پیشرفت روزافزون علم و فناوری در نیمه دوم قرن بیستم، منجر به توسعه اقتصادی و رشد استانداردهای زندگی گردیده است. چنین توسعه اقتصادی، منجر به تخریب قابل‌توجه زیست محیطی، مانند تغییرات آب و هوایی شدید، توسعه حفره‌های لایه اوزن و رشد آلاینده‌های آلی غیرمخرب در تمام بخش‌های کره زمین شده است. شرایط جدید مستلزم جستجوی راه حلی برای ایجاد تعادل در استفاده از منابع طبیعی، رشد اقتصادی و حفاظت از محیط زیست است. سنتز سبز به دنبال کاهش تخریب‌های زیست محیطی با توسعه فناوری‌های جایگزین است. فناوری‌هایی که هم برای سلامت انسان و هم برای محیط زیست ایمن‌تر هستند تا از آسیب بیشتر به سلامت انسان و محیط زیست جلوگیری کنند.
این مقاله شامل سرفصل‌های زیر می‌باشد.
- مقدمه
- تاریخچه
- اصول سنتزسبز
- نمونه‌هایی از تحقیقات انجام شده در سنتزسبز
- نتیجه‌گیری
1- مقدمه
سنتز سبز یا Green Synthesis اصطلاحی است که به فرایند‌ها و محصولات شیمیایی اشاره دارد که منجر به کاهش مصرف و تولید مواد مضر و سمی می‌شوند. هدف اصلی سنتز سبز، حفظ و نگهداری منابع طبیعی بدون استفاده از منابع مضر است. با تغییر الگوی مصرف و تولید، می‌توان گام‌هایی در جهت کاهش آلودگی و ضایعات مضر برداشت، اما در کنار این تغییرات، توسعه روش‌های جایگزین بسیار مهم است. سنتز سبز با روش‌هایی همچون بهبود برخی از روش‌های شیمیایی از طریق تولید محصولات تمیزتر، استفاده از کاتالیزورهای زیستی، استفاده مجدد از مواد خام(زیست توده) و جایگزین کردن حلال واکنش‌ها (مانند آب و مایعات یونی) قابل دستیابی است[1].
مفهوم سنتزسبز مبتنی بر دوازده اصل است که هدف آن کاهش یا حذف مواد خطرناک از سنتز، تولید و کاربرد محصولات شیمیایی می‌باشد. به عبارت دیگر، استفاده از موادی که برای سلامت انسان و محیط زیست مضر است، باید کاهش یافته یا حذف شود. فرآیندهای سنتزسبز تقریباً تمام بخش‌های شیمی، مانند شیمی‌معدنی، شیمی‌آلی، بیوشیمی، پلیمر، محیط زیست و سم‌شناسی را شامل می‌شود. مفهوم شیمی سبز فراتر از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی است و صنعت، محیط زیست، آموزش و عموم مردم را تحت تاثیر قرار داده است. در دو دهه گذشته، فعالیت‌های آموزشی، بودجه دولتی، تاسیس مراکز تحقیقاتی در حوزه سنتز سبز به شدت افزایش یافته است[1].
یک ماده شیمیایی یا یک فرآیند شیمیایی را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که در هر سطحی از یک فرآیند، میزان خطر ذاتی ناشی از فرایند تولید، کاهش یابد. کاهش یا حذف خطرات ذاتی در مواد شیمیایی و فرآیندها، مانند سمیت، انفجار، اشتعال‌پذیری، تخریب لایه اوزن، با طراحی دقیق مبتنی بر ادغام دوازده اصل سنتز سبز به عنوان یک مجموعه منسجم، ممکن خواهد بود.
مفهوم سنتزسبز مبتنی بر دوازده اصل است که هدف آن کاهش یا حذف مواد خطرناک از سنتز، تولید و کاربرد محصولات شیمیایی می‌باشد. به عبارت دیگر، استفاده از موادی که برای سلامت انسان و محیط زیست مضر است، باید کاهش یافته یا حذف شود. فرآیندهای سنتزسبز تقریباً تمام بخش‌های شیمی، مانند شیمی‌معدنی، شیمی‌آلی، بیوشیمی، پلیمر، محیط زیست و سم‌شناسی را شامل می‌شود. مفهوم شیمی سبز فراتر از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی است و صنعت، محیط زیست، آموزش و عموم مردم را تحت تاثیر قرار داده است. در دو دهه گذشته، فعالیت‌های آموزشی، بودجه دولتی، تاسیس مراکز تحقیقاتی در حوزه سنتز سبز به شدت افزایش یافته است[1].
