工业组织也试图促进绿色化学的使用。2005年,美国化学学会“ACS”绿色化学研究所(GCI)建立了一个圆桌会议(5)以鼓励绿色化学和绿色的生产中的药物生产。

最近,制药公司自己也在寻求推广绿色理念。2020年6月,(6)萨诺菲出版了对负责任和化学的呼吁,阐述它是如何试图使自己的流程更环保。

这家法国制药公司还与ACS和其他组织分享了其工作细节,以“促进绿色化学和工程在全球制药业的实施”。

简化

约克大学(York University)绿色化学卓越中心(GCCE)主任詹姆斯·克拉克(James Clark)说,对简化、经济高效过程的渴望也促进了可持续方法的采用。

“药业工业使用清洁的合成原则来最大限度地减少药物制造的环境足迹,”他说,使用绿色原则来最小化和简化反应作为一个例子。

“我们的重点是尽量减少工艺步骤和减少浪费,这可能是最大的问题,因为许多药物合成需要许多步骤,而每一步都消耗资源和产生浪费。”

他补充说,布洛芬的合成经常被引用为一个例子,新的绿色方法避免了一些真正的绿色化学难题,如使用化学计量氯化铝,“尽管新方法仍然有它的问题。”

克拉克说,“路线”(生成所需产品的化学反应链)的开发一直是绿色化学在制药领域的主要应用:“最大的改进是在新路线上,涉及更少的工艺步骤,但也有具体的细节,如避免化学计量氧化剂和还原剂,以及Friedell Crats酰化化学计量催化剂,如氯化铝。”

溶剂使用

化学工程师协会的主席Adrian La Porta说,由于绿色化学,制药业使用的溶剂也减少了。制药特别兴趣小组

他说:“医药绿色化学的重点是减少溶剂的使用,因为溶剂代表了大部分使用的化学物质,最终它们不是产品的一部分。”“传统有机化学大量使用卤化溶剂,因为它们具有有用的特性,但它们对环境的损害特别大,而且会对工人的健康造成危害。”

La Porta表示,工业用各种方法来试图消除溶剂,引用酶加工和强化作为实例。

“生物合成的机械可以在水环境中进行复杂的化学,也许可以消除几个步骤。过程强化,包括使用连续处理也可以在这里提供帮助。

“制药行业使用的传统批量合成偏爱低温、高压和稀释溶液,这意味着使用了更多的溶剂。相比之下,在其他行业中使用的强化、连续的条件可以促进更好的路线和使用更少的材料。”

La Porta说,如果不可能淘汰是不可能的,则替换是下一个最佳选择,再次绿色化学正在发挥作用。

他说:“这里的绿色化学需要化学家使用低冲击溶剂来适应现有的路线和反应。”“多年来,这一直是化学发展的目标,包括使用新型溶剂,甚至固相化学,尽管没有多少迹象表明这些技术能够实现全面生产。”

约克大学(York University)的詹姆斯·克拉克(James Clark)表示,制药业根据溶剂的环境影响对其进行排名的努力,影响了更广泛的化学行业:“该行业在生产按环境影响程度排序的溶剂表方面处于领先地位,包括LCA(生命周期评估)考虑因素,以及绿色化学指标的开发和应用,使同一产品的不同路线能够进行适当的比较。”

降低成本是另一个因素推动行业,以减少溶剂使用。2010年,美国环保署授予默克和协会和Codexis的绿色反应条件奖,这是他们为糖尿病药物Januvia(Sitaglitin)开发的新的生产方法。

据两家公司介绍,这种无溶剂、基于酶的方法在现有设备下提高了56%的生产率,整体产量提高了10- 13%,整体垃圾产生减少了19%。

这一想法与2019年的一项研究(8)的发现相吻合,该研究表明,经济和企业定位正在促使制药行业走向绿色。

根据作者的说法,“GC的成本节省已成为制药行业等一些部门的顶级司机。

环境问题

克拉克说,制药业绿色之旅的下一个阶段应该集中在药品本身。

他解释说:“制药行业需要接受对药品对环境影响日益增加的担忧。”“这意味着让它们更可生物降解,同时减少对环境的毒性。”包括新的生物基平台分子在内的可再生资源的越来越多的使用也将有助于为更广泛的化学制造业指明道路。”

这一想法符合欧盟委员会关于制药业可持续发展的目标,包括承诺支持开发对环境危害较小的药品,并促进绿色制造。

根据委员会的说法,“需要鼓励制药行业从生命周期的角度,在设计和制造阶段更多地考虑到环境。”

它还建议姿势可能会在欧盟以外的影响:“由于行业在全球层面行事,其行动可能会有全球范围,这对联盟确保一个级别的竞争领域对联盟进行环境和健康保护来说,这是有道理的,并刺激联盟外面的负责任行为。“

其他人也认为,制药行业对绿色化学的兴趣正在产生更广泛的影响。例如,7月10日发表在《清洁生产杂志》(Journal of Cleaner Production)上的一项研究预测,供应链中将出现一波绿色浪潮。

作者写道,“环境可持续性已成为管理研究的核心焦点,特别是在清洁生产,绿色供应链,绿色材料和可持续人力资源管理方面。”

未来

监管支持和对其经济效益日益加深的理解相结合,牢固地确立了绿色化学作为制药行业的重点。

And in future, innovation in production and processing technologies is likely to see industry make even greater use of the approach, says ichemE’s Adrian La Porta: “The use of artificial intelligence and machine learning in increasing the ability to explore and optimise synthesis routes, the pharmaceutical regulators support for process intensification, the use of advanced automation in manufacturing and the ever-increasing pressure to reduce environmental impact may combine to make ‘un-green’ pharmaceutical chemistry a thing of the past.”

参考:

  1. https://www.amazon.com/Green-Chemistry-Practice-Paul-Anastas/dp/0198506988
  2. https://eur- lex.europa.eu/Legal-content/en/txt/?URI=URISERV:OOJ.L_2006.396.01.0001.01.ENG
  3. https://dtsc.ca.gov/green-chemistry/
  4. https://www.lakemedelsverket.se/4a9855/contentassets/eb3b199cee4e4dd6b4fc6b0006efeccb/the-national-pharmaceutical-strategy-2011-2020.pdf
  5. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/gc/b703488c/unauth !divAbstract
  6. https://www.sanofi.com/-/media/project/one-sanofi-web/websites/global/sanofi-com/home/common/docs/our-responsibility/documents-center/a-responsible-and-可持续化学.pdf?la = en
  7. https://www.epa.gov/greenchemistry/presidential-green-chemistry-challenge-2010-greener-reaction-conditions-award
  8. https://www.researchgate.net/publication/333178984_the_role_of_drivers_barriers_and_opportunities_of_green_chemisty_adoption_in_the_major_world_markets.
  9. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:52019DC0128&from=EN
  10. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652620312518