Xu hướng hóa học xanh trong sản xuất dược phẩm pptx

Xu hướng hóa học xanh
trong sản xuất dược phẩm





Khi phát triển các quá trình sản xuất có hiệu
quả về mặt chi phí, các nhà sản xuất cũng
thường tạo ra các quá trình sản xuất sạch hơn.
Hai lĩnh vực hóa học quá trình và hóa học môi
trường có cùng mục đích chung là tạo ra ít phề
thải và phát thải hơn, giảm xuống tối thiểu tiêu
thụ nguyên liệu và năng lượng, vận hành an
toàn hơn trong các điều kiện ít độc hại hơn.
Ngày nay, đứng trước những thách thức về bảo
vệ môi trường và phát triển bền vững các công
ty sản xuất dược phẩm đang ngày càng quan
tâm hơn đến việc lựa chọn các chất phản ứng,
dung môi và các quá trình phản ứng để phát
triển các quá trình sản xuất sạch hơn.
Lượng phế thải trong sản xuất dược phẩm
tương đối lớn. Tuy sản lượng các loại thuốc
hàng năm chỉ bằng một phần nghìn sản lượng
các hóa chất thông dụng, nhưng tỷ lệ phế thải
sinh ra (một trong những thước đo hiệu quả quá
trình) lại cao hơn nhiều, khoảng 25 - 100 kg phế
thải/ kg sản phẩm. Mối quan tâm của ngành sản
xuất dược phẩm đối với hóa học xanh đã tăng

mạnh từ cuối thập niên 1990. Từ đó đến nay
các nguyên tắc của hóa học xanh đã được áp
dụng rộng rãi và nhiều trường hợp thành công
đã nổi lên.
Những nguyên tắc đó là: bền vững về môi
trường, hiệu quả về kinh tế và trách nhiệm xã
hội. Trong thời gian cuộc khủng hoảng tài chính
toàn cầu vừa qua và bất chấp áp lực về năng
suất cao, các công ty dược phẩm vẫn tiềp tục
thực hiện các chương trình hóa học xanh của
mình. Năm 2005, các hãng dược phẩm Pfizer,
Merck, Lilly và Viện Hóa học xanh của Hội Hóa
học Mỹ đã lập ra Hội nghị Bàn tròn dược phẩm
với mục đích hỗ trợ việc kềt hợp hóa học xanh
với sản xuất dược phẩm. Cho đền nay đã có10
hãng dược phẩm lớn tham gia chương trình
này. Các hãng thành viên đã phát triển các
chương trình riêng của mình, đồng thời chia sẻ
kinh nghiệm và phương pháp làm việc. Hội nghị
bàn tròn này đã trợ cấp hơn 650.000 USD cho
các nhà khoa học để tìm ra các giải pháp hóa
học xanh trong sản xuất dược phẩm. Bản thân
các công ty cũng tạo ra các công cụ riêng để
các nhà khoa học của họ có thể sử dụng khi áp
dụng các nguyên tắc hóa học xanh trong nghiên
cứu và phát triển dược phẩm.
Năm 2006, Hội nghị bàn tròn dược phẩm nêu
một nghiên cứu so sánh bằng cách sử dụng hệ
số cường độ vật chất của quá trình do các thành
viên cùng nhau thiềt lập. Kết quả của nghiên

cứu đã xác nhận dung môi là nguồn phề thải
chính trong sản xuất dược phẩm, chúng chiếm
hơn 50% cường độ vật chất được sử dụng trong
quá trình sản xuất các thành phần có hoạt tính
dược học Từ đó, các nhà nghiên cứu đã xếp
loại các dung môi dựa trên các tác động của
chúng đối với sức khỏe, môi trường và an toàn
nhằm mục đích đính hướng việc sử dụng các
dung môi thích hợp hơn. Đồng thời, các thành
viên Hội nghị bàn tròn dược phẩm đã tìm cách
gây ảnh hưởng đến các nhà sản xuất dung môi
nhằm thúc đẩy họ đưa ra thị trường các loại
dung môi “xanh” hơn. Mặt khác, các hãng dược
phẩm cũng đã lập ra hướng dẫn lựa chọn các
chất phản ứng xét về các mặt như độ an toàn,
khả năng nâng cấp quy mô sản xuất, khả năng
ứng dụng chung.
Khi áp dụng các phản ứng “xanh” hơn và hiệu
quả hơn, các công ty sản xuất dược phẩm
không những phải xem xét việc giảm lượng phế
thải mà còn phải xem xét lượng nguyên liệu
đựoc sử dụng và bản chất của những gì đựoc
tạo ra. Trong quá trình sản xuất các hợp chất
dược phẩm mới, nhiều công ty đã đặt ra các
mục tiêu căn cứ theo những thước đo như hệ
số hiệu quả quá trình, tỷ lệ phế thải và hiệu suất
khối lượng quá trình. Ví dụ, Công ty
GlaxoSmithKline đã lập ra bộ chỉ số sinh thái để
lựa chọn các nguyên liệu cơ bản và dung môi
theo các nguyên tắc hóa học xanh và công nghệ