یک ماده شیمیایی یا یک فرآیند شیمیایی را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که در هر سطحی از یک فرآیند، میزان خطر ذاتی ناشی از فرایند تولید، کاهش یابد. کاهش یا حذف خطرات ذاتی در مواد شیمیایی و فرآیندها، مانند سمیت، انفجار، اشتعال‌پذیری، تخریب لایه اوزن، با طراحی دقیق مبتنی بر ادغام دوازده اصل سنتز سبز به عنوان یک مجموعه منسجم، ممکن خواهد بود.
2- تاریخچه
مفهوم سنتز سبز اولین بار در آغاز دهه 1990 فرموله شد و در سال 1997 اولین موسسه در حوزه سنتز سبز تاسیس شد. در سال 1998، Paul Anastas و John Warner اصول دوازده‌گانه سنتز سبز را مطرح کردند و در سال 1999، اولین نشریه در موضوع سنتز سبز(The royal society of chemistry) منتشر شد[1, 2].
3- اصول سنتزسبز
اصول دوازده‌گانه سنتزسبز که چارچوبی برای طراحی و تولید پایدار است، توسط پل آناستاس و جان وارنر در سال 1998 معرفی شد. این اصول معیارهایی برای طراحی محصولات جدید هستند که در تمام مراحل، مانند انتخاب مواد اولیه، شرایط واکنش، کارایی و ایمنی، سمیت و زیست‌تخریب‌پذیری محصولات و حمل‌و‌نقل در نظر گرفته می‌شوند. در ادامه اصول سنتز سبز به صورت خلاصه بیان خواهد شد[1].
3-1-جلوگیری از ضایعات (Prevention of waste)
جلوگیری از تولید زباله، سالم‌تر از پاکسازی زباله است. تولید هر ماده‌ای که ارزش واقعی نداشته باشد یا منجر به اتلاف انرژی شود، زباله است. زباله می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد و ممکن است بر اساس سمیت، ماهیت، کمیت یا نحوه انتشار، تاثیر متفاوتی بر محیط زیست بگذارد. در همین راستا، در سال 1992، مفهومی توسط راجر شلدون ارائه شد،که امروزه به طور گسترده به عنوان E-factor یا ضریب تاثیر محیطی شناخته شده است. این کمیت میزان ضایعات تولید شده در هر کیلوگرم محصول را نشان می‌دهد و ابزاری برای ارزیابی مقبولیت زیست محیطی فرآیند تولید است.
با توجه به اینکه سالانه حدود 12 میلیارد تن زباله یا حدود 300 میلیون تن زباله خطرناک در ایالات متحده تولید می‌شود، اصل اول سنتز سبز مطرح شده است. علارغم اینکه در این اصل، هدف جلوگیری از تولید زباله است، اما جلوگیری مطلق از تولید زباله در عمل غیرممکن است زیرا هیچ ماده خام ورودی به طور کامل قابل استفاده نیست. اگر بتوان زباله تولید شده را مجدد به چرخه تولید وارد کرد، یک سود بسیار ناب اقتصادی خواهد بود. بنابراین در فرایند تولید، باید تا حد ممکن از تولید زباله جلوگیری کرد و در مرحله بعدی راهکارهایی برای چگونگی بهترین استفاده از زباله‌های تولیدی و مفید شدن آنها، ارائه شود[1].
با توجه به اینکه سالانه حدود 12 میلیارد تن زباله یا حدود 300 میلیون تن زباله خطرناک در ایالات متحده تولید می‌شود، اصل اول سنتز سبز مطرح شده است. علارغم اینکه در این اصل، هدف جلوگیری از تولید زباله است، اما جلوگیری مطلق از تولید زباله در عمل غیرممکن است زیرا هیچ ماده خام ورودی به طور کامل قابل استفاده نیست. اگر بتوان زباله تولید شده را مجدد به چرخه تولید وارد کرد، یک سود بسیار ناب اقتصادی خواهد بود. بنابراین در فرایند تولید، باید تا حد ممکن از تولید زباله جلوگیری کرد و در مرحله بعدی راهکارهایی برای چگونگی بهترین استفاده از زباله‌های تولیدی و مفید شدن آنها، ارائه شود[1].
