مواد زاید، همیشه در اثر سنتزهای شیمیایی تولید نمی شوند؛ بلکه گاهی اوقات به علت عدم آگاهی و کنترل ضعیف تولید می شوند. کنترل لحظه به لحظه فرآیند، دما، فشار، سرعت خوراک، ترکیب خوراک کارخانه، و ترکیب محصول برای مهندسی شیمی سبز، لازم و اساسی است. به همین دلیل فرهنگ سازی لازم جهت استاندارد سازی و استاندارد پذیری در همه علوم اعم از طبیعی و انسانی مدنظر جوامع مختلف است. طبیعتا تولید مواد و محصولات شیمیایی در صنایع شیمیایی، دارویی و … باید از حساسیت بیشتری برخوردار باشد.
شیمی ایمنتر برای پیشگیری از حادثه
مواد استفاده شده در فرآیندهای شیمیایی باید به گونهای انتخاب شوند، که احتمال حوادث شیمیایی شامل انتشار، انفجار و آتش سوزی را کاهش دهندتا جایی که ممکن است گازهای خطرناک با مایعات قابل کنترل و یا جامدات با قابلیت حمل و نقل آسان جایگزین می گردند.نمونه دیگر سنتز داروهایی است که ضمن دارا بودن آثار جانبی کمتر، ساخت آن آسان باشد تا بتوان آن را با قیمت کمتر به بازار عرضه کرد.
کوششها و دستاوردهای شیمی سبز
سوختهای جایگزین:
به کارگیری سوختهای فسیلی در خودروها با رها شدن انبوهی از گازهای گلخانهای به جو همراه شده به طوری که دگرگونیهای آب و هوایی را در پی داشته است. از سوختن نادرست آنها نیز، مواد سمی به هوا آزاد شده که سلامتی آدمی رابه چالش کشیده است. حتی اگر بتوان بر این دو چالش بزرگ پیروز شد، کاهش روز افزون اندوخته های فسیلی وجود دارد که از آن گریزی نیست. این تنگناها همراه با افزایش روز افزون بهای این گونه سوخت ها، که به نظر می رسد هم اکنون ادامه یابد،پژوهشگران و مهندسان بسیاری را به فکر طراحی خودروهایی با سوخت هیدروژن انداخته است. چرا که منشا این سوخت، آب است که فراوان ترین ماده در طبیعت است و فرآوردهی سوختن این سوخت در خودرو نیز خود آب است. با این همه، سوخت هیدروژن با چالش بزرگی رو به رو است. فراهم آوردن هیدروژن از آب با فرآیند الکترولیز انجام می شود که برای پیشبرد آن بهای الکتریسیته نیاز است و اکنون نیز بیشتر الکتریسیته از سوختن اندوختههای فسیلی به دست میآید. شاید روزی با به کاربردن برخی کاتالیزگرها بتوان از انرژی خورشیدی به جای سوخت های فسیلی در پیش بردن روند الکترولیز بهره گرفت، اما هنوزراهکار کارآمدی برای تولید ارزان هیدروژن پیشنهاد نشده است و به نظر نمی رسد در آیندهای نزدیک بتوان به چنین توانی دست پیدا کرد. با این همه، برخی دانشمندان امیدوارند بتوانند منشا زیستی برای هیدروژن به وجود آورند [].
گروهی از پژوهشگران در سال 2000 میلادی گزارش کردند که توانسته اند از جلبک های سبز برای آزاد کردن هیدروژن از مولکول های آب، به همان اندازه که از الکترولیز به دست می آید، بهره گیرند. اما نور خورشید برای این رویکردگرفتاری درست می کند، چرا که جلبک طی فرآیند فتوسنتز اکسیژن نیز تولید می کند. این اکسیژن از کار آنزیم تولیدکنندهی هیدروژن جلوگیری می کند و در نتیجه هیدروژن اندکی به دست می آید دانشمندان می کوشند با تغییرهایی که در این فرایندطبیعی می دهند، بازده ی تولید هیدروژن را بالا ببرند. شاید یک روز آبگیر کوچکی که از جلبک پوشیده شده است، منشاء هیدروژن خودروهای ما باشد . در رویکرد دیگر که مورد توجه است، از روغن های گیاهی به عنوان منشاء برای تهیهی سوخت جایگزین بهره میگیرند. برای تهیهی این نوع سوخت، که با عنوان بیودیزل شناخته می شود، پس ماندهی روغن آشپزی را نیزمی توان به کار گرفت. هر چند از سوختن این نوع سوخت نیز مانند دیگر سوخت های فسیلی گاز گلخانه ای آزاد می شود، اما به اندازهای تولید می شود که گیاهان طی فرآیند فتوسنتز آن را برای تولید قند به کار می گیرند. از سوی دیگر، روغنهای گیاهی نوشیدنی هستند و از سوختن آن ها گوگرد و آلاینده های آسیب رسان دیگری آزاد نمی شود. از سودمندی های دیگر این نوع سوخت این است که گلیسرین، ماده ای که در صابون، خمیردندان، مواد آرایشی و جاهای دیگر به کار می رود، از فرآوردههای جانبی روند تولید آن است. هم چنین،چون طی روند تولید این سوخت، به آن اکسیژن افزوده می شود، بهتر از سوخت نفتی در موتور می سوزد. به روغن کاری موتور نیز کمک می کند و بر درازای عمر آن می افزاید .
