მდგრადი განვითარება და მწვანე...

NOP http://www.oc-praktikum.de

მდგრადი განვითარება და "მწვანე ქიმია"

21-ე საუკუნის მსოფლიოში, სადაც მოსახლეობის რაოდენობა იზრდება, ხოლო

ბუნებრივი რესურსები კი შეზღუდულია, უდიდესი მნიშვნელობა აქვს მდგრადი

განვითარების იდეას ქიმიაში. მხოლოდ გამოკვლევებსა და ინოვაციებს ძალუძს

განავითაროს ეკონომიკური და სოციალური კავშირები და პროცესები, რომლებიც

აკმაყოფილებენ მდგრადი განვითარების მოთხოვნებს. მომავლის დაგეგმვა

აუცილებელია წინასწარჭვრეტის, ფანტაზიისა და შემოქმედებითი მიდგომის

საფუძველზე, ასევე მნიშვნელოვანია ახლებური მიდგომები და ახალი

გამოკვლევები.

მეცნიერებასა და ტექნოლოგიებში მდგრადობა (ინგ.: sustainable development,

sustainability) იწყება იქ, საიდანაც ჩვენ ვიწყებთ ფიქრს არსებული პრობლემების

გადაწყვეტის შესახებ, ანუ როგორ განვახორციელოთ მეცნიერული მიღწევები

ტექნოლოგიაში. ქიმიას, როგორც მეცნიერებას მატერიის და მისი გარდაქმნის

შესახებ, ცენტრალური ადგილი უჭირავს აღნიშნულ პროცესში და წარმოადგენს

ერთგვარ ხიდს ფიზიკასა და სიცოცხლის მეცნიერებებს შორის. მხოლოდ ქიმიურ

პროცესებს, რომლებიც საგულდაგულო ოპტიმიზაციის შემდეგ აღწევენ

მაქსიმალური ეფექტურობას, მივყავართ უფრო მდგრადი პროდუქტების და

პროდუქციის შექმნამდე. მეცნიერები და ინჟინრები, რომლებიც ავითარებენ ამ

პროცესებს, ახდენენ მათ მოდიფიცირებას, არიან წამყვანი მოთამაშეები. მათი

კომპეტენტურობა, შემოქმედებითი მიდგომა და უნარი განჭვრიტონ მომავალი,

აუცილებელია ქიმიური რეაქციების და პროცესების მაქსიმალური ეფექტურობის

მისაღწევად. ტერმინი „მწვანე ქიმია“ შექმნილია სწორედ ამ მიზნის მისაღწევად.

1

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/de/deed.en


მწვანე ქიმიის დანიშნულება:

" ხელი შეუწყოს ინოვაციური ქიმიური ტექნოლოგიების,განვითარებას

რომლებიც მიმართული იქნება საშიში ნივთიერების გამოყენების .“ან მიღების საწინააღმდეგოდ

1 პროექტის წინაპირობა

განათლებას ქიმიის სფეროში დიდი ისტორია აქვს. დიდი ხნის განმავლობაში

ქიმიკოსებისათვის მნიშვნელოვანი იყო მხოლოდ საჭირო ნივთიერების მიღება

საჭირო რაოდენობით და მაღალი სისუფთავით მათთვის ხელმისაწვდომი

პროდუქტებისაგან. ამიტომ ქიმიური განათლება კონცენტრირდებოდა მხოლოდ

ლაბორატორიული მუშაობის პრაქტიკულ მეთოდიკებზე და ნივთიერების

გასუფთავების ხერხებზე. კითხვა იმის შესახებ, თუ რამდენი ენერგიაა საჭირო

რეაქციის ჩატარებისათვის და რამდენი ნარჩენი რჩება აღნიშული რეაქციის

შედეგად, იბადებოდა მხოლოდ კონკრეტული რეაქციის საწარმოო პრაქტიკაში

დანერგვის დროს. ქიმიკოსებისათვის, რომლებიც მუშაობენ ორგანული სინთეზის

სფეროში, მიზნები დარჩა იგივე - ნივთიერების მიღება კარგი გამოსავლიანობით

და მაღალი სისუფთავით. მაგრამ დღეს გაჩნდა დამატებითი პარამეტრები,

რომელთა გათვალისწინებაც აუცილებელია ახალი პროცესების შემუშავებისას.