3-2-صرفه اتمی(Atom Economy)
صرفه اتمی(AE) به عنوان بازده اتمی نیز شناخته می‌شود و به مفهوم استفاده حداکثری از مواد خام اشاره دارد. به عبارت دیگر، محصول نهایی باید حاوی حداکثر تعداد اتم‌های واکنش‌دهنده باشد و در حالت ایده‌آل، همه اتم‌های واکنش‌دهنده را شامل شود. کمیت AE یک واکنش عبارتست از، نسبت وزن مولکولی محصول مورد نظر نسبت به وزن مولکولی همه واکنش دهنده‌ها. این کمیت یک مقدار تئوری است که از آن به منظور ارزیابی سریع میزان کارآمدی یک واکنش استفاده می‌شود[1].
به عنوان مثال، در واکنش گرینگارد مقدار AE، 2/44 درصد و در واکنش دیلز 100 درصد است. شکل 1 واکنش گرینگارد و دیلز را نمایش می‌دهد[1].
3-3- اجتناب از تولید مواد شیمیایی خطرناک (Chemical synthesis for less hazardous)
براساس این اصل، باید از روش‌هایی استفاده کرد که میزان تولید مواد خطرناک و سمی کاهش یابد. در دهه گذشته تعدادی از واکنش‌های جدید به مجموعه سنتز سبز پیوسته‌اند. به عنوان مثال، فعال‌سازی C-H و واکنش‌های آنزیمی رویکردهای نسبتاً جدید و نمونه‌های خوبی از سنتزسبز هستند[1].
هنگامی که آنزیم‌های بیولوژیکی جایگزین مواد شیمیایی مضر شوند، بسیاری از فرآیندهای صنعتی تمیزتر و ارزان‌تر انجام می‌شود. به عنوان مثال، در فرآیند جدید سنتز پلی‌کاربامات (PC)، علاوه بر اینکه، Co2 جایگزین کربنیل دی‌کلرید سمی (CoCl2) شده، استفاده از دی کلرومتان (CH2Cl2) به عنوان حلال نیز حذف می‌گردد[3].
هنگامی که آنزیم‌های بیولوژیکی جایگزین مواد شیمیایی مضر شوند، بسیاری از فرآیندهای صنعتی تمیزتر و ارزان‌تر انجام می‌شود. به عنوان مثال، در فرآیند جدید سنتز پلی‌کاربامات (PC)، علاوه بر اینکه، Co2 جایگزین کربنیل دی‌کلرید سمی (CoCl2) شده، استفاده از دی کلرومتان (CH2Cl2) به عنوان حلال نیز حذف می‌گردد[3].
3-4- حلال ایمن (Safe solvents)
بر اساس این اصل، استفاده از موادی مانند حلال‌ها و عوامل جداکننده باید در صورت امکان حذف و در غیر این صورت، بی ضرر باشد. توسعه حلال‌های سازگار با محیط زیست، یکی از مسائل مهم در سنتز سبز است. حلال باید از نظر فیزیکی و شیمیایی پایدار، درارای فراریت کم باشد. علاوه بر این، حلال باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که استفاده و بازیافت آن ساده باشد. محققان در سنتز سبز، براساس ایمنی و پایداری فرآیند سنتز، ایمنی کارگران و ایمنی محیطی، به‌دنبال یافتن جایگزین‌های مناسبی برای حلال‌های آلی هستند[1, 4].