پلاستیک های سبز و تجزیه پذیر
زندگی در جهانی بدون پلاستیک بسیار دشوار است. پلاستیک ها در تولید هر گونه فراوردهی صنعتی، ازصنعت خودروسازی گرفته تا دنیای پزشکی، به کارگرفته شده اند . تنها در ایالات متحده ی امریکا سالانه نزدیک50 میلیون تن پلاستیک تولید می شود. اما این مواد به عنوان زباله های پایدار به تجزیه میکروبی،چالش های زیست محیطی پیچیدهای به بار آورده اند. پلاستیک ها علاوه بر این که محلهای دفن زباله را پر کرده اند، سالانه در حجمی برابر با چند هزار تن به محیط های دریایی وارد می شوند. برآورد شده است که هر سال یک میلیون جانور دریایی به دلیل خفگی حاصل از خوردن پلاستیک ها به عنوان غذا یا به دام افتادن در زبالههای پلاستیکی از بین می روند. در سالهای اخیر، کوشش های قانونی برای جلوگیری از دورریزی پلاستیک های تجزیه ناشدنی، افزایش یافته است. این کوشش ها صنعتگران پلاستیک را واداشته است تادر پی پلاستیک هایی باشند که پیامدهای زیست محیطی کم تری دارند. پلاستیک های نشاسته ای تجزیه پذیر و پلاستیک های میکروبی از دستاورد کوشش های چندساله پژوهشگران این زمینهی در حال پیشرفت و گسترش است. در پلاستیک های نشاسته ای، قطعههای کوتاهی از پلی اتیلن با مولکولهای نشاسته به هم می پیوندند. هنگامی که این پلاستیک ها در جاهای به خاک سپاری زبالهها، دور ریخته می شود، باکتری های خاک به مولکولهای نشاسته یورش می برند و قطعه های پلی اتیلن را برای تجزیهی میکروبی رها میسازند. این گونه پلاستیک ها اکنون در بازار وجود دارند و به ویژه برای پلاستیکهای جابهجایی و نگهداری مواد غذایی و دیگر وسایل یکبار مصرف بسیار سودمند هستند. با این همه، کمبود اکسیژن در محل دفن زباله ها و اثرقطعه های پلی اتیلن بر عملکرد باکتری ها، بهرهگیری استفاده از این پلاستیک ها را محدود ساخته است .
در سال 1925 میلادی گروهی از دانشمندان کشف کردند که گونه های زیادی از باکتری ها، بسپار پلی دی هیدروکسی بوتیرات (PHB) می سازند و از آن به عنوان اندوختهی غذایی خود بهره می گیرند. در دهه ی 1970 ، پژوهشهای انجام شده نشان داد که PHB بسیاری از ویژگی های پلاستیک های نفتی مانند پلی اتیلن را دارد. از این رو، کم کم گفت وشنود پیرامون بهره گیری از این بسپار به عنوان جایگزینی مناسب برای پلاستیک های تجزیه ناپذیر کنونی آغاز شد. سپس درسال 1992 ، گروهی از پژوهشگران ژن های درگیر در ساختن این بسپار را به گیاه رشادی واردکردند و به این ترتیب گیاهی پدید آوردند که پلاستیک تولید می کند . یک سال بعد، تولید این پلاستیک سبز در گیاه ذرت آغاز شد و برای این که تولید پلاستیک با تولید مواد غذایی رقابت نکند، پژوهشگران بخش هایی از گیاه ذرت(برگها وساقهها) را، که به طور معمول برداشت نمی شوند، هدف قرار دادند. پرورش پلاستیک در این بخش ها به کشاورزان امکان می دهد که پس از برداشت دانه های ذرت، زمین را برای برداشت ساقه ها و برگ های دارای پلاستیک درو کنند. پژوهشگران دربارهی افزایش مقدار پلاستیک در گیاهان، پیشرفت های چشم گیری داشته اند. با این همه، هنوز دشواریهایی برای رسیدن به نتیجهی مناسب وجود دارد .کلروپلاست های برگ بهترین مکان برای تولید پلاستیک به شمار می آیند، اما چون کلروپلاست ها محل جذب نورهستند، مقدار زیاد پلاستیک می تواند فتوسنتز را مهار کند و بازدهی محصول را کاهش دهد. خارج کردن پلاستیک از گیاهان نیزدشوار است. این کار به مقدار زیادی حلال نیاز دارد که باید پس از بهره گیری، بازیافت شود. براساس تازه ترین تخمین ها، تولیدیک کیلوگرمPHB در گیاه ذرت در مقایسه با پلی اتیلن به سه برابر انرژی بیشتری نیاز دارد. کشت انبوه میکروب های پلاستیک ساز نیز به همین میزان انرژی نیاز دارد.