ბოლო ოცი წლის განმავლობაში გარემოზე ქიმიური ნაერთების და ქიმიური

მრეწველობის გავლენის შესწავლამ მიგვიყვანა დასკვნამდე, რომ უკეთესია, უფრო

სწორად მარტივია და იაფია შემუშავებული იქნას პროცესი, რომელიც თავიდანვე

„მწვანე“ იქნება, ვიდრე შემდეგ შეიცვალოს უკვე წარმოებაში დანერგილი

სახიფათო ტექნოლოგიური პროცესი.

ამ მიზნის მისაღწევად ქიმიკოსებს, ბიოქიმიკოსებს, ინჟინრებს, მეცნიერებს,

რომლებიც მუშაობენ წამლების ან ახალი მასალების მიღებაზე, უნდა გააჩნდეთ

2



მდგრად განვითარებაზე დაფუძნებული აზროვნება. ეს კი მოითხოვს ქიმიური

განათლებისადმი სხვა მიდგომებს, რომელიც არ შემოისაზღვრება მხოლოდ

ქიმიური რეაქციების მექანიზმების და მეთოდიკების ცოდნით. სტუდენტებმა

აღნიშნულთან ერთად უნდა ისწავლონ ქიმიური რეაქციების შეფასება მდგრადი

განვითარების თვალსაზრისით. ყურადღება უნდა მიექცეს არა მხოლოდ რეაქციის

გამოსავლიანობას, არამედ გათვალისწინებული იქნას რომელი საწყისი

ნივთიერებებია საჭირო, შეიძლება თუ არა მათი მიღება განახლებადი

რესურსებიდან, მათთან მუშაობისას წარმოიქმნება თუ არა ტოქსიკური თანამდე

პროდუქტები და შეიძლება თუ არა მათი მიღების თავიდან აცილება. ბევრი

ნარჩენები წარმოიქმნება თუ არა მოცემული პროცესის მსვლელობისას და არის თუ

არა იგი ენერგეტიკულად ეფექტური.

თუ მეცნიერი ამ კითხვებს ქიმიური გამოკვლევების დაწყებისას დასვამს, მაშინ ეს

მას მდგრადი ქიმიის უფრო ეფექტურ გამოყენებამდე მიიყვანს. ხოლო თუ მსგავს

შეკითხვებს სტუდენტებს ლაბორატორიულ კურსში დავუსვამთ, აღნიშნული

დაეხმარება მათ ქიმიური რეაქციის უფრო კარგად აღქმაში და პროფესიული

ამოცანის უკეთ გადაწყვეტაში.

არ არის საკვირველი, რომ ბევრი ტრადიციული მეთოდი, რომლებსაც ასწავლიან

ლაბორატორიულ პრაქტიკუმებში, გადახედვას საჭიროებს. შესანიშნავ მაგალითს

წარმოადგენს კარგად ცნობილი ბაილშტაინის ტესტი (სურ. 1), რომელიც ორგანულ

ნაერთში ჰალოგენის აღმოჩენის საშუალებას იძლევა. ამ რეაქციის ჩასატარებლად

სპილენძის მავთულს ათავსებენ საანალიზო ნივთიერების ხსნარში. ნაერთით

დაფარული მავთული შეაქვთ სანთურის ალში. მწვანე ან მომწვანო-ცისფერი ალის

წარმოქმნა მეტყველებს ნაერთში ჰალოგენის არსებობაზე. ცოტა ხნის წინ

შეისწავლეს ამ რეაქციის თანამდე პროდუქტების შედგენილობა. ანალიზმა აჩვენა,

რომ ბევრ შემთხვევაში რეაქციის მსვლელობისას წარმოიქმნება საკმაო

რაოდენობით დიოქსინი. დიოქსინები კი მიეკუთვნებიან განსაკუთრებით

ტოქსიკურ ნაერთებს, რომლებიც ცნობილია დედამიწაზე. ამიტომ

ექსპერიმენტატორის დასაცავად საჭიროა გარკვეული სიფრთხილე (მაგ. რეაქცია

3



უნდა ჩატარდეს ამწოვ კარადაში) ან უფრო უკეთესი: ეს რეაქცია შეიცვალოს

ანალიზის თანამედროვე მეთოდებით [1].

