İlaç endüstrisi, üretim süreçlerinin çevresel ayak izini üzerinde uzun süredir karşı karşıya kaldı. Büyük ölçekli kimyasal sentezler (APIs) ve ortalar, önemli enerji tükettiği çok aşamalı tepkilere dayanıyor ve ciddi atıklar üretiyor.
Yeşil Kimya ve Farmasötik Synthesis'teki 12 İlk
Yeşil kimya kavramı, 1998 yılında Paul Anastas ve John Warner tarafından resmi olarak kabul edilen, çevresel zararı en aza indiren kimyasal ürünleri ve süreçleri tasarlamak için bir çerçeve sunar. Yeşil kimyanın onets for the far-scale sentez, these Principles specific replica strategy that reduce a framework for design.
Atık Önleme ve Atom Ekonomisi
İlk ilke – onu tedavi etmek yerine atıkları – farmasötik üretimdeki en büyük zorluklarından birini ele alalım: büyük miktardaki çözücü atık üretimi, reaktifler ve kirlenmiş akrepler. Süreç kimyagerleri artık atom ekonomisini önceliklendirir, örneğin, ürüne geçişin tümleşik reaksiyonlarını değiştirmek ve atom verimliliğini dramatik şekilde artırmak.
Safer Branson ve Auxiliaries
Doğal olarak sıvılaşan (CPME) ve ethyl acetate gibi organizasyonlar tarafından geliştirilen kloraliz ve daha fazla ısıtılmış çözücüler için kullanılan nano-parçacıklı alternatifler için bakım sistemi ile ilgili olarak, çevresel, sağlık ve güvenlik (CPME) profillerini değerlendirmek için daha fazla sayıda sıvıyaklı reaksiyonları azaltmaktadır.
Degradasyon için tasarım
API tasarımı, sürdürülebilirliğin geliştirilebileceği başka bir alandır. Aktif bir ilaç bileşeni, kullanımdan sonra toksik olmayan bozulma ürünleri bozmak için tasarlanmıştır, bileşik çevresel kalıcılığı en aza indirmektir.Bu, erken ilaç gelişimi ile ilgili olsa da, büyük ölçekli üreticiler de doğal olarak daha az tehlikeli olan sentetik ortaların seçimini etkileyebilir.
Catiyaliz ve Biyokataliz: Yeşil Synthesislerin İşhorları
Catiyaliz, farmasötik sentezler için en güçlü araçtır. Daha fazla sürdürülebilir hale getirmek için katalizörler, katalizörler, enerji gereksinimleri ve yan ürün formlarını azaltmak için tepkilere izin verir. Hem homojen hem de heterojen katalizörler büyük ölçekli operasyonlarda yaygın olarak kullanılır.
Transition-Metal Catiyal
Noble metal katalizörler - palladium, platin, ruthenium ve iridium dahil - Suzuki-Miyaura darbesi gibi, Heck reaksiyonları ve modern API sentezlerinde temel alan hidrojenler dahil. Ancak, bu metaller nadir, pahalı ve yasal olarak ele alınsa toksik olabilir. Yeşil kimya, ürünlerin geri dönüşümü ve yeniden kullanımı ile sık sık sık sık sık sık katılaşmasına veya biyofakanaliz sistemleri kullanarak.
Biyokataliz: Ölçeğin Enzymatik Dönüşümleri
Biyokataliz, ana akım üretim platformuna bir niş laboratuvar tekniğinden olgunlaşmıştır. Enzymes, bu mühendisi transases ve dudakases, yüksek basınçlı reaksiyonları% 80'den fazla gerçekleştirebilir ve değerli metal katalizörler için ihtiyaçları ortadan kaldırır. Benzer şekilde, atorvastatin ortas faydaları enzimli transaminazların ölçeklenebilirliği ile şimdiye kadar çok sayıda ilaçlama işlemine ayrılmıştır.
