化学制药中绿色溶剂及无溶剂合成技术

化学制药中绿色溶剂及无溶剂合成技术

【摘要】在传统的技术条件下，化学制药过程中存在诸多污染问题。特别是

一些有毒、有害有机溶剂的使用，一旦处理不当，就会带来严重的环境污染和威

胁人的身体健康。随着经济发展与科技进步，人们开展关注制药污染问题，对化

学制药提出了绿色化的要求。在这种背景下，绿色溶剂和无溶剂合成技术将会得

到大力推广与应用，通过利用这两种技术不断提升反应物化学反应速率，减少污

染物质的产生，以及节约能源和成本。

【关键词】化学制药；绿色溶剂；无溶剂；绿色化学

1.绿色溶剂技术

1.1 以水为介质的有机合成

水是生命活动所必须的物质，而且它也在我们的生产生活中发挥巨大作用。

水作为溶剂亦可以用于化学制药中，尤其它作为一种普遍存在的资源，具有纯天然、无污染、便于获取等特点，符合绿色化学理念的要求。但水作为溶剂在溶解

有机物时，溶解能力与其它有机溶剂相比较差。随着对化学制药质量要求的不断

提高，不得不放弃对水溶剂的研究，继而将研究方向和重点放在其它有机溶剂上。但随着科学技术的进一步发展，以水为介质的有机合成反应技术映入人们的眼帘，并且开始得到人们的广泛关注与重视。经过反复的化学实验，科学家们发现有机

物在水中溶解时，会表现出明显的“疏水性”特征。也就是说，这些有机物与水

不能进行互溶，特别是甲烷CH4、部分含有油脂的物质。当反应物溶解于水中时，可以采用充分搅拌的方式进行干扰，会使这些反应物因自身的“疏水性”，不断

压缩分子之间的接触空间，继而使分子间产生较强的相互作用力，实现在水中反应。在此过程中，科学家又发现以水为反应介质时，利用技术手段，如添加表面

活性剂等来引导反应，能使反应变得更加高效、充分，而且水溶解有机物能力差

的特点也会被充分利用，通过停止搅拌和发挥反应物“疏水性”特征，会出现明

显的分层现象，所以在反应结束后，利用过滤手段可以实现反应物与水的分离。

由此看出，该流程十分简单，操作起来并不困难，不仅实现了反应可控，而且也

没有产生任何污染问题。因此，以水为介质的有机合成必然会在工业生产中有更

好的应用前景。随着技术手段的提升，对于反应的把握还能更加精细化。

1. 2 以超临界流体为介质的有机合成

所有物质都会随温度、压强的变化而发生形态变化，呈现出固态、液态、气

态三种相态，而三种相态保持平衡且能共存时的温度和压强值即为三相点。需要

注意的是，相对分子质量较小的稳定物质，在发生相态变化时还会受密度影响。

对气液平衡状态时的物质进行升温加压，便可使其密度减少，使气液两相形态消失，而这一点便是临界点。对不同物质来说，其临界点对温度和压强的要求也不

尽相同。在进行相关研究和技术应用时，大多会选择临界点要求较低的物质。顾

名思义，超临界流体是指高于临界压强和温度值以上的流体。超临界流体具有气

相态和液相态的多种特性和优势，具有远超于液体的溶解能力。无论是黏性，还

是扩散度，亦或是传质速度也都远强于液体。相比于传统的多相有机反应，超临

界流体能够减少不必要的反应准备，简化反应条件，通过在相应的状态下实现均

相反应，能够让反应与分离实现一体化，有效解决了溶剂残留等问题。同时，以

超临界流体为介质的有机合成不仅无毒无害，而且还有不燃烧、不爆炸的特性，

能够在最大限度上减少对环境的污染和破坏。当前，在合成领域应用中，一般会

选择超临界二氧化碳CO2流体作为介质进行有机合成。由于CO2本身具有较多属性优势，所以它成为理想的绿色介质。比如，CO2的临界温度和临界压强都比较低，资源十分广泛，容易获取，造价低廉，并且在进行操作时更加容易控制。正是基

于超临界二氧化碳CO2流体的绿色性，很多国家都在加大人力、物力、财力展开

相关的技术研究。随着新工艺的开发与应用，超临界二氧化碳CO2流体的萃取、

分离、反应、治理等技术也更加成熟。这不仅是工业生产的一大技术突破，而且

有效解决了以往难以解决的技术难题，其应用也将掀起新的技术风潮，并创造更

多的社会价值和经济效益。

1.3以离子液体为介质的有机合成

离子液体又叫做离子性液体，其相态形式是液态，内部是由离子构成。比如，高温下的KCl、KOH都是离子液体。关于离子液体的化学研究，可以追溯到20世

纪初，虽然当时做出了很多研究，但是人们对离子液体并不感兴趣，它也没有在

工业生产等领域中得到实质性的应用。而想要得到离子液体，需要在很高的温度

下才能实现。只有温度足够高，才能克服离子键的束缚。离子化合物中的离子键

具有一定的化学特征，其能力与阳离子半径大小成反比，熔点也会随之降低。当前，在研究离子液体方面，已经取得了一定的技术成果。通过改变阳离子与阴离

子的组合，可以设计出不同种类的离子液体。现阶段，离子液体的合成方法主要

分直接法和两步法两类。离子液体作为有机合成的介质，具有很多优势特点:首先，完全呈现离子状态的液体，不会受到室温的影响而出现结晶现象，同时它还

有不易燃烧、不易爆炸、不易挥发等特性，使其保存与应用不会受到外在环境的

影响和约束。其次，离子液体作为介质的属性优于有机溶剂，其性能决定它具有

保证反应安全性和绿色性的效果，同时无论是化学性能，还是热稳定性，离子液

体都表现出了极强的稳定性。也就是说，在利用离子液体作为介质时，可以在保

证反应安全、绿色的同时，还能在多次使用后依旧保持原有的特性和状态。这符

合节约成本、保护环境、减少浪费的绿色概念，所以离子液体在化学制药中得到

更加广泛的运用。最后，离子液体作为溶剂的最大特点是它可以完全溶解有机物

和无机物，同时反应可以在均相条件下进行，并且能提升转化率和优化反应效果。由此可见，利用离子液体作为介质进行有机合成将会是十分理想的选择，相信离

子液体作为溶剂或是催化剂在有机合成领域中的应用也会越来越广泛和深入。

1.无溶剂合成技术

2.1 无溶剂的有机合成

无溶剂合成技术的探索与发展源起于有机溶剂对环境的破坏与污染及给人们

带来的危险和伤害，其本质上是一种绿色的化学技术。随着科学水平的不断提升，无溶剂有机合成不仅得到了人们的重视与支持，而且也在很多领域中得到了广泛

应用。顾名思义，无溶剂有机合成就是不以溶剂为介质进行的直接性的固态有机

反应。按照相态变化，它可以有固体与固体，固体与液体，固体与气体三种反应

形式。其反应方式有两种:一是将反应物直接置于适当的温度、压强条件下进行

搅拌震动，让反应物分子进行接触与碰撞，以此发生化学反应；二是将固体反应

物进行研磨，或是将液体反应物进行加热，使反应物分子的接触变大，以此提高

反应质量和效率。这两种方式都保证反应充分，不会产生副产物，并且流程简单、操作便捷，具有明显的安全和环保作用。人们对无溶剂有机合成的研究一直未停