2 კარგი და ცუდი რეაქციები

რეაქციის „სიკარგე“ დამოკიდებულია სხვადასხვა პარამეტრზე, მაგალითად

მასშტაბებზე, რომელზეც გვინდა რეაქციის ჩატარება, პროდუქტის

გასუფთავებაზე, საწყის ნაერთებზე, რომლებსაც ვიყენებთ რეაქციისათვის. მაგრამ

ქიმიური გარდაქმნის საერთო ეფექტურობის შესაფასებლად ქიმიურ

გამოსავლიანობასთან ერთად შეიძლება გამოვიყენოთ ატომის ეკონომიის

კონცეფცია (ინგლ,: „atom economy“) (სურ. 2). ეს კონცეფცია შემოთავაზებული იყო

ტროსტის მიერ [2]. რეაქციის ატომის ეკონომიის კონცეფციის მიხედვით

შესაფასებლად საჭიროა შეიკრიბოს ყველა საწყისი ნივთიერების მასები

სტექიომეტრული განტოლების შესაბამისად და შედარდეს მიზნობრივი

ნაერთების ატომურ მასებთან. არამიზნობრივი და თანამდე პროდუქტების

ატომებს თვლიან ნარჩენებად. ტექნიკურ პროცესებში მათ შეუღლებულ

პროდუქტებს უწოდებენ (Kopplungsprodukte). ეს მეთოდი იძლევა რეაქციის

ეფექტურობის შეფასების კრიტერიუმს. კონცეფციას მივყავართ იმ დასკვნამდე,

რომ მიერთების რეაქციებს ახასიათებთ უკეთესი ატომის ეკონომია, ვიდრე

კონდენსაციის ან ჩანაცვლების რეაქციებს, რომელთა მიმდინარეობისას თანამდე

პროდუქტები წარმოქმნა სტექიომეტრული რაოდენობით ხდება.

ატომის ეკონომიის კონცეფცია ფოკუსირდება მხოლოდ რეაქციაზე, ხოლო სხვა

მეთოდები, როგორებიცაა მაგ. შელდონის ეკოლოგიური შესაფერისობის ფაქტორი

E [3] ან ცოტა ხნის წინათ შემუშავებული რეაქციის შეფასების კომპიუტერული

პროტოკოლი [4], ითვალისწინებენ გამხსნელებს, ენერგიის მოხმარებასა და

ქიმიური პროდუქტების ტოქსიკურობას. თუ ახლად შემუშავებულ ქიმიურ

პროცესს შევაფასებთ ამ მეთოდებით, ცხადია, შესაძლებელი იქნება კავშირის

დადგენა წარმოების მასშტაბებსა და გარემოს დაცვას შორის და ეს იმოქმედებს

ტექნოლოგიური პროცესის წარმოებაში დანერგვაზე. ეს არ არის გასაკვირი, რადგან

4



თუ რეაქცია არა არის ეფექტური, გამოიყოფა დიდი რაოდენობით ნარჩენები,

მომწამვლელი თანაური პროდუქტები და ადგილი ექნება ენერგიის დიდ

დანახარჯებს, ამ რეაქციის წარმოებაში დანერგვა არ იქნება მიზანშეწონილი.

ცნობილი მაგალითი მნიშვნელოვანი ორგანული ქიმიური რეაქციისა, რომელიც

ზოგიერთ შემთხვევაში ამჟღავნებს ატომის ეკონომიის მცირე მნიშვნელობას, არის

ვიტიგის რეაქცია. კარბონილის ჯგუფის გარდაქმნისას მეთილის ჯგუფად

ფოსფონიუმის მარილების თანაობისას (მოლური მასა 357 გ/მოლი), მოლეკულაში

შედის მხოლოდ ერთი CH2-ჯგუფი, მოლური მასით 14 გ/მოლი. ხოლო თანაური

პროდუქტი ტრიფენილფოსფონოქსიდი, მოლური მასით 278 გ/მოლი, ერთი

ექვივალენტი HBr და ფუძე არის ნარჩენი.

მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ვიტიგის რეაქცია ცუდია! ის წარმოადგენს

ორგანული სინთეზში ერთერთ მნიშვნელოვან რეაქციას კარბონილის ჯგუფიდან

ორმაგი ბმების სელექტიურად წარმოქმნაში. მაგრამ სანამ ამ რეაქციას

გამოვიყენებდეთ წარმოებაში დიდი მასშტაბებით, საჭიროა დავფიქრდეთ

ტრიფენილფოსფინის ოქსიდის ხელახლა გამოყენებაზე (რასაც ახორციელებენ

წარმოებაში) ან ალტერნატიული მეთოდიკების განვითარებაზე (მაგ. ალკენებით

მეტათეზისი).

5



სურ. 1. კლასიკური მაგალითი ნაერთში ჰალოგენის შემცველობაზე -

ბაილშტაინის ტესტი

6



სურ. 2. ორგანული რეაქციის კლასიფიკაცია ატომის ეკონომიის კონცეფციის მიხედვით

სურათი 3. საწარმოო ქიმიური პროცესების შელდონის მიხედვით ეკოლოგიური

მისაღებლობის - გარემო ფაქტორის (E) მნიშვნელობის განსაზღვრა

7



სურათი 4. ოლეფინირება ვიტიგის მიხედვით, როგორც მნიშვნელოვანი რეაქციის

მაგალითი ატომის ეკონომიის დაბალი მაჩვენებლით.

3 შემთხვევა შერლოკ ჰოლმსისათვის

მოვიყვანოთ მაგალითი ორგანული ქიმიის პრაქტიკუმიდან. ორგანული ქიმიის

პრაქტიკუმში ხშირად იყენებენ კარბონილის ჯგუფის აცეტილირების რეაქციას,

რადგან ამ რეაქციის საშუალებით ახდენენ კარბონილის ჯგუფის დაცვას. დაცვის

პროცედურას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს, რადგან იგი მშვენივრად აღწერს

კარბონილის ჯგუფის რეაქციისუნარიანობას და ითხოვს სხვადასხვა

ხელსაწყოების გამოყენებას, მაგ. დინის და სტარკის ხელსაწყოს, რომლის

მეშვეობითაც ხდება სარეაქციო არიდან წყლის მოშორება. 5-ე სურათში

მოყვანილი ორივე რეაქცია შეიძლება ვიპოვოთ ლაბორატორიული პრაქტიკუმის

ბევრ სახელმძღვანელოში. ორივე რეაქცია მომგებიანია ატომის ეკონომიის

მიზნით: წარმოიქმნება წყლის მხოლოდ ერთი ექვივალენტი. რეაქციის საერთო

ეფექტურობაზე დიდ გავლენას ახდენს სარეაქციო არიდან წყლის მოშორების გზა,

კატალიზატორის შერჩევა და პროდუქტების გამოყოფის მეთოდიკა. მაგრამ ამ ორ

რეაქციას შორის არის უფრო დიდი განსხვავებაც: მაშინ როდესაც А რეაქციის

გამოსავლიანობა მერყეობს 80-90% შორის (დამოკიდებულია ექსპერიმენტატორის

გამოცდილებაზე), В რეაქციის გამოსავლიანობა არ აღემატება 55-65%. ყველა

ცნობილ სახელმძღვანელოში მითითებულია, რომ რეაქცია А გამოსავლიანობა

საგრძნობლად მაღალია В რეაქციის გამოსავლიანობაზე. ასეთი სხვაობის მიზეზი

უნდა ვეძებოთ ქიმიაში.

რეაქციის ნედლი პროდუქტების ანალიზისას, მაგალითად ბირთვულ

მაგნიტური რეზონანის (ბმრ, NMR) ან გაზური ქრომატოგრაფიის (GC)

8



საშუალებით, აღმოჩნდა, რომ ორივე შემთხვევაში მიღებულ პროდუქტს აქვს

მსგავსი სისუფთავე. ანალიზის მონაცემებში ჩანს მხოლოდ მიზნობრივი

პროდუქტი და რეაქციაში შეუსვლელი ნაერთების კვალი. მიიღება, რომ რეაქციის

მსვლელობისას მორეაგირე ნივთიერებათა რაღაც ნაწილი უბრალოდ ქრება!

