V. CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH
V.6 Nguyên tắc 6– Loại trừ dẫn xuất hóa học
“Những dẫn xuất không cần thiết (nhóm blocking, biến đổi tạm thời các quy trình hóa lý) nên được loại trừ nếu có thể.”
Tổng hợp hóa chất hữu cơ trở nên phức tạp và giải quyết nhiều thách thức với nhiều phương pháp mới được phát triển.
Khi có nhiều điểm phản ứng trên một phân tử à có xu hướng có nhiều phản ứng trực tiếp vào điểm mong muốn.
Không nhất thiết phải hình thành dẫn xuất để tiêu thụ chất phản ứng để rồi sau đó phản ứng của hợp chất sẽ làm phát oisinh chất thải halogen trong suốt thời gian xảy ra phản ứng mong muốn.
Ví dụ 1: Thuốc chống viêm không steroid (tiếng Anh: non-steroidal anti- inflammatory drug, viết tắt là NSAID) là loại thuốc có tác dụng hạ sốt, giảm đau, chống viêm không có cấu trúc steroid. Là thuốc giảm đau, nhưng khác với các thuốc opiat, NSAIDs là thuốc giảm đau ngoại vi và không có tác dụng gây nghiện. Những thuốc tiêu biểu của nhóm này gồm có aspirin, ibuprofen, diclofenac, và naproxen đã được sử dụng rộng rãi trong điều trị từ lâu. Paracetamol (acetaminophen) có tác dụng chống viêm không đáng kể, nhưng lại có tác dụng hạ sốt và giảm đau rất tốt, nên đôi khi vẫn được xếp trong nhóm này. Thuốc có tác dụng ức chế sinh tổng hợp Prostaglandin (PG) do ức chế men cyclo-oxygenase (COX) làm giảm tổng hợp PG. Năm 1972 Flower và Vane đưa ra giả thuyết về sự có mặt của hai chất đồng dạng COX-1 và COX-2, đến thập niên 1991 với kỹ thuật phân tử, Daniel L. Simmons thuộc Đại học thanh niên Brigham đã xác định được chất COX-2 là một loại mARN khác so với COX-1, hai chất đồng dạng này có cùng trọng lượng phân tử (71kDa), có 60% acid amin giống nhau và được tìm thấy ở những vị trí khác nhau trong tế bào:
• COX-1 có mặt trong các tổ chức bình thường, là một men ‘’quản gia’’ về cấu trúc, điều hòa các hoạt động sinh lý của hệ thống tiêu hóa, thận và nội mô mạch máu. Nếu COX-1 bị ức chế sẽ gây ra các tác dụng bất lợi trên các tổ chức bình thường như hệ tiêu hóa, thận và tiểu cầu.
• COX-2 hầu như không có mặt trong các tổ chức bình thường, mà được tạo ra do cảm ứng, chủ yếu tại các tổ chức viêm. Nếu COX-2 bị ức chế sẽ kiểm soát được quá trình viêm mà không ảnh hưởng tới các chức năng khác của cơ thể.
• Năm 2002, Simmons còn khám phá ra COX-3 và phân tích mối quan hệ của enzyme mới này với paracetamol (thuốc giảm đau được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới). Tác giả đã cho rằng sự ức chế COX-3 có thể là cơ chế tác dụng trung ương của thuốc này đối với tác dụng giảm đau và hạ sốt.
Trên cơ sở này, người ta thấy rằng sự an toàn của thuốc kháng viêm phụ thuộc vào khả năng ức chế chuyên biệt, ức chế ưu thế, ức chế chọn lọc hay không ức chế chọn lọc
men COX-2. Một số thuốc kháng viêm mới như Nimesulide, Acemetacin (ức chế ưu thế COX-2), Meloxicam (ức chế chọn lọc men COX-2), Celecoxib,Rofecoxib,
Valdecoxib, Etoricoxib (ức chế chuyên biệt COX-2) có các tác dụng phụ liên quan đến ức chế tổng hợp PG giảm đi nhiều so với các thuốc kháng viêm cổ điển khác. Tuy nhiên, trên thực tế không có thuốc kháng viêm nào hoàn toàn chỉ ức chế COX-2, tức là chỉ có tác dụng kháng viêm mà hoàn toàn không có tác dụng bất lợi.
Ví dụ 2: Trong sản xuất dược phẩm
Khi áp dụng các phản ứng “xanh” hơn và hiệu quả hơn, các công ty sản xuất dược phẩm không những phải xem xét việc giảm lượng phế thải mà còn phải xem xét lượng nguyên liệu được sử dụng và bản chất của những gì được tạo ra. Trong quá trình sản xuất các hợp chất dược phẩm mới, nhiều công ty đã đặt ra các mục tiêu căn cứ theo những thước đo như hệ số hiệu quả quá trình, tỷ lệ phế thải và hiệu suất khối lượng quá trình. Ví dụ, Công ty GlaxoSmithKline đã lập ra bộ chỉ số sinh thái để lựa chọn các nguyên liệu cơ bản và dung môi theo các nguyên tắc hóa học xanh và công nghệ xanh cũng như các quy định pháp lý đối với hóa chất. Ngoài ra, Công ty còn đưa ra bộ công cụ đánh giá nhanh tác động, cho phép sàng lọc các phương pháp tổng hợp căn cứ theo tác động đối với môi trường trong thời gian tuổi thọ của sản phẩm.
GlaxoSmithKline đã sử dụng các công cụ trên để so sánh các quy trình hóa học với các quy trình sử dụng xúc tác enzym khi sản xuất axit 7-aminocephalosporic. Các ước tính ban đầu cho thấy quy trình hóa học có hiệu suất cao hơn, nhưng quy trình xúc tác sinh học có hiệu quả cao hơn về mặt tiêu thụ năng lượng, nguyên liệu, và mức phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính thấp hơn.
Tương tự, tại GlaxoSmithKline một quy trình mới để sản xuất thuốc điều trị bệnh tiểu đường trong giai đoạn thử nghiệm II đã được áp dụng trên quy mô lớn, thay thế cho quy trình cũ sử dụng nhiều năng lượng và nguyên liệu. Hiệu suất thu được không chỉ cao hơn 37%, mà tiêu thụ năng lượng còn giảm hơn một nửa và tiêu thụ dung môi giảm 81%, đồng thời lượng nước thải giảm 30%. Quy trình mới này sẽ tiết kiệm cho Công ty hơn 175 triệu USD mỗi năm về mặt chi phí nguyên liệu và chi phí xử lý phế thải.
Giảm sử dụng dung môi và tái sử dụng phế thải: Các nhà nghiên cứu luôn tìm kiếm các cơ hội để thu hồi hoặc tái chế các dòng phế thải trong sản xuất dược phẩm. Với những công cụ sàng lọc và đánh giá mới, họ có thể hiểu rõ những gì mà các quá trình sản xuất sẽ tạo ra và tìm cách thu hồi một số phế thải để cung cấp cho các lĩnh vực sản xuất khác, ví dụ cung cấp dung môi cho sản xuất sơn. Tại Hãng dược phẩm Pfizer, lượng dung môi clorofom sử dụng trong năm 2008 đã giảm 98%, từ năm 2005 hãng cũng đã ngừng sử dụng dung môi diisopropyl, giảm 60% lượng sử dụng dung môi diclometan. Những động lực chính đối với Pfizer trong nỗ lực giảm sử dụng dung môi này là giảm chi phí sản xuất, đặc biệt là chi phí xử lý phế thải, và giảm xuống tối thiểu tác động đối với môi trường trong quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất