روش های سنتزی باید به گونه ای طراحی گردند که اتم های موجود در مواد اولیه استفاده شده در واکنش، در محصول نهائی بیشترین مشارکت را داشته باشند. بنابراین اگر در یک مکانیسم سنتزی، راندمان واکنش 100% باشد ولی محصول جانبی نیز در خلال واکنش تولید شود، و تعدادی از اتم های واکنشگرها در محصول بکار گرفته نشوند چنین واکنشی مطلوب نخواهد بود بلکه حالتی که تمام اتم های اولیه در محصول نهایی حضور داشته باشند، مطلوب تر خواهد بود.
صرفه جویی اتمی برای هر واکنش از فرمول زیر بدست می آید:
نکته:
واکنشهای پریسیکلیک ماکزیمم صرفه جوئی اتمی را دارند زیرا هیچ اتمی به محیط زیست وارد نمی کنند، این دسته از واکنش ها با صرفه جوئی اتمی 100 درصد انجام می گردند.
نوآرایی کلایزن و واکنش دیلز – آلدر به عنوان نمونه ای از واکنش های با صرفه جوئی اتمی 100 درصد در زیر آورده شده است.
کاهش استفاده از مواد شیمیایی خطرناک
روش های سنتزی باید طوری طراحی شوند، که مواد استفاده و تولید شده دارای سمیت کمتر برای سلامتی انسان و محیط زیست داشته و یا هیچ گونه سمیتی نداشته باشند
این اصل، استفاده از معرف ها، واسطه ها، و تولید محصولات جانبی با سمیت کمتر را ترویج می کند.
استفاده از ذخایر با سمیت کمتر، نیازمند توسعه مواد خام تجدیدپذیر است
طراحی برای مواد شیمیایی ایمن تر
محصولات شیمیایی باید طوری طراحی شوند که ضمن عملکرد بهتر و موثرتر، سمیت کمتری داشته باشند، بنابراین صنایع شیمیایی هنگامی که در مورد توسعه و عرضه یک محصول تصمیم گیری می نمایند، باید ویژگی های زیست محیطی (کاهش سمیت، سرطانزائی و …) را در حد استاندارد و همانند ویژگیهای متداول (فشار بخار، رنگ، پایداری و ..) بررسی کنند، به گونه ای که حمل و نقل آن کم خطر و بی خطر باشد، توزین آن راحت بوده و خاصیت انفجاری نداشته باشد.
حلال ها و مواد کمکی ایمن تر
باید از مواد کمکی نظیر حلال ها تا آنجا که امکان دارد، کمتر استفاده شود و در مواردی که اجتناب ناپذیر است از حلالهای ایمنتر نظیر آب، الکل ها، کربن دی اکسید فوق بحرانی یا محلولهای سورفاکتانت زیست تخریب پذیر استفاده شود. این حلال های نسبت به حلالهای کلر دار ارجحیت دارند. در سنتز مواد آلی روشیابی از جایگاه ویژه ای برخوردار است زیرا دانشمندان این عرصه از پژوهش در شیمی با ابداع و بکارگیری شرایط جدید، کم هزینه و ایمن تر محصولات مورد نیاز شناخته شده را مجددا باز تولید میکنند، تا در صورت امکان به روش های قدیمی رجوع نشود. بنابراین دانشمندان و پژوهشگران روشیابهمیشه در پی کشف روش های جدید ایمنتر، کم هزینه تر و راحت تر می باشد.
طراحی برای بهره وری انرژی
منشاء و میزان انرژی مورد نیاز فرآیندهای شیمیائی باید اثرات زیست محیطی و اقتصادی استاندارد و قابل قبولی داشته باشد. تا آنجا که امکان دارد، فرآیندهای سنتزی در فشار و دمای محیط انجام شوند. به ویژه در صنایع پتروشیمی و تولید مواد شیمیایی، وقتی دما برای انجام یک فرآیند شیمیایی افزایش می یابد، به تبع آن هزینه سیستم های خنک کننده نیز افزایش می یابد. ضمن اینکه برای بالا بردن دما و حرارت نیاز به منبع انرژی و سوخت بیشتر می باشد، که آن هم هزینه بر است.
لذا طراحی واکنش هایی با انرژی فعال سازی کمتر ضرورت می یابد. راهکار رسیدن به این هدف مهم با ابداع روش های جدید محقق می شود و استفاده از کاتالیزگرها نیز منجر به کاهش انرژی می شود.
استفاده از ذخایر تجدید پذیر
از مواد خامی استفاده شود که – هر زمان که از نظر تکنیکی و اقتصادی عملی باشد – تجدید پذیر باشند.
در زمینه انرژی باید از منابع فسیلی کمتر استفاده گردد و به جای آن از پیل های سوختی، انرژی بادی، خورشیدی و … استفاده گردد. و برای مواد اولیه نیز باید بیوگازها جایگزین سوختهای فسیلی و گاز طبیعی گردد.
طبیعی است که باید هزینه، زمان، سرعت و دسترسی به منابع جدید انرژی تجدیدپذیر نیز مد نظر باشد. بنابراین در مبحث انرژی نیز مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی اهمیت دارد.
کاهش مشتقات
در یک فرآیند سنتزی تا حد امکان از مشتق سازی های غیر ضروری، محافظت زدائی و … باید اجتناب شود، زیرا این مراحل نیازمند مواد اضافی، استفاده از حلال و انرژی بیشتر هستند.