Sürekli Akış İmalatı Bir Sürdürülebilirlik Olarak
Batch işleme yıllardır farmasötik üretim için varsayılan mod olmuştur, ancak sürekli akış üretimi hızla traksiyon kazanıyor. Akış reaktörlerde, reaksiyonlar daha dar tüplerde veya kanallarda gerçekleşir, üstün ısı ve kütle transferi sunar, konut zamanındaki hassas kontrol sağlar ve çevresel faydaların üstesinden gelmek önemlidir:
- [[Düzücük kullanım:[Dönetici: 0,0) Akış süreçleri genellikle ürün başına daha az çözücü gerektirir, çünkü karıştırılmış ve ısı transferleri daha verimlidir. Bazı reaksiyonlar neat (solvent-free) koşullarda yapılabilir.
- [FONT:0) Düşük enerji tüketimi: [Dön reaktörler sürekli reaktörler büyük gemilerden daha verimli veya serinlenebilir, enerji taleplerini azaltır.
- [FONT:0)Waste minimization:[Döneticiler genellikle reaksiyon parametreleri üzerinde sıkı kontrol nedeniyle daha düşük miktarlarda oluşturulur.Inline saf saflaştırma teknikleri, sürekli ekstraksiyon veya kristalleştirme gibi, daha fazla kesme çözücü atıkları.
- [FONT:0) Geliştirilmiş güvenlik:[Dönetici:0) Herhangi bir zamanda akış sisteminde küçük tepki verenler, kaçak reaksiyonlarının veya kontrol edilmemiş exothermlerin riskini azaltır, ancak DMzomethane veya hidrojen peroksit gibi tehlikeli reaktiflerin kullanımını daha güvenli bir şekilde azaltır.
ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) sürekli üretimin benimsenmesini aktif olarak destekliyor, rehberlik belgeleri veriyor ve şirketlerin düzenleyici onayları kolaylaştırması için çalışıyor. HIV ilaçifunavir ve antidepresan citalopram da dahil olmak üzere birçok blokbuster ilacı, şimdi sürekli süreçleri ölçeklendiriyor.
Süreç Doğrulama ve Enerji Verimliliği
İlaç kimyasal sentez enerji yoğundur, distillasyon, ısıtma, soğutma ve yüksek basınçlı operasyonlar enerji ayak izini bozuyor. - ekipman boyutunu önemli ölçüde azaltan teknolojiler seti - çok daha düşük enerji tüketimine giden bir yol.
- [FONT:0)Mikroreactor teknolojisi: [Döntgen: 1) Sub-millimeter kanalları hızlı karıştırıp ısı transferini sağlar, saniyeler veya saatler yerine birkaç dakika içinde tamamlanmasına izin verir.
- [FONT:0)Mikrodalga destekli sentez: Doğrudan dielektrik ısıtma, reaksiyon zamanlarını azaltabilir ve kutup reaksiyonları için verimleri geliştirebilir, ancak üretim hacmine ölçeklendirme zorlu kalır.
- [FONT:0)Ultrasound ve cavitasyon: Acoustic cavitasyon heterojen reaksiyonlarda kitlesel transferleri artırabilir, aşırı reaktifler için gerekli olan ihtiyacı azaltır.
- [FONT:0)Enerji verimli ayrılıklar: [Dönetici: [Döntgenlik:0) Membran filtrasyon, ekstraksiyon ve pervaporasyon, geleneksel distillasyona alternatifler sunar,% 50 veya daha fazla ısı enerji kullanımını kesmek.
Yaşam döngüsü değerlendirmeleri (LCAs) giderek artan kılavuz süreci geliştirme, mühendislerin en enerji yoğun adımları belirlemelerine ve onları iyileştirmeye yönelik hedef almalarına izin verir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının benimsenmesi - bu teknik gelişmeler için güneş veya rüzgar enerjisi gibi - API üretiminin genel karbon yoğunluğunu azaltır.
Atık Yönetimi ve Geometrik Ekonomi Yaklaşımları
İlaç sentezleri sırasında üretilen atıklar birçok formda gelir: Mekanik ve finansal maliyetlere sahiptir, atık akışları diğer süreçler için değerli girdiler içerir. Geleneksel atık tedavisi - yer dışı atıklar - çevre ve finansal maliyetlere sahiptir.
Kurtarma ve Geri Dönüşüm
Distillation ve membran ayrımı yeniden işleme için yüksek hacimli çözücüleri geri alabilir. Birçok büyük ölçekli üretici kapalı-loop çözücü geri dönüşüm sistemleri, bakire için gerekli olan çözümü 70-% 90 oranında azaltmaktadır. Bazı durumlarda, atık çözücüleri temizlenebilir veya bakım için yeniden kullanılabilir.