xanh cũng như các quy định pháp lý đối với hóa
chất. Ngoài ra, Công ty còn đưa ra bộ công cụ
đánh giá nhanh tác động, cho phép sàng lọc các
phưong pháp tổng hợp căn cứ theo tác động đối
với môi trường trong thời gian tuổi thọ của sản
phẩm. GlaxoSmithKline đã sử dụng các công cụ
trên để so sánh các quy trình hóa học với các
quy trình sử dụng xúc tác enzym khi sản xuất
axit 7-aminocephalosporic. Các ước tính ban
đầu cho thấy quy trình hóa học có hiệu suất cao
hơn, nhưng quy trình xúc tác sinh học có hiệu
quả cao hơn về mặt tiêu thụ năng lượng,
nguyên liệu, và mức phát thải khí gây hiệu ứng
nhà kính thấp hơn. Tương tự, tại
GlaxoSmithKline một quy trình mới để sản xuất
thuốc điều trị bệnh tiểu đường trong giai đoạn
thử nghiệm II đã được áp dụng trên quy mô lớn,
thay thế cho quy trình cề sử dụng nhiều năng
lượng và nguyên liệu. Hiệu suất thu được không
chỉ cao hơn 37%, mà tiêu thụ năng lượng còn
giảm hơn một nửa và tiêu thụ dung môi giảm
81%, đồng thời lượng nước thải giảm 30%. Quy
trình mới này sẽ tiết kiệm cho Công ty hơn 175
triệu USD mỗi năm về mặt chi phí nguyên liệu
và chi phí xử lí phế thải. Giảm sử dụng dung
môi và tái sử dụng phế thải.
Các nhà nghiên cứu luôn tìm kiếm các cơ hội
để thu hồi hoặc tái chế các dòng phế thải trong
sản xuất dược phẩm. Với những công cụ sàng
lọc và đánh giá mới, họ có thể hiểu rõ những gì

mà các quá trình sản xuất sẽ tạo ra và tìm cách
thu hồi một số phế thải để cung cấp cho các lĩnh
vực sản xuất khác, ví dụ cung cấp dung môi cho
sản xuất sơn. Tại Hãng dược phẩm Pfizer,
lượng dung môi clorofom sử dụng trong năm
2008 đã giảm 98%, từ năm 2005 hãng cũng đã
ngừng sử dụng dung môi diisopropyl, giảm 60%
lượng sử dụng dung môi diclometan. Những
động lực chính đối với Pfizer trong nỗ lực giảm
sử dụng dung môi này là giảm chi phí sản xuất,
đặc biệt là chi phí xử lí phề thải, và giảm xuống
tối thiểu tác động đối với môi trường trong quá
trình sản xuất.
Trong quá trình sản xuất Lyrica (sản phẩm bán
chạy thứ hai của hãng), tất cả các bước sản
xuất đều được thực hiện trong môi trường
nước. Đây là quy trình sử dụng enzym đã được
trao giải thưởng về thân môi trường. Nhờ quy
trình này mà từ 2007 đến 2020 Pfizer có thể
tránh được hơn 200.000 tấn phế thải là hóa chất
hữu cơ, áp dụng hóa học xanh từ nghiên cứu
đến sản xuất. Từ năm 2001, các sáng kiến về
hóa học xanh của Pfizer đã liên kết các chuyên
gia và các nhà hóa học trong lĩnh vực sản xuất
dược phẩm, họ đã tạo ra một mạng lưới toàn
cầu các nhà hóa học xanh với những chương
trình có mục đích ảnh hưởng và thay đổi quan
điểm trong ngành, làm cho hóa học xanh trở
thành một phần của công việc hàng ngày. Các
nhóm nghiên cứu cũng đề ra các giải pháp tiết

kiệm chi phí và bảo vệ môi trường, đặc biệt đối
với các quy trình sản xuất thế hệ hai, được phát
triển sau khi các quy trình thế hệ đầu đã được
chấp thuận và áp dụng trong sản xuất. Họ tìm
cách cải thiện các sản phẩm và thực hiện các
thay đổi cơ bản ngay trong thời gian được bảo
hộ sáng chế ban đầu. Các công nghệ và
phương pháp mới lần lượt được đưa ra để ứng
dụng sản phẩm một cách hợp lí, thân môi
trường và tiết kiệm chi phí. Phần lớn các công ty
dược phẩm đi theo xu hướng hóa học xanh sẵn
sàng thực hiện các quá trình thay đổi đối với
sản phẩm trong quá trình phát triển lâm sàng
giai đoạn II, tức là trước khi công bố các thành
phần hóa học để xin phép lưu hành sản phẩm.
Nhìn chung, sản phẩm của họ trải qua quá trình
nghiên cứu và triển khai cùng với những nguyên
tắc hóa học xanh. Tính chất thân môi trường
của quá trình sản xuất được đánh giá ở các cấp
khác nhau ngay trong quá trình phát triển loại
thuốc mới. Đồng thời, các nhà sản xuất thuốc
hết hạn bảo hộ sáng chế cũng đang tìm cách áp
dụng các nguyên tắc hóa học xanh, đặc biệt là
khi các phương pháp thân môi trường cũng
mang lại hiệu quả kinh tế do giảm chi phí
nguyên liệu và chi phí xử lề môi trường.
Tại Ấn Độ (cùng với Trung Quốc là nơi có nhiều
nhà sản xuất thuốc giá rẻ), chi nhánh của Viện
hóa học xanh thuộc Hội hóa học Mỹ đã thành
lập Trung tâm Hóa học xanh tại Niu Đêli với mục