تعدادی از حلال‌های معمولی، سمی، قابل اشتعال و خورنده هستند و استفاده از آنها منجر به آلودگی هوا، آب و زمین شده است. بازیابی و استفاده مجدد از حلال‌های معمولی سخت است و در صورت امکان، اغلب با آلودگی متقابل همراه است. برای رفع تمام این کاستی‌ها، شیمیدانان، استفاده از راه‌حل‌های ایمن‌تر را آغاز کرده‌اند. سیستم‌های بدون‌حلال، استفاده از آب، سیالات فوق‌بحرانی و اخیراً استفاده از مایعات یونی، نمونه‌هایی از روش‌های جدید در سنتز سبز هستند. در بهترین وضعیت، حلال از فرایند سنتز حذف می‌شود. حلال‌ها به شکل یک ماده کمکی و اغلب به صورت ضایعات صنعتی هستند، که حذف آنها، مستلزم تلاش و مصرف انرژی است. آب فراوان‌ترین مولکول روی کره زمین است و گاهی اوقات به عنوان یک حلال جهانی خوب شناخته می‌شود. به همین دلیل، توانایی انجام یک واکنش در آب مزایای مهمی دارد. با توجه به اینکه آب ایمن است و هیچ خطری ایجاد نمی‌کند، می‌تواند یک حلال مفید برای فرآیندهای مقیاس بزرگ در واکنش‌های شیمیایی باشد. خواص آب حتی منجر به بهبود سرعت واکنش از طریق اثر آبگریزی و جداسازی آسان‌تر شده است، زیرا بسیاری از مواد آلی در آب حل نمی‌شوند. یکی از معایبی که ممکن است سرعت کاربردهای صنعتی را کم کند و هنوز برطرف نشده است، خطر آلودگی آب است[2].
تعدادی از حلال‌های معمولی، سمی، قابل اشتعال و خورنده هستند و استفاده از آنها منجر به آلودگی هوا، آب و زمین شده است. بازیابی و استفاده مجدد از حلال‌های معمولی سخت است و در صورت امکان، اغلب با آلودگی متقابل همراه است. برای رفع تمام این کاستی‌ها، شیمیدانان، استفاده از راه‌حل‌های ایمن‌تر را آغاز کرده‌اند. سیستم‌های بدون‌حلال، استفاده از آب، سیالات فوق‌بحرانی و اخیراً استفاده از مایعات یونی، نمونه‌هایی از روش‌های جدید در سنتز سبز هستند. در بهترین وضعیت، حلال از فرایند سنتز حذف می‌شود. حلال‌ها به شکل یک ماده کمکی و اغلب به صورت ضایعات صنعتی هستند، که حذف آنها، مستلزم تلاش و مصرف انرژی است. آب فراوان‌ترین مولکول روی کره زمین است و گاهی اوقات به عنوان یک حلال جهانی خوب شناخته می‌شود. به همین دلیل، توانایی انجام یک واکنش در آب مزایای مهمی دارد. با توجه به اینکه آب ایمن است و هیچ خطری ایجاد نمی‌کند، می‌تواند یک حلال مفید برای فرآیندهای مقیاس بزرگ در واکنش‌های شیمیایی باشد. خواص آب حتی منجر به بهبود سرعت واکنش از طریق اثر آبگریزی و جداسازی آسان‌تر شده است، زیرا بسیاری از مواد آلی در آب حل نمی‌شوند. یکی از معایبی که ممکن است سرعت کاربردهای صنعتی را کم کند و هنوز برطرف نشده است، خطر آلودگی آب است[2].
3-5- طراحی مواد شیمیایی ایمن‌تر(Designing safer chemicals)
محصولات شیمیایی باید به گونه‌ای طراحی شوند که علاوه بر اینکه عملکرد مورد نیاز را داشته باشند، در عین حال سمیت کمی داشته باشند. به حداقل رساندن میزان سمیت، در عین حفظ عملکرد و کارایی، یکی از بخش‌های چالش برانگیز طراحی محصولات و فرآیندهای ایمن‌تر است. دستیابی به این هدف نه تنها نیازمند درک شیمی، بلکه اصول سم‌شناسی و علوم زیست‌محیطی است[1].
این اصل در توسعه حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌های جدید استفاده شده است. آنها فقط برای ارگانیسم‌های هدف، سمی هستند و در نهایت به مواد بی‌ضرر برای محیط زیست تجزیه می‌شوند. مثال دیگری از طراحی ایمن‌تر، استفاده از یک محصول غیر سمی به نام Sea-Nine به جای ترکیبات آلی بسیار سمی مبتنی بر قلع آلی (Sn) است[1, 5].
تولید پلیمرهای پلی فنیلن سولفون (PPSU) یکی از کارهای تحقیقاتی در زمینه سنتز سبز است. PPSU یک پلاستیک با مهندسی جدید است که علاوه بر داشتن خواص مفید محیطی و مکانیکی، در برابر شعله مقاوم است. با توجه به غیرقابل اشتعال بودن این ترکیب، از آن به طور گسترده در هواپیماهای داخلی و قطارهای زیرزمینی استفاده می‌شود[2].