Catalyst Geri Dönüşüm
Transition-metal katalizörleri genellikle sentetik bir dizide en pahalı girdidir. Katı desteklere karşı hareket eden katalizörler veya biyofazik sistemleri kullanarak kolayca kurtarma ve yeniden kullanılabilir. Örneğin, bir palladium katalizörü (bireyin üzerinde filtrelenebilir) ve birden fazla döngüden sonra filtrelenebilir, metal kirliliğini azaltır ve kilo başına maliyeti azaltır. Homojen katalizörler geri kazanmak için daha zorlanır, ancak nanotfiltrasyon veya termomorphic sistemler gibi teknikler (bir katalizör önyükleme ve soğutmaya bağlı olarak).
Ürünlere Göre Upcycling By-products into Products
Bazı ürünler, diğer tepkiler için başlangıç malzemesi olarak yeniden dönüştürülebilecek ve yeniden kullanılabilir, örneğin, penillin aralarının sentezleri, sentetik tasarımın alt işleme ile ilgili olarak incelenmesini gerektirir, ancak diğer tepkiler için bir başlangıç malzemesi olarak yeniden kullanılabilir. benzer şekilde, lityum içeren atık akışları, batarya malzemelerinden gelen kaynak olarak incelenir.
Endüstri Girişimi ve Düzenleme Çerçeveleri Araba Değişimi
İlaç endüstrisi en iyi uygulamaları paylaşmak ve ortak sürdürülebilirlik hedeflerini belirlemek için bir araya geldi. ACS Green Chemistry Institute Farm Roundtable, 2005 yılında kuruldu, Pfizer, Merck, Novartis, GlaxoSmithKline ve Eli Lilly yeşil kimya araştırma üzerinde işbirliği yapmak, önemli ölçümler yayınlamak ve çevresel etki değerlendirme araçları geliştirmek için bir araya geldi.
Düzenleme ajansları da aktif hale geldi. FDA'nın sürekli üretim konusundaki rehberliği, atıkları azaltabilecek ve kaliteyi artırabilecek yenilikçi teknolojilerin kullanımını teşvik ediyor. Avrupa Tıp Ajansı (EMA) ilaç onayı sürecine entegre edilmiş çevresel risk değerlendirmeleri, üreticilerin sentez yollarını ve atık tasarruf planlarını en aza indirmelerini gerektiren. Uluslararası Harmonizasyon Konseyi (ICH) farmasötik geliştirme (ICH)
Bazı hükümetler yeşil kimya kabulü için teşvikler tanıttılar. Örneğin ABD Çevre Koruma Ajansı'nın Cumhurbaşkanlığı Yeşil Kimya Challenge Ödülü, temiz sentetik rotalar geliştirmek için çok sayıda farmasötik şirket tanıdı. Bu tür tanıma sadece kamuya teşvik ediyor, ancak aynı zamanda sürdürülebilir teknolojilere yatırım teşvik ediyor.
Büyük ölçüde Kalıcı Örnekler
Merck's Sitagliptin Biocatalytic Route
Yerlilikli bir metal katalizörü ve sert çalışma koşullarını gerektiren yüksek basınçlı bir kepleteye dahil edildi. Merck, Codexis ile 50 kg / kg API ile ortak oldu. Bu başarı 2010 Presidential Green Chemistry Challenge Ödülü altında doğrudan elde etti.
Pfizer'in Nivolumab Branson Stratejisi
Monoclonal antibody kanser tedavisi nivolumab için, Pfizer, önemli bir bağlantı kurmak için bir çözücüyü sentezlemek için bir çözücü işlemi geliştirdi.Dikomethane'yi kullanarak sürekli yağış yöntemine doğru,% 90 oranında azalttı ve işlem döngüsü süresini azaltır.
Novartis' Sürekli Intermediates
Novartis, çeşitli API aralarının üretimi için akrep kimyası uyguladı, çünkü kardiyovasküler uyuşturucu kontenjana karşı öncü olan bir reaktörü kullanıyor ve enotelektif enzimlerle birlikte yüksek dönüşüme ve enantioselectivity elde etmek için. Enerji ayak izi yüzde 60 oranında azaldı ve çapraz-contaminasyon riski büyük ölçüde azaltıldı.
