01.09.2012

Как ученые «озеленяют» химию

В усилиях ученых, борющихся за «озеленение» химии, находят свое отражение 12 руководящих принципов, разработанных химиками Полом Анастасом и Джоном Уорнером, которые в середине 1990-х основали движение за экологически чистую химию. Среди этих правил есть такое: лучше не допустить производство отходов, чем впоследствии убирать их. Но если отходов невозможно избежать, они должны быть нетоксичными или минимально ядовитыми, так же как и сами химические продукты. Химические реакции должны быть энергоэффективными, например, проходящими при комнатной температуре без дополнительного нагрева. И в идеале химики должны использовать возобновляемые источники, пишет Livescience.

Химию, конечно, сложно назвать экологически чистой наукой, но исследователи работают над тем, чтоб сделать ее безопаснее для планеты. Вот несколько примеров, как химики повышают уровень экологической ответственности при помощи совершенствования химических процессов, использующихся при производстве лекарств, пластиков и других изделий.

Вода, везде вода

Когда два химических вещества вступают в реакцию, им, как правило, необходима жидкая среда. Ею часто выступает токсичный растворитель. Когда реакция окончена, химики должны либо вылить его, либо попытаться переработать. Экологически чистой альтернативой является использование безопасного растворителя – воды.

Брюс Липшуц из Калифорнийского университета разработал крошечные частицы в форме пузырьков (наночастицы), которые дают возможность проводить реакции в воде. Химические вещества попадают в частицы, где среда отлично подходит для взаимодействия, и в результате получается продукт. Благодаря тому, что реакции высококонцентрированные, они могут проходить при комнатной температуре. Ученым не приходится активизировать реакции теплом, и это экономит время и энергию.

Зовем на помощь микробов

Еще одним способом заставить реакции проходить на основе воды, а не растворителя, является использование микробов. Ученые работают над микроорганизмами для получения полезных молекул, как правило, энзимов, задачей которых является проведение химических реакций в растворах на основе воды. Химики могут использовать микробов или просто их энзимы для ускорения химических реакций в водном растворе.

Например, Джей Кизлинг из Калифорнийского университета разрабатывает микроорганизмы для производства определенных молекул. Несколько лет назад он поместил более десятка генов в обычную бактерию Escherichia coli и дрожжевой гриб, что дало возможность организмам вырабатывать противомалярийное лекарство, которое очень дорого производить другим способом. Ученый исследует такой же метод для производства лекарств от ВИЧ и экологически чистого биотоплива, которое сможет заменить горючее на основе полезных ископаемых, такое как бензин.

Краткий синтез

Другие ученые изменяют существующие химические составы, чтобы сделать их экологически чище. Например, для лабораторного синтеза лекарства гепарина, предотвращающего формирование тромбов у людей с сердечными заболеваниями, как правило, требуется 50 этапов, и на каждом из них образуются отходы.

В прошлом году Роберт Линхард из Политехнического института в штате Нью-Йорк, США, укоротил процесс до 12 этапов. В ходе его реализации образуется меньше отходов, а выход лекарства повышается, что сократит расходы на его производство.

Одним из распространенных способов ускорить химическую реакцию является использование катализатора, как правило, металла, который содействует прохождению реакции. Шеннон Стал из Университета Висконсин-Мэдисон разработал способ использования каталитических металлов палладия и меди для отделения атомов водорода из ряда химических веществ. Когда водород соединяется с кислородом, получившимся продуктом является вода.

Как правило, химики, выполняя широкомасштабные реакции, ограничивают доступ кислорода, так как он может вызвать взрывы. Ученый же предложил способ минимизировать этот риск, проводя реакции в жидкости, текущей по трубам, а не в одной большой цистерне.

Источники:

1. facepla.net