این اصل در توسعه حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌های جدید استفاده شده است. آنها فقط برای ارگانیسم‌های هدف، سمی هستند و در نهایت به مواد بی‌ضرر برای محیط زیست تجزیه می‌شوند. مثال دیگری از طراحی ایمن‌تر، استفاده از یک محصول غیر سمی به نام Sea-Nine به جای ترکیبات آلی بسیار سمی مبتنی بر قلع آلی (Sn) است[1, 5].
تولید پلیمرهای پلی فنیلن سولفون (PPSU) یکی از کارهای تحقیقاتی در زمینه سنتز سبز است. PPSU یک پلاستیک با مهندسی جدید است که علاوه بر داشتن خواص مفید محیطی و مکانیکی، در برابر شعله مقاوم است. با توجه به غیرقابل اشتعال بودن این ترکیب، از آن به طور گسترده در هواپیماهای داخلی و قطارهای زیرزمینی استفاده می‌شود[2].
3-6- طراحی براساس بازده انرژی(Design for energy efficiency)
با توجه به کاهش زیاد مواد اولیه نفتی و رشد مصرف انرژی، توسعه روش‌های کارآمد براساس بازده و میزان مصرف انرژی، لازم و ضروری است. در فرایندهای تولید، طراحی واکنش‌های شیمیایی که به انرژی زیادی نیاز ندارند، جذابتر هستند. یکی از کارهایی که شیمیدان‌ها به منظور کاهش مصرف انرژی انجام می‌دهند، حذف سد انرژی یک واکنش شیمیایی یا انتخاب واکنش‌دهنده‌های مناسب، به‌گونه‌ایست که واکنش در دمای اتاق انجام شود[2, 6].
کاهش مصرف انرژی در یک سیستم شیمیایی، صرفاً یکی از راه حل‌ها برای بهبود مصرف انرژی است، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به‌عنوان انرژی جایگزین نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. برخی از انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی (حرارتی و فتوولتائیک)، نیروی باد، انرژی زمین گرمایی، نیروگاه‌های آبی و سلول‌های سوختی هیدروژنی در تولید سوخت‌های زیستی استفاده می‌شوند. انرژی خورشیدی منبع اولیه انرژی پایدار روی زمین محسوب شده و به عنوان جایگزینی برای نفت در نظر گرفته می‌شود[7].
کاهش مصرف انرژی در یک سیستم شیمیایی، صرفاً یکی از راه حل‌ها برای بهبود مصرف انرژی است، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به‌عنوان انرژی جایگزین نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. برخی از انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی (حرارتی و فتوولتائیک)، نیروی باد، انرژی زمین گرمایی، نیروگاه‌های آبی و سلول‌های سوختی هیدروژنی در تولید سوخت‌های زیستی استفاده می‌شوند. انرژی خورشیدی منبع اولیه انرژی پایدار روی زمین محسوب شده و به عنوان جایگزینی برای نفت در نظر گرفته می‌شود[7].
3-7- کاهش مشتقات (Reduce derivatives)
استفاده از مراحل غیرضروری مانند گروه‌های مسدود‌کننده، اصلاح موقت فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی، حفاظت و حفاظت‌زدایی، باید در حد ممکن کاهش یافته یا حذف گردد. وجود چنین مراحلی باعث حضور معرف‌های اضافی شده و منجر به تولید زباله می‌شوند. در سنتزسبز، بهتر است تا حد امکان از سنتز بیولوژیکی استفاده کرد[2, 4].
3-8- کاتالیزور(Catalysis)
این اصل محققان را به استفاده از کاتالیزورهای زیست تخریب پذیر به منظور حفاظت از محیط زیست، تشویق می‌کند. استفاده از کاتالیزور منجر به کاهش تولید زباله و مصرف انرژی می‌گردد. کاتالیست‌های زیستی که مبتنی بر آنزیم‌های طبیعی یا اصلاح‌شده هستند، نمونه‌هایی از کاتالیزورهای سنتزسبز هستند. بیوکاتالیست‌ها در مقایسه با کاتالیزورهای غیربیولوژیکی، دارای مزیت‌های همچون افزایش سرعت واکنش، کاهش‌هزینه و خواص برتر کاتالیزوری و معایبی همچون پایداری ضعیف و عدم حساسیت حرارتی دارند[2].
3-9- تجزیه‌زیستی(Biodegradation)
محصولات شیمیایی باید طوری طراحی شوند که بدون ایجاد خطر برای محیط زیست، به محصولات بی‌ضرر تجزیه شوند. در سنتز سبز محققان به دنبال ایجاد مواد شیمیایی و فرآورده‌های تجزیه‌پذیر هستند که پس از پایان فعالیت خود، بتوانند به محصولات بی‌ضرر برای محیط زیست تبدیل شوند[2]. طراحی مواد زیست تخریب‌پذیر و مواد شیمیایی کار سختی است. فرایندهای مختلف، پس از جمع‌آوری داده‌ها در طول چند دهه تعیین می‌شوند[8].
3-10- تحلیل و بررسی(Analysis)
بررسی میزان خطر محصولات مختلف، با تجزیه و تحلیل سنتی و مانیتورینک زنده واکنش‌های شیمیایی انجام می‌شود. یکی از هدف‌های شیمی‌تجزیه‌سبز، اندازه‌گیری مواد شیمیایی، بدون تولید زباله است. مهندسان و شیمیدانان به دنبال ساخت حسگرهای جدید به منظور اندازه‌گیری میزان سمیت محصولات و مواد مصرفی هستند تا بتوانند، هرگونه مشکل محیطی بالقوه مرتبط با موادی که با آنها درگیر هستند را شناسایی کنند. به عنوان مثال، در الکتروشیمی، اغلب از الکترودهای جیوه استفاده می‌شود که برای حذف این نگرانی، می‌توان از جایگزینی الکترود جیوه با الکترودهای مبتنی بر کربن مانند نانولوله ها یا نانوالیاف استفاده کرد[2, 9].
3-11- جلوگیری از حوادث (Accident prevention)
به کنترل خطرات شناخته شده از طریق دستیابی به سطح قابل‌قبولی از خطر، ایمنی گفته می‌شود. موادی که در یک فرآیند شیمیایی استفاده می‌شوند، باید به گونه‌ای انتخاب شوند که احتمال وقوع حوادث شیمیایی از جمله انتشار، انفجار و آتش‌سوزی را به حداقل برسانند. جایگزین کردن حلال‌های آلی زیست‌سازگار، غیرسمی و غیرقابل انفجار با CO2 فوق بحرانی، مثالی از سنتز سبز است.
با توجه به اصلاحیه‌های قانون پیشگیری از حوادث شیمیایی و هوای پاک در سال 1990، اجتناب از حوادث از طریق شناسایی خطرات آغاز می‌شود. برای جلوگیری از حوادث، باید همه عوامل شامل سمی‌بودن، انفجار یا اشتعال پذیری در طراحی مواد شیمیایی و فرآیندها، شناسایی شده و مورد توجه قرار بگیرند[2].
با توجه به اصلاحیه‌های قانون پیشگیری از حوادث شیمیایی و هوای پاک در سال 1990، اجتناب از حوادث از طریق شناسایی خطرات آغاز می‌شود. برای جلوگیری از حوادث، باید همه عوامل شامل سمی‌بودن، انفجار یا اشتعال پذیری در طراحی مواد شیمیایی و فرآیندها، شناسایی شده و مورد توجه قرار بگیرند[2].
3-12-استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر(Use of renewable feedstocks)
در سنتزسبز، تا جاییکه از از نظر اقتصادی و فنی قابل قبول باشد، باید از مواد اولیه تجدیدپذیر استفاده کرد. به عنوان مثال، استفاده از مواد خام تجدیدپذیر به جای انواع مواد پلاستیکی بهتر است. به همین دلیل، ساخت مواد پلاستیکی زیست‌تخریب‌پذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و بسته‌بندی زیست‌تخریب‌پذیر، آینده روشنی در صنایع غذایی دارد[10].
در طول ده سال گذشته، پیشرفت‌های مهمی در استفاده از مواد خام تجدیدپذیر حاصل شده است. به عنوان مثال، استفاده از مواد خام تجدیدپذیر در تولید پلاستیک‌های زیستی، منجر به کاهش مصرف انرژی و انتشار CO2 شده است. در حال حاضر بطری‌های کوکاکولا، از مخلوط 30٪ پلی اتیلن (PE) تولید می‌شود، اما شرکت آمریکایی nature work از پلیمرهای اسیدلاکتیک (PLA) ساخته شده از نشاسته و ذرت، در تهیه بطری‌هایش استفاده می‌کند[11].
