近年来,绿色化学理念早已普及,各大药企相继推出,将溶剂划分为绿色推荐、存在隐患、高危禁用三个等级,呼吁科研人员远离二氯甲烷、DMF、苯等危害性有机溶剂。但刚刚,一篇发表在Angew的研究文献揭露行业的现实困境:推行绿色化学数十年,有毒溶剂在化学合成中依旧难以退场。
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图:Dobbelaere M R, Sneddon H F. The Stubborn Persistence of Toxic Solvents in Chemical Synthesis[J].Angew. Chem. Int. Ed., 2026, e1677569. DOI:10.1002/anie.1677569
该研究分析了 40 年间 130 万条美国专利化学反应数据,首次把溶剂按照合成流程,划分为反应溶剂、后处理溶剂、纯化溶剂、分析溶剂四大类别。要知道,药物活性成分生产带来超 1% 的全球碳排放,而溶剂贡献了超过 80% 的工艺废弃物,是化工制药环境负担的最大来源。过往研究大多只能人工解析几百篇文献,很难窥见行业全貌,而这套大数据分析,还原了溶剂使用最真实的面貌。
数据显示,不同实验环节,溶剂的使用情况天差地别。
后处理阶段依托水与乙酸乙酯,绿色溶剂占比较高;
但作为核心的反应环节,四十年来高危溶剂的使用占比几乎没有下降。二氯甲烷使用量不降反增,成为合成领域的 “万能溶剂”;
核磁分析环节更是几乎被氘代氯仿这类高危氘代试剂垄断。

研究提出一个值得警惕的概念:横向替代。当法规限制某一种有毒溶剂,化学家往往不会开发全新的绿色工艺,只是换成另一款同样具备安全与环境风险的溶剂,风险仅仅发生转移,并没有真正消除。苯被列为人类致癌物之后,它在部分反应中消失,但取而代之的并非指南推荐的甲苯,而是二氯甲烷、DMF 等其他高危溶剂。Boc 基团脱保护是药物合成高频操作,如今大量使用二氯甲烷搭配三氟乙酸,而三氟乙酸属于难降解 PFAS 类物质,正面临全球监管压力。
研究将高危溶剂分为两类,也给监管和科研指明不同方向。一类是集中型溶剂,消耗集中在少数特定反应。例如四分之一的三氟乙酸消耗来自 Boc 脱保护,只要攻关少数反应的替代方案,就可以实现用量大幅削减。另一类是弥散型溶剂,典型代表就是二氯甲烷与 DMF,广泛分布在上千种反应中,没有单一反应占据主要消耗,没有捷径可走,需要整个行业打破固有的实验惯性。
很多人会以为,是化学反应本身的理化性质,离不开这些有毒溶剂。但数据比对底物的多项理化参数后发现:多数底物,理论上都存在多种可选溶剂,包含绿色替代品。大量场景下,选择有毒溶剂,更多是沿袭文献先例,而非化学上的必然要求。
这一现象还带来衍生风险:当下火热的 AI 化学反应预测模型,训练数据大量来源于旧专利文献。如果历史数据本身充斥过时的危险实验习惯,AI 只会复刻旧方案,优先推荐文献高频出现的有毒溶剂,而非更安全的最优解,陷入 “街灯效应”。
当然监管并非全无作用,四氯化碳的淘汰就是成功案例。关键在于:禁令需要和经过验证的替代工艺配套落地,单纯一纸禁令只会催生横向替代。同时专利数据主要反映研发阶段的实验条件,药企工业化生产中,很多高危溶剂会被替换,但研发阶段就默认选用有毒溶剂,会给后续工艺优化带来巨大阻力。
想要真正推动溶剂绿色化,不能只依靠一份纸面指南。监管要做到靶向干预,化学教育应当引导科研者跳出 “照搬文献” 思维,AI 化学领域也需要构建更优质、区分使用场景的反应数据集。
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