تحليل 1.3 مليون تفاعل يكشف استمرار اعتماد الكيميائيين على المذيبات الخطرة رغم جهود الكيمياء الخضراء

أظهر تحليل 1.3 مليون تفاعل كيميائي مدرج في براءات الاختراع على مدار أربعة عقود أن الكيميائيين لا يزالون يعتمدون بشكل كبير على المذيبات الخطرة، على الرغم من الحملة التي استمرت ما يقرب من 30 عامًا جعل الكيمياء “أكثر خضرة” باستخدام بدائل أكثر أمانا واستدامة. ويعد الاستطلاع الأكبر والأشمل من نوعه.

المذيبات هي سوائل العمود الفقري المستخدمة لإذابة المواد الكيميائية أثناء التفاعلات. ويستخدمها الكيميائيون أيضًا لاستخراج وتنقية منتجات التفاعل. من المعروف أن بعض المذيبات الأكثر شيوعًا، مثل ثنائي كلورو ميثان (DCM)، لها مخاطر صحية، أو أنها خطيرة بطرق أخرى – على سبيل المثال، العديد منها قابل للاشتعال. وجميعها تقريبًا مشتقة من النفط أو الغاز الطبيعي، مما يمنحها بصمة بيئية كبيرة.

مسح براءات الاختراع، نشر هذا الشهر في الكيمياء التطبيقية¹، وجدت ذلك المذيبات المصنفة على أنها خطرة تم استخدامها في حوالي 60% من التفاعلات المذكورة في براءات الاختراع في عام 1976، ولكن بحلول عام 2016 ارتفعت هذه النسبة إلى أكثر من 70% (انظر: “استمرار المذيبات الخطرة”). تقول هيلين سنيدون، الباحثة في الكيمياء المستدامة بجامعة يورك بالمملكة المتحدة، والتي شاركت في تأليف التحليل مع مارتن دوبيلير، الباحث الذي يطبق الذكاء الاصطناعي على الكيمياء في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان: “لقد شعرت بخيبة أمل، وليس بالمفاجأة”.

يقول بروس ليبشوتز، عالم الكيمياء العضوية في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا، إن النتائج تعزز الحاجة الملحة للكيمياء للابتعاد عن المذيبات القائمة على البتروكيماويات. ويقول: “علينا أن نتوقف”.

وتتعلق العديد من براءات الاختراع بالأبحاث الاستكشافية في مرحلة مبكرة من اكتشاف الأدوية. يقول ديفيد ليهي، رئيس المجلس الاستشاري لمعهد الكيمياء الخضراء التابع للجمعية الكيميائية الأمريكية في واشنطن العاصمة: “يبدو الأمر محبطًا بعض الشيء، لأنك تتوقع أننا يجب أن نشهد تقدمًا”. “آمل أن تنظر الكثير من مجموعات الكيمياء الطبية والمجموعات الأكاديمية إلى هذا الأمر وتفكر في خياراتها الخاصة.”

تنبيه أحمر

التحليل الذي اعتمد عليه قاعدة بيانات موجودة مسبقا، مأخوذة من مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي، حيث تم تحويل الأسماء والهياكل الكيميائية من براءات الاختراع إلى تنسيق يمكن قراءته بواسطة الكمبيوتر. يقول دوبيلير: “إنه تقريبًا المستودع الكبير الوحيد مفتوح المصدر للتفاعلات الكيميائية المتاح لهذا النوع من المسح”.

طور دوبيلير نظامًا قائمًا على الذكاء الاصطناعي يسمى Rxn-INSIGHT يمكنه استيعاب قواعد البيانات الكيميائية، ثم الإجابة على الاستفسارات حول الكواشف والمحفزات والمذيبات التي يجب على الكيميائيين استخدامها لصنع جزيئات جديدة.². أدرك سنيدون ودوبيلاير أنه بإمكانهما نشر النظام لتتبع استخدام المذيبات عبر أكثر من 500 نوع مختلف من التفاعلات الكيميائية في قاعدة بيانات براءات الاختراع المشروحة.

لماذا لا يستطيع الكيميائيون ترك البلاديوم

لا يُظهر الاستطلاع فقط أن المذيبات الخطرة مثل DCM لا تزال هي المفضلة لدى الكيميائيين؛ كما وجد أيضًا أنه عندما تقيد اللوائح الحكومية استخدام المذيبات السامة، فمن المرجح أن يتحول الكيميائيون إلى سائل خطير آخر بدلاً من اختيار بديل أكثر مراعاة للبيئة أو أكثر أمانًا. علاوة على ذلك، فإنه يُظهر ارتفاعًا كبيرًا في استخدام حمض ثلاثي فلورو أسيتيك (TFA)، وهو المفتاح لتخليق أدوية الببتيد الشعبية. وفقًا لبعض التعريفات، فإن TFA عبارة عن “مادة كيميائية إلى الأبد”، وهي واحدة من العديد من المواد الثابتة المتعددة الفلوروألكيل (PFAS) الموجودة بشكل متزايد في الممرات المائية والتربة والكائنات الحية.

يقول ليهي إن الكيميائيين المشاركين في اكتشاف الأدوية في المراحل المبكرة غالبًا ما يهدفون إلى تصنيع الكثير من الجزيئات المختلفة في أسرع وقت ممكن، ولهذا السبب يعتمدون على الأدبيات السابقة عند اختيار المذيبات. يقول ليهي، الذي يشغل منصب نائب رئيس تطوير المواد الدوائية في شركة Biohaven ، وهي شركة أدوية في نيو هيفن بولاية كونيتيكت: “ليس هناك أي حافز تقريبًا لدى الكيميائيين المكتشفين لتصنيع هذه الجزيئات في ظل ظروف أكثر ملاءمة للبيئة”.

ومع ذلك، ربما لم يرصد التحليل بعض مجالات التقدم. تنتهي قاعدة البيانات في عام 2016، لذا لا تتضمن التغييرات بعد ذلك. كما أنها لا تقيس كميات المذيبات المشاركة في هذه التفاعلات، على سبيل المثال، لذلك من الممكن أن يساعد الاتجاه نحو تقليص أو تصغير إعدادات التفاعل في المختبرات على تقليل الاستخدام العام للمذيبات. وفي حين أن براءات الاختراع تسجل في الغالب الأبحاث في المراحل المبكرة، فإن عمليات التصنيع الموسعة غالبًا ما تتخلص من المذيبات الخطرة مثل DCM ، كما يقول سنيدون.