三个步骤的策略,让你的研究更可持续

环境问题是公共意识的最前沿。挑战,如气候变化和污染正在推动政府和企业致力于减少对环境的影响。特别是化学行业必须使其产品和过程的可持续性。在宏观尺度上,这些挑战需要在全球范围内的协调与合作,等联合国的计划委员会建议在化工、浪费和污染。

在个体层面,实验室化学家也同样担心影响自己的日常工作。皇家化学学会的万博代理《可持续的实验室报告所示,化学家想做更多的实验和反应更环保。绿色化学的概念,如化学家都熟悉(见附表),以这种方式使他们的反应和产品更可持续,然而把这些原则付诸实践是很有挑战性的。RSC报告指出,许多化学家们觉得他们缺乏做出明智的决定所需的数据。

做尽可能多的工作在网上尽可能在进入实验室之前,它节省时间,能源、试剂和溶剂

如爱思唯尔的化学信息平台Reaxys可以帮助填补这一空白,提供知识,化学家需要简化决策过程。从实用的角度,cheminformatics可以帮助化学家应用使他们的反应更加绿色的三个基本原则:替换,减少和预测。取代归结为用试剂和溶剂更好的环保证书。减少意味着设法使用更少的能源和原材料或在创建过程实验室产生更少的浪费。和预测涉及使用人工智能和机器学习(ML)技术做出更好的产品,设计更可持续的路线和流程,提高你成功的机会之前,甚至拿起瓶。

取代

有几个原因更换试剂或反应物反应更环保。一些化学物质是明显的替代人选,因为它们有毒,致癌或爆炸。例如,偶极非质子溶剂DMSO和DMF等常用的化学家是总理候选人开关更良性的选择。这些,而是使用一个深低共熔溶剂或离子液体可以给相同的性能和更低的化学家和环境风险。

即使一种化学物质不存在个人或环境风险,它可能仍然是一个好的选择,如果它是来自化石燃料。这抓住了很大一部分常见的有机溶剂。而不是使用原料的溶剂,可以切换到一些来自生物质吗?甚至使用水?一些溶剂中使用大卷,尤其是色谱等净化过程,这可能是一个简单的胜利增加反应的绿色证书。

主任根据鸽子恩格尔加西亚博士Reaxys产品管理、更换溶剂是一个最简单的绿色化学原则的运用,可能会有更大的影响。Reaxys使这个过程更容易,因为数据库提取数据,包括所有相关的反应条件和屈服——从文学论文和专利,并搜索呈现它们。而不是费力,试错的方法在文献论文可能是有关你的问题,希望他们包含你需要的信息,先进的搜索和筛选Reaxys直接让你寻找你所需要的数据,减少所花费的时间来确定选择。这使得它更容易询问内容无需阅读所有的报纸,”她说。的过滤器使它容易缩小选项范围。”

选择不同的溶剂,避免了卤化溶剂毒性有明显的环境和福利。Reaxys查询能够揭示其他研究人员是以前你使用类似的化合物,分离甲醇和水而不是石油醚和DCM的混合物。

使用绿色化学催化反应是另一个关键原则,但这种反应也可以是低效的,特别是如果他们包括笨重的配体,难以分离和回收。更atom-efficient催化剂会立即改善其可持续性。它还可能可以代替一个稀有金属催化剂更丰富的或不那么危险的有毒金属。锡和铬,例如,许多常见的催化剂,但都是有毒的和难以去除,产生大量的浪费。同样,化学家可以搜索Reaxys和筛选结果基于这些参数;Reaxys提取信息,所以您可以很容易地找到另一个催化剂。此外,它链接到相关的主要文献,所以化学家可以迅速找到并评估最初的研究。

减少

呈现一个合成更可持续的另一种方法是使用较短的路线或另一种设计过程或反应。有更少的步骤,例如,意味着反应可能产生更少的浪费,需要更少的试剂和消耗更少的能量。

“有几个方面,”恩格尔加西亚说。“一个是反应效率。我想要一个收益率较高的反应,用更少的产品。理想情况下,原子是非常高效的,大多数(如果不是全部的话)原子的起始原料和试剂包含在最终产品中。这样可以减少浪费。”