როგორც ნამდვილმა გამომძიებლებმა, ჩვენ შეგვიძლია მოვიძიოთ არასასურველი

პროცესები და რა თქმა უნდა ამ დროს აღმოვაჩენთ გამოყოფილ ნახშირორჟანგს და

აცეტონისა და ეთანოლის არსებობას წყლიან ფაზაში. ეხლა უკვე ყველაფერი

ნათელია: ადგილი აქვს თანამდევ რეაქციას. თუ გამოვიყენებთ ჩვენს ცოდნას

ორგანულ ქიმიაში, რთული არ იქნება დავადგინოთ არასასურველი რეაქციის

მექანიზმი. -კეტოეთერი მჟავა პირობებში განიცდის ჰიდროლიზს და მიიღება -

კეტოკარბონილის მჟავა. ეს ნაერთები, როგორც ცნობილია, გაცხელების

პირობებში გახლეჩისას გვაძლევენ ნახშირბადის დიოქსიდს და აცეტონს.

გვერდით რეაქციაზე იხარჯება მორეაგირე ნივთიერებათა თითქმის ნახევარი,

რასაც საბოლოოდ მივყავართ გამოსავლიანობის შემცირებამდე. ახლა, როცა ჩვენ

უკვე ვიპოვეთ და გავიგეთ რაში მდგომარეობს პრობლემა, შეგვიძლია

მოვიფიქროთ პირობები, რომელიც დაგვეხმარება პროცესის ეფექტურად

წარმართვაში. სხვა კატალიზატორი, სხვა პირობები და სხვა გამხსნელი - აი რა

უნდა შეიცვალოს პირველ რიგში.

9



სურათი 5. ორი კლასიკური რეაქცია ორგანული ქიმიის პრაქტიკუმიდან. . . .

სურათი 6 . . . მაგრამ რეაქცია B მოიცავს სხვა რეაქციასაც, რომლსაც მივყავართ

„უხილავი“ თანამდევი პროდუქტების წარმოქმნამდე.

4 აქ საუბარია ენერგიაზე!

მოდით დავუბრუნდეთ კვლავ A რეაქციას. ეს რეაქცია მიმდინარეობს კარგი

გამოსავლიანობით და პროდუქტი მიიღება მაღალი სისუფთავით. მაგრამ

არსებობს რეაქციის მიდინარეობის სხვადასხვა გზა. საინტერესოა, მოგვცემს თუ

არა ენერგიის სხვაობას, თუ რეაქტორს გავაცხელებთ ზეთის აბაზანაზე,

ელექტროქურაზე ან მიკროტალღების მეშვეობით. რა თქმა უნდა, სხვაობა იქნება.

მიუხედავად იმისა, რომ ყველა შემთხვევაში პროდუქტი ერთიდაიგივეა, სხვაობა

გამოყენებულ ენერგიებს შორის საკმაოდ საგრძნობია. სურათზე 7 მოცემულია

10



რეაქციის სამივე ვარიანტი და გამოთვლილია პროდუქტის გამოყოფისათვის

საჭირო ენერგია. ნათლად ჩანს, რომ საუკეთესო შედეგი დაფიქსირებულია

მიკროტალღებით გათბობისას.

არსებობს სხვა პარამეტრებიც, რომლებიც განსაზღვრავენ რეაქციის მიერ

მოხმარებული ენერგიის მნიშვნელობას, რომლებიც შეუმჩნეველნი არიან ერთი

შეხედვით. მაგალითად, ერთიდაიგივე პროდუქტის მისაღებად შეიძლება

გამოყენებული იყოს სხვადასხვა გამხსნელი. მათი სითბოტევადობა ცვლის

მოხმარებული ენერგიის სიდიდეს. მაშასადამე, აუცილებელია გამხსნელის როლის

გათვალისწინება, როცა საუბარია რეაქციის დიდი მასშტაბებით ჩატარებაზე.