بازطراحی واکنشهای شیمیایی
در روند بازطراحی واکنش های شیمیایی از واکنشگرهای آغازکننده ای بهره گرفته می شود که سالمتر هستند.از این رو ممکن است روندهای زیست شیمیایی نیز سودمند باشند. برای مثال، آدیپیک اسید،یک ماده ی خام کلیدی در تولید نایلون و فرآورده های مانند آن است که سالانه بیش از 2 میلیون تن از آن در صنعت به کار گرفته می شود. این ماده از بنزن ساخته می شود که سرطان زا است و از اندوخته های فسیلی نونشدنی به دست می آید. اما به تازگی دو شیمیدان توانسته اند این ماده را از یکی از فراوان ترین، سالم ترین و نوشدنی ترین مواد طبیعی،یعنی گلوکز، بسازند. آن ها در این راه از باکتری هایی کمک گرفتند که با مهندسی ژنتیک آنزیم ویژه ای در آن ها کار گذاشته شده بود و به ناچار طی یک روند زیست شیمیایی ناخواسته، بنزن را از گلوکز می سازند. توجه به اقتصاد اتم نیز کمک زیادی می کند. برای مثال، پژوهشگران توانستهاند اقتصاداتمی را در روند تولید ایبوبروفن، ترکیبی که در بسیاری از آرامش بخش ها به کار می رود، از 40درصد به 77 درصد برسانند واین یعنی، اتم های بیش تری که شرکت داروسازی برای آن ها هزینه پرداخته است، به صورت مولکول پر فروشی در می آیند وفراورده های بیهوده، که می توانند به محیط زیست آسیب برسانند، کم تر تولید می شوند.
چندسازههای زیستی
اگرچه موادشناسان تنها در چند دههی گذشته به سوی چندسازه ها گرایش پیدا کرده اند، طبیعت در خودچندسازههای بسیار سخت، پیچیده و گوناگونی دارد که از دیدگاه سختی و وزن، مانندی برای آن ها نمی توان یافت. به هر جای طبیعت که بنگرید، با یک چندسازه رو به رو خواهید شد. برای نمونه، صدفهای دریایی از چندسازهی سرامیکی سختی ساخته شده اند. این سرامیک از لایه هایی از بلورهای سخت تشکیل شده که در زمینهی سیمانی نرمتری جای دارند. این سرامیک سخت و پایدار،جاندار درون خود را از آشوب موج نگهداری می کند که پیوسته آن را بر سطح صخره ها می کوبد. بدن ما یک چندسازه است که ازچندسازههایی مانند استخوان، غضروف و پوست درست شده است. بشر از سالیان دور از چندسازههای طبیعی بهره گرفته است. کاه که برای ساختن نخستین چندسازهها به کار می رفت، خودنوعی چندسازه است. ابزارهای چوبی، کفش و لباسی که از پوست جانوران تهیه می شود، همه چندسازه های طبیعی اند. به خاطر این گوناگونی و ویژگی های بی نظیر، موادشناسان تلاش می کنند از این مواد برای سختی بخشیدن به چندسازه های ساختگی(مصنوعی) بهره گیرند تا از پیامدهای زیست محیطی ناگوار ناشی از مواد ساختگی بکاهند. انویرون نمونه ای از این چندسازه هاست که از 40 درصد کاغذ روزنامه،40 درصد گرد سویا و20 درصد ترکیب های دیگر(از جمله رنگ دهنده ها و کاتالیزی که در حضور آب کارا می شود و گرد سویا را به رزین دگرگونه می کند) ساخته می شود. فراورده ی کار،یک چندسازه ی زیستی است که ظاهری سنگ مانند دارد، اما مانند چوب می توان آن را برید. از این چندسازه می توان هرنوع ابزار چوبی را با ظاهری سنگ مانند ساخت.[]
واکنش نووناگل
مقدمه
شکل ‏21: واکنش تراکمی نووناگل
واکنش نووناگل شامل واکنشهای آلدهیدها و کتونها با یک تر کیب دارای متیلن فعال در حضور مقدار کاتالیزگر از یک باز ضعیف مانند آمین است
در سال 1894 نووناگل برای اولین بار این واکنش را بر اساس واکنش بین فر مالدهید و دی اتیل مالونات در حضور کاتالیز گر دی اتیل آمین گزارش کرد محصول این واکنش ترکیب (1) بود.
که حاصل افزایش دو مول دیاتیلمالونات به فرمالدهید بود[]
شکل ‏22: تشکیل محصول دوتایی در واکنش نووناگل
واکنش نووناگل به طور معمول در حضور بازهای ضعیف مانند اتیلن دی آمین و پی پیریدین وآمینهای ʻʻنوع اول و دوم و یا نمکهای آمونیومی آنها و یا پتاسیم فلورید و آمینو اسیدهایی نظیر گلیسین آلانین وپرولین در شرایط همگن انجام می شود.[،،،]