反应,需要5分钟总是比东西更有效率一夜之间运行

能源使用是另一个因素。在室温下的反应往往需要低能量输入,因此在生产更节能,”她说。虽然它显然是重要的工业大规模的反应,在实验室规模的差异。

运行在更高的压力反应似乎需要更多的能量,恩格尔加西亚说,但实际上往往更有效率,因为反应更快。”它更快,你最终节约能源。反应,需要5分钟总是会更有效率比一夜之间运行的东西。

完全改变反应的方式执行是另一个潜在的方法来减少能源和试剂。它可能会从一个传统的间歇式反应在一个搅拌瓶过程中进行某种形式的流动反应器。和使用微波或紫外线可能是一个更好的选择作为能源的一个电炉。

Reaxys可以提供一定的帮助,她说。“你可以选择高收益反应,设置一个过滤器,说,至少有90%的收益率的反应,”她说。”或我可以过滤反应在室温下运行,甚至那些已经完成使用流化学与一个固定的催化剂。的流化学——这是另一个环境效益与试剂流动在一个固定的催化剂,它可以清洗和重复使用后反应,无需分离从反应混合物作为净化过程的一部分。

Argentina-based化学家Gustavo Pablo Romanelli博士为例,使得大量使用Reaxys在他的作品中重新设计合成路线,高价值的化合物在他Eco-Efficient有机合成。该集团使用Reaxys探索不同的策略来达到所需的化合物,并评估他们的可持续性和成本。

预测

最后,Reaxys包含化学反应的财富数据也可以被用来预测反应甚至之前运行。或者它可以预测新分子的性质之前。做尽可能多的工作在网上尽可能在进入实验室之前,它节省时间,精力,试剂和溶剂,”恩格尔加西亚说。

的预测Retrosynthesis工具在Reaxys可以帮助重新设计整个路线,使其更有效率,恩格尔加西亚说。这是一个基于ai工具的开发Reaxys之间的合作研发和明斯特大学的德国,有助于预测小说和已知的目标分子的合成路线。

“我没有,当我在实验室工作,它会使我的生活更容易!”她说。这预言一个路由到一个特定的化合物,反应条件和它来自文献,对每一个步骤。所以,我可以选择较短的路线,然后使用Reaxys探索每个步骤的修改,使其更环保的替代试剂或溶剂。如果你专注于非常高产的反应他们甚至可能不需要净化,所以产品是过滤掉。”

加西亚恩格尔指出,该工具可以完成一个化学家的技能,加强和加快设计过程。软件可以帮助优化路线,建议更换,减少对最小化还有很长的路要走的数量可能需要做的实验。你怎么能预测最环保的可能结果吗?”

Reaxys包括机器可读的实验数据,允许其权力其他人工智能和ML的过程,。例如,阿列克谢•Lapkin教授在剑桥大学的化学工程师,英国已使用Reaxys数据数年。Lapkin集团使用了大量的化学性质和反应Reaxys中包含的数据建立反应网络中寻找更有效的路线分子,并通过造型,找到清洁化学过程改进和生命周期优化。这是一种完全不同的方式使用相同的数据搜索改进的合成可访问性和更环保的替代品在网上,”恩格尔加西亚说。

思考如何实现绿色合成应该在一开始,她相信。你需要选择高效的路线与尽可能少的步骤,是否使用试剂和溶剂从可持续来源,以及它如何将纯化。”,随着项目的发展通过其不可避免的轮迭代和细化,Reaxys很容易保持在每一个阶段应用这些原则。

化学家会本能地考虑使用,乙醇代替氯仿,更少的有毒,可以来自生物量。在网上工具可能建议选择化学家可能没有想到,但这可能会工作得更好。“这样的工具Reaxys预测Retrosynthesis可以帮助做到这一点比手工快得多文献搜索,”恩格尔加西亚说。他们不会取代化学家,但加强他们的工作,使他们能够专注于为每一步选择更环保的选择。