ენერგიის დანაკარგის დაფიქსირება შეიძლება ინფრაწითელ სურათებზე

გადაღების საშუალებით. სურათზე 8 ნაჩვენებია რეაქცია А ექსპერიმენტული

დანადგარების სურათებით, როცა რეაქციის გათბობა ხდება ზეთის აბაზანაზე და

კოლბაგამახურებლით. სურათებიდან ჩანს თუ რატომაა ამ დროს მოხმარებული

ენერგია მეტი ვიდრე მიკროტალღური ღუმელის გამოყენებისას.

ლაბორატორიული ექსპერიმენტებისთვის გამოყენებული ენერგიის მნიშვნელობა

აბსოლიტურ ციფრებში არ არის მნიშვნელოვანი. ასეთი ექსპერიმენტების მიზანია

ასწავლოს სტუდენტებს გაითვალისწინონ ზემოთ აღნიშნული ფაქტორები

შემდგომი სამეცნიერო თუ ტექნიკური მუშაობისას, რადგან ეს საკითხები

ნამდვილად მნიშვნელოვანია საწარმოო მასშტაბით რეაქციების ჩატარების დროს.

11



ურათი 7. A რეაქციის მიმდინარეობის სამი შესაძლებლობა და მოხმარებული

ენერგია.

12



სურათი 8. ინფრაწითელი სურათები, რომელიც ხილულს ხდის ენერგიის

დანაკარგს

5 მომწამვლელია თუ არა?

ქიმიური რეაქტივებთან მუშაობა პოტენციურ საფრთხეს უქმნის ადამიანსა და

გარემოს. ამიტომ, ყოველმა ადამიანმა, რომელიც პროფესიიდან გამომდინარე,

იყენებს ქიმიურ ნივთიერებებს, უნდა იცოდეს მათთან უსაფრთხოდ მოქცევის

წესები, შეეძლოს მონაცემების მოძიება მათი ტოქსიკურობის შესახებ და ამის

საფუძველზე კონკრეტული ნივთიერების ან რეაქციის გავლენის შეფასება

გარემოზე. ქიმიური განათლების მნიშვნელოვან ნაწილს უნდა შეადგენდეს

ტოქსიკურ ნივთიერებათა შესახებ მონაცემების გაგება, გათვითცნობიერება და

ინტერპრეტაცია. ილუსტრაციისათვის მოვიყვანოთ რეაქცია, რომელიც

დაწვრილებითაა აღწერილი ორგანული ქიმიის სახელმძღვანელოებში და მას

ხშირად იყენებენ ლაბორატორიულ პრაქტიკუმებში. ტოლუოლის ნიტრირებისას

გამოიყოფა რეაქციის რამდენიმე პროდუქტი სხვადასხვა რაოდენობით. ნარევის

ანალიზი გვიჩვენებს, რომ ორთო- და პარა- ჩანაცვლების პროდუქტების გარდა

წარმოიქმნება საკმაო რაოდენობა სხვა პროდუქტებისა. მათი რაოდენობა იცვლება

13



რეაქციის პირობების ცვლილებისას, მხოლოდ ჩანაცვლების პროდუქტის მიღება

ვერ ხერხდება. სტანდარტული მეთოდების საშუალებით შესაძლებელია გამოიყოს

და გასუფთავდეს ცალკეული ნივთიერებები. მაგრამ რეაქციის პოტენციური

საშიშროების შეფასებისას საჭიროა გათვალისწინებული იქნას რეაქციის ყველა

პროდუქტი: როგორც მიზნობრივი, ასევე გვერდითი, რადგან ისინი მაინც

წარმოიქმნებიან და ზემოქმედებენ ადამიანზე.

ქიმიური ნივთიერებების ზემოქმედების ზოგადი ფაქტორის გაზომვა ადამიანსა

და გარემოზე საკმაოდ რთულია. ზემოქმედების ფაქტორის მოდელი [5],რომელიც

შემუშავებულია ხანმოკლე და ხანგრძლივი ტოქსიკური ზემოქმედების სხვადასხვა

მონაცემების საფუძველზე, საშუალებას იძლევა შეფასებული იქნას სამუშაო

ადგილებზე გამოყენებული ქიმიური ნივთიერებების მოქმედების საშიშროება.