در طول ده سال گذشته، پیشرفت‌های مهمی در استفاده از مواد خام تجدیدپذیر حاصل شده است. به عنوان مثال، استفاده از مواد خام تجدیدپذیر در تولید پلاستیک‌های زیستی، منجر به کاهش مصرف انرژی و انتشار CO2 شده است. در حال حاضر بطری‌های کوکاکولا، از مخلوط 30٪ پلی اتیلن (PE) تولید می‌شود، اما شرکت آمریکایی nature work از پلیمرهای اسیدلاکتیک (PLA) ساخته شده از نشاسته و ذرت، در تهیه بطری‌هایش استفاده می‌کند[11].
4- نمونه‌هایی از تحقیقات انجام شده در سنتزسبز
-در سال 2005، جایزه نوبل شیمی به کشف یک فرآیند شیمیایی کاتالیزوری به نام Metathesis تعلق گرفت. این فرایند، کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی دارد. انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کند، در دماها و فشارهای معمولی پایدار است، زباله‌های خطرناک کمتری تولید می‌کند و پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را برای بسیاری از فرآیندهای کلیدی دارد[12].
– صنعت داروسازی به دنبال راه‌هایی برای تولید داروهایی با عوارض جانبی مضر کمتر و استفاده از فرآیندهایی است که زباله‌های سمی کمتری تولید می‌کنند. Merck و Codexis نسل دوم سنتز سبز Sitagliptin که درمانی برای دیابت نوع 2 است را توسعه دادند. در این روش، یک فرآیند آنزیمی اتفاق می‌افتد که ضایعات را کاهش می‌دهد، عملکرد و ایمنی را بهبود می‌بخشد و نیاز به کاتالیزور فلزی را از بین میبرد[12].
– شرکت‌های زیادی به دنبال تولید پلاستیک‌هایی که از منابع تجدیدپذیر و زیست‌تخریب‌پذیر ساخته شده‌اند، هستند. برای مثال، NatureWorks، ظروف غذا را از پلیمری به نام پلی‌لاکتیک اسید با نام تجاری Ingeo می‌سازد. دانشمندان این شرکت، روشی را کشف کردند که در آن میکروارگانیسم‌های نشاسته ذرت را به رزینی تبدیل می‌کنند، که به اندازه پلاستیک سفت و سخت است. در حال حاضر از این ماده برای تهیه ظروفی مانند بطری‌های آب و سطل ماست استفاده می‌شود. این شرکت در حال تلاش برای تامین مواد خام از زباله های کشاورزی است[12].
– رنگ‌های بر پایه روغن، مقادیر زیادی ترکیبات آلی فرار تولید می‌کنند. این ترکیبات فرار هنگام خشک شدن رنگ تبخیر شده و یک یا چند اثر زیست محیطی دارند. Procter & Gamble وCook Composites و Polymers، مخلوطی از روغن سویا و شکر ایجاد کردند که می‌تواند جایگزین رزین و حلال‌های رنگ مشتق شده از سوخت فسیلی شود. استفاده از این ترکیب، میزان مواد فرار خطرناک را تا 50 درصد کاهش می‌دهد. با جایگزینی این روغن‌های زیستی با حلال‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی، رنگ‌های سالم‌تری ایجاد شده و ضایعات سمی کمتری تولید می‌گردد[12].
– صنعت داروسازی به دنبال راه‌هایی برای تولید داروهایی با عوارض جانبی مضر کمتر و استفاده از فرآیندهایی است که زباله‌های سمی کمتری تولید می‌کنند. Merck و Codexis نسل دوم سنتز سبز Sitagliptin که درمانی برای دیابت نوع 2 است را توسعه دادند. در این روش، یک فرآیند آنزیمی اتفاق می‌افتد که ضایعات را کاهش می‌دهد، عملکرد و ایمنی را بهبود می‌بخشد و نیاز به کاتالیزور فلزی را از بین میبرد[12].
– شرکت‌های زیادی به دنبال تولید پلاستیک‌هایی که از منابع تجدیدپذیر و زیست‌تخریب‌پذیر ساخته شده‌اند، هستند. برای مثال، NatureWorks، ظروف غذا را از پلیمری به نام پلی‌لاکتیک اسید با نام تجاری Ingeo می‌سازد. دانشمندان این شرکت، روشی را کشف کردند که در آن میکروارگانیسم‌های نشاسته ذرت را به رزینی تبدیل می‌کنند، که به اندازه پلاستیک سفت و سخت است. در حال حاضر از این ماده برای تهیه ظروفی مانند بطری‌های آب و سطل ماست استفاده می‌شود. این شرکت در حال تلاش برای تامین مواد خام از زباله های کشاورزی است[12].
– رنگ‌های بر پایه روغن، مقادیر زیادی ترکیبات آلی فرار تولید می‌کنند. این ترکیبات فرار هنگام خشک شدن رنگ تبخیر شده و یک یا چند اثر زیست محیطی دارند. Procter & Gamble وCook Composites و Polymers، مخلوطی از روغن سویا و شکر ایجاد کردند که می‌تواند جایگزین رزین و حلال‌های رنگ مشتق شده از سوخت فسیلی شود. استفاده از این ترکیب، میزان مواد فرار خطرناک را تا 50 درصد کاهش می‌دهد. با جایگزینی این روغن‌های زیستی با حلال‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی، رنگ‌های سالم‌تری ایجاد شده و ضایعات سمی کمتری تولید می‌گردد[12].
5- نتیجه‌گیری
سنتز سبز بر دوازده اصل استوار است و هدف اصلی آن، طراحی محصولات و فرآیندهای شیمیایی است که منجر به کاهش یا حذف مواد مضر می‌شود. پیدا کردن فرایندهایی که همزمان همه اصول را شامل شود، غیرممکن است، اما باید هر کدام از اصول تا حد ممکن در طول مراحل خاصی از سنتز اعمال شود. در سنتز سبز تمرکز بر تولید محصولاتی است، که می‌توانند به طرز کامل بازیابی شده و مجدد مورد استفاده قرار بگیرند. توسعه فناوری‌های جایگزین برای جلوگیری از هرگونه آسیب بیشتر به سلامت و محیط زیست یک موضوع بسیار مهم در سنتز سبز است. علارغم فواید بسیار زیاد سنتز سبز، زمان، هزینه‌ها، کمبود اطلاعات و کمبود مهارت‌های انسانی، از جمله مشکلات پیش رو در این زمینه می‌باشد. به عبارت دیگر، تبدیل یک محصول قدیمی و سنتی به یک محصول “سبز” جدید، فرایندی گران و سخت است.
منابـــع و مراجــــع
۱ – Abdussalam-Mohammed, W., A. Ali,A. Errayes, Green chemistry: principles, applications,disadvantages. Chem. Methodol, 2020. 4: p. 408-423.
۲ – Anastas, P.N. Eghbali, Green chemistry: principlespractice. Chemical Society Reviews, 2010. 39(1): p. 301-312.
۳ – Welton, T., Solventssustainable chemistry. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, PhysicalEngineering Sciences, 2015. 471(2183): p. 20150502.
۴ – Ivanković, A., et al., Review of 12 principles of green chemistry in practice. International Journal of SustainableGreen Energy, 2017. 6(3): p. 39-48.
۵ – Sheldon, R.A., The E factor 25 years on: the rise of green chemistrysustainability. Green Chemistry, 2017. 19(1): p. 18-43.
۶ – Babel, W., et al., Advances in biochemical engineering/biotechnology. Cell, 2007. 107.
۷ – Hegedus, S.S.A. Luque, Status, trends, challengesthe bright future of solar electricity photovoltaics. Handbook of photovoltaic scienceengineering, 2003: p. 1-43.
۸ – Nendza, M., Structure—Activity Relationships in Environmental Sciences. Vol. 6. 1997: Springer Science & Business Media.
۹ – Rocha, F.R., J.A. Nóbrega,O. Fatibello Filho, Flow analysis strategies to greener analytical chemistry. An overview. Green Chemistry, 2001. 3(5): p. 216-220.
۱۰ – Ivonkovic, A., et al., Biodegradable packaging in the food industry. J. Food Saf. Food Qual, 2017. 68: p. 26-38.
۱۱ – Nampoothiri, K.M., N.R. Nair,R.P. John, An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource technology, 2010. 101(22): p. 8493-8501.
۱۲ – Green Chemistry Examples.