đích hỗ trợ phát triển hóa học xanh. Công ty
Newreka của Ấn Độ mới đây đã được giải
thưởng hóa học xanh của Trung tâm do cung
cấp cho các nhà sản xuất dược phẩm các công
nghệ thân môi trường và các giải pháp làm sạch
để tái chế dung môi. Công ty cũng tập trung vào
việc sử dụng các xúc tác sắt trong các điều kiện
nhẹ nhàng để thay thề các xúc tác độc hơn
trong các quá trình khử, nitrat hóa và axetylat
hóa. Các quá trình của Công ty có tốc độ
chuyển hóa và tính chọn lọc cao hơn, nhờ đề
tạo ra ít phế thải hơn và các dung dịch thải cũng
dễ xử lí hơn. Ví dụ, một quá trình khử của Công
ty cho phép tái sử dụng 25 lần dung dịch phản
ứng với thành phần chính là nước.
Newreka và các nhà cung ứng công nghệ khác
đã tìm cách đáp ứng nhu cầu công nghệ mới
bằng cách chuyển từ phòng thí nghiệm sang
các ứng dụng thương mại trong sản xuất dược
phẩm. Ban đầu, việc áp dụng công nghệ xanh
có thể sẽ tốn kém do chi phí phát triển và mở
rộng sản xuất. Nhưng sau khi đi vào sản xuất ổn
định, công nghệ xanh cho phép phát triển sản
xuất một cách bền vững với chi phí ngày càng
giảm. Trong khi đó, những nhà sản xuất không
đầu tư vào hóa học xanh thì lúc đầu có thể sản
xuất với giá thành thấp nhưng chi phí khắc phục
các hậu quả môi trường sẽ ngày càng cao,
khiến cho chi phí sản xuất ngày càng tăng, quá
trình sản xuất sẽ trở nên không bền vững. Một

trong những xu hướng hóa học xanh hiện nay là
việc sử dụng ngày càng tăng các xúc tác hóa
sinh trong sản xuất dược phẩm quy mô lớn
cũng như việc áp dụng các quá trình sản xuất
liên tục và các thiềt bị phản ứng cỡ micro.
Ví dụ, Công ty Pháp Novasep đã phát triển các
thiết bị phản ứng cỡ micro, cho phép thực hiện
phản ứng an toàn hơn và dễ thao tác hơn, tính
chọn lọc cao hơn, tạp chất ít hơn nên giảm các
bước làm sạch cuối dòng. Công ty cũng phát
triển quy trình sắc kí liên tục, cho phép giảm
lượng dung môi làm sạch và có thể tái chế hầu
như toàn bộ dung môi nếu kết hợp với các
phương pháp cô dung môi có hiệu quả. Nhờ áp
dụng quy trình UCB dùng để tách các chất đồng
phân đối ảnh, Công ty có thể tái chế 99,97%
dung môi trong khi sản xuất hàng trăm tấn thuốc
mỗi năm. Đối với các quy trình tách quy mô nhỏ,
Novasep sử dụng hỗn hợp CO2 tái chế và dung
môi hữu cơ 2 - 20%. Công nghệ này rất phù
hợp cho các phòng thí nghiệm điều chế nhỏ với
sản lượng từ vài gam đến vài kg, phục vụ nhu
cầu phát triển hóa chất.
Tuy ngành sản xuất dược phẩm đã đạt được
những tiến bộ đáng kể trong xu hướng hóa học
xanh, nhưng vẫn còn nhiều cơ hội để đổi mới và
còn nhiều lĩnh vực cần được cải tiến. Việc xử lí
các dung môi cả về mặt chất lượng và khối
lượng chỉ mới là những bước đi đầu tiên.
Những yêu cầu ngày càng cao đang đòi hỏi các

giải pháp sáng tạo hơn để đáp ứng mục tiêu
phát triển bền vững của ngành. Mặt khác, cũng
có thể đạt được nhiều tiền bộ chỉ đơn giản bằng
cách làm cho mọi người nhận thức rõ hơn về
hóa học xanh và thay đổi các thói quen cũ.