ამასთან, მხედველობაში ვიღებთ რამდენად ადვილად ვრცელდება აღნიშნული

ნაერთი გარემოში, რამდენად მდგრადია დეგრადაციისადმი და რამდენად

ძლიერად მოქმედებს ფლორასა და ფაუნაზე. სურათზე 9 ნაჩვენებია ნაერთები,

რომლებიც წარმოადგენენ საკვლევი რეაქციის საწყის და საბოლოო ნივთიერებებს.

ზემოქმედების ფაქტორი აღნიშნულია სხვადასხვა ფერით, რაც საშუალებას

გვაძლევს გავიგოთ რომელი კომპონენტია საშიში. ჩვენი პროექტის ინტერნეტ-

გვერდზე ეს მონაცემები ნაპოვნია ბევრი რეაქციისათვის. თუმცა, ყველა

ნივთიერების ტოქსიკურობაა სრულად შესწავლილი და მოცემული. ზოგ

შემთხვევაში ნივთიერების ქიმიური სტრუქტურიდან გამომდინარე უნდა

ვიმსჯელოთ მისი შესაძლო ტოქსიკურობის შესახებ (სტრუქტურა-ტოქსიკურობის

ურთიერთდამოკიდებულება). მოცემული კურსის მასალაზე დაყრდნობით

ნებისმიერ მომხმარებელს, რომელიც სწავლობს ორგანული ქიმიის

ლაბორატორიულ პრაქტიკუმს, შეუძლია განსაზღვროს მოცემული რეაქციის

მოსალოდნელი ქიმიური საფრთხე.

ქიმიური რეაქციის ზეგავლენა გარემოზე, სამწუხაროდ არ მთავრდება მხოლოდ

ლაბორატორიის კართან, თუმცა პრაქტიკუმების ჩატარებისას ჩვენ ვფიქრობთ,

რომ ეს ასეა. რადგან ვიყენებთ ქიმიურ ნივთიერებების მცირე რაოდენობას და

14



შესაბამისად, წარმოიქმნება ცოტა ნარჩენი. თუმცა დროდადრო საჭიროა

ჰორიზონტის გაფართოება და უფრო საინტერესო გაკვეთილების ჩატარება.

გაკვეთილი უნდა დაიწყოს რეაქციით, შემდეგ ნაბიჯ-ნაბიჯ უნდა იქნას

გაფართოებული თვალსაწიერი. კერძოდ, როგორ არის დამზადებული საწყისი

ნივთიერება, შეიძლება თუ არა მისი მიღება განახლებადი რესურსებიდან, რა

ემართება ნარჩენებს, საიდან მოდის რეაქციისათვის საჭირო ენერგია. მხოლოდ

ამის შემდეგ მივიღებთ სრულ სურათს იმისას, თუ როგორ მოქმედებს ჩვენი

რეაქცია გარემოზე. ბევრ შემთხვევაში ამ პარამეტრების ზუსტი განსაზღვრა

შეუძლებელია, მაგრამ მიახლოებითი გამოთვლებითაც კი არის შესაძლებელი

პრობლემის აღმოჩენა და მუშაობა პროცესების გაუმჯობესების მიმართულებით.

სურათი 9. ტოლუოლის ნიტრირება. ციფრებით და ფერებით მოცემულია

ზემოქმედების ფაქტორები

15



სურათი 10. გარემოზე ქიმიური რეაქციების ზემოქმედების შეფასება

6 რა თქმა უნდა !

ენზიმურ რეაქციებს დღესდღეისობით მყარი ადგილი უჭირავთ თანამედროვე

ორგანულ სინთეზში. ისინი გამოირჩევიან საკმაოდ მაღალი სელექტიურობით,

ხოლო კომერციული ხელმისაწვდომობა ზრდის მათი პრაქტიკული გამოყენების

შესაძლებლობას. შესაბამისად, ბიოგარდაქმნები უნდა შეადგენდეს ორგანული

ქიმიის ყველა ლაბორატორიული კურსის ნაწილს, ამიტომ ჩვენ შევიტანეთ

მონაცემთა ბაზაში მსგავსი ექსპერიმენტის რამდენიმე მაგალითი. ერთი

შეხედვით, ბიოგარდაქმნა გამოიყურება როგორც საუკეთესო „მწვანე“ ქიმია,

მაგრამ ხშირად ეს ასე არ არის. განსაკუთრებით, იმ შემთხვევაში როცა საჭიროა

დიდი რაოდენობით ნივთიერების გამოყოფა წყლიანი სარეაქციო ნარევიდან. ამ

დროს ადგილი აქვს ენერგიის დიდ ხარჯს. ამ პრობლემის გადაწყვეტა

შესაძლებელია ორგანულ გამხსნელებში ზოგიერთი ფერმენტების გამოყენებით,

მაგრამ ეს აუარესებს ფერმენტების მოქმედების სფეროსა და სელექტიურობას.