Meydanlar ve Meydanlar Genişleme
Zorlu teknik ve ekonomik tartışmalara rağmen, sürdürülebilir farmasötik sentez geçişi engeller olmadan değildir.En yaygın alıntı zorluklar şunları içerir:
- [FONT:0) Yüksek sermaye maliyetleri:[Dönemli) Mevcut toplu bitkileri sürekli akış ekipmanlarıyla optimize etmek veya çözücü kurtarma birimlerini kurmak önemli yatırım gerektirir. Küçük şirketler bu tür yükseltmeleri finanse etmek için kaynakları yoksun bırakabilirler.
- [FONT:0)Yönergeci inertia:[Döneticiler, yeni rota farklı dürtüleri tanıtıp geri dönmeleri için süreci değişiklikleri onaylatmaya isteksiz olabilir.
- [FONT:0)Teknik karmaşıklık: [Dönetici süreçler, güçlü olsa da, genellikle kapsamlı enzim mühendisliği ve ölçeklendirme optimizasyonu gerektirir. Sürekli akış sistemleri her özel kimya için tasarlanmıştır ve sorun giderme her bir topluda daha zor olabilir.
- [FONT:0)Supply zincir kısıtlamaları:[Dönetici:[Dönetici:0))) Yenilenebilir yemstockleri gerekli miktarlarda veya saf maliyette kullanılabilir olmayabilir. Biyo-derived bina bloklarına göre, süreç sağlamlığını etkileyebilecek ham maddi özelliklerde kullanılabilirlik sağlar.
Bu engellerin çoğu işbirliğine dayalı endüstri çabaları, paylaşılan araştırma platformları ve hükümet finansmanı programları ile ele alınmaktadır. Daha fazla şirket sürdürülebilir süreçlerin ekonomik faydalarını gösteriyor, kabul için iş davasını daha güçlü hale getiriyor.
Future Outlook: The Next Frontier in Sustainable Synthesis
Önümüzdeki birkaç ortaya çıkan trend, farmasötik kimyasal sentezin yeşilliğini daha da hızlandıracak.
Yapay Zeka ve Makine Öğrenme
AI-güdümlü modeller, atom ekonomisi, çözücü uyumluluk ve enerji gereksinimleri gibi bilinen büyük tepkilerin analiz edilmesi ile yeşil sentetik rotaları önerebilir ve MIT'deki en sürdürülebilir parametreleri tanımlamak için de kullanılır. Makine öğrenimi, insan takımlarından daha hızlı bir şekilde sentezlenebilir.
Kimyasal Synthesis'in elektrikselleştirilmesi
Elektrokimyasal sentez, madenlerle ajanların oksitlenmesini veya azaltmasını, kromat veya çinko gibi metallerin ihtiyaçlarını ortadan kaldırır ve ilişkili atıklardan kaçınır. Elektrokimyasal hücre tasarımındaki son gelişmeler, bir mayınların sentezlerini ve yenilenebilir elektriklerin daha bol hale gelmesini içerir.
Biomass-Derived Feedstocks
Lignin, hücreli ve diğer biyokütle bileşikler, kömür bina blokları için yenilenebilir başlangıç malzemeleri olarak araştırılıyor. Lignin, petrol bazlı parçalarıyla entegre edebilecek zengin bir aromatik bileşikler kaynağı.
Holo-omics and System-Level Entegrasyonu
Bir sonraki sürdürülebilir üretim nesli, kimyasal ürün geliştirme adımlarıyla birlikte fermentasyon, kimyasal katalizör ve sürekli işlem yapılmasını içerebilir.Tek bir tesisteki birçok ilaç iskelesinin yenilenebilir kaynaklardan elde edilmesi gibi karmaşık doğal ürünlere yol açabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Büyük ölçekli farmasötik kimyasal sentezlerde artık bir arzusal hedef değil, pratik bir zorunluluktur. Yeşil kimya ilkelerinin yakınlaştırılması, gelişmiş katalitik yöntemler, sürekli üretim ve gezegenin sağlığının atık, enerji tüketimi ve çevresel etkilerde eşit derecede önemli ölçüde azaltılması vardır.