16



რეაქციის სელექტიურობა - ეს მნიშვნელოვანი პარამეტრია, მაგრამ ქიმიური

გარდაქმნის მაქსიმალური ეფექტურობის მისაღწევად საჭიროა სხვა პარამეტრების

გათვალისწინებაც. ეს ეხება ბიოგარდაქმნებსაც. ფერმენტული და კატალიზური

პროცესების შედარება თანამედროვე ორგანულ სინთეზში - აუცილებელი ეტაპია

იმ პროცესების ძიებაში, რომლებიც სრულად პასუხობენ მდგრადი განვითარების

კრიტერიუმებს.

სურათი 11. ბიოტრანსფორმაცია ლაბორატორიულ კურსში: ß-კეტოეთერის

ენანტიოსელექტიური აღდგენა საფუარით.

7 დამატებითი ინფორმაცია

ახალი ორგანული ქიმიის პრაქტიკუმის სახელმძღვანელო არ არის შედგენილი

ავტორთა მცირე ჯგუფის მიერ. თითოეული თემა შერჩეული და დამუშავებული

იყო შვიდი უნივერსიტეტის წარმომადგენლების მიერ. სახელმძღვანელოში

მოტანილი ექსპერიმენტები სცილდება კლასიკური ორგანული ქიმიის ჩარჩოებს,

აქ ექსპერიმენტები შეფასებულია ეკოქიმიის, გამოყენებული ენერგიის,

ტოქსიკოლოგიის თვალსაზრისით.

იმისათვის, რომ მოცული ყოფილიყო მდგრადი ქიმიის რაც შეიძლება ბევრი

პრობლემა, ავტორთა ჯგუფმა შეიმუშავა მონაცემთა ბაზა, რომელიც შეიცავს 70-ზე

მეტ ლაბორატორიულ ექსპერიმენტს. გარდა ამისა, დაწვრილებითაა აღწერილი

ექსპერიმენტის მსვლელობა, მოცემულია ინსტრუქცია უსაფრთხოების შესახებ.

17



მასალა შეიძლება მორგებული იქნას ორგანული ქიმიის ნებისმიერი

პრაქტიკუმისათვის ან გამოყენებული იქნას საკურსო სამუშაოების, სხვადასხვა

პროექტების შესასრულებლად. ყველა მასალა ინტერნეტში ხელმისაწვდომია

უფასოდ. მოცემული პროექტი არის ნაყოფი გერმანული უნივერსიტეტების

ერთობლივი მუშობისა.

პროექტი დაფინანსებულია Deutsche Bundesstiftung Umwelt (გერმანიის

ეკოლოგიური ფონდი) მიერ. მოცემული პრაქტიკუმის შემქმნელები მადლობას

უხდიან ფონდს მხარდაჭერისათვის.

ლიტერატურა

[1] B. M. Scholz-Boettcher, M. Bahadir, and H. Hopf. Angew. Chem., 104:477–479,

Angew.

Chem., Int. Ed. Engl., 31, 443–444, 1992.

[2] B. M Trost. Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 34:259 – 281, 1995.

[3] R. Sheldon. Chemtech, 24(3):38 – 47, 1994.

[4] M. Eissen and J. O. Metzger. Environmental performance metrics for daily use in

synthetic chemistry. Chem. Eur. J., 8(16):3580 – 3585, 2002.

[5] F. Kalberlah and H. Wriedt. Bewertung und Fortentwicklung der Regelsetzung:

Anwendbarkeit der TRGS 440. Schriftenreihe der BAuA.

18


მდგრადი განვითარება და მწვანე...

Documents

Transcript of მდგრადი განვითარება და მწვანე...