旋转蒸发仪用于从反应产物中去除化学溶剂。图片来源：Forance/Alamy

本报讯 一项针对过去40年间专利中列出的130万条化学反应的分析显示，尽管倡导采用更安全、更具可持续性的替代溶剂已有近30年，但化学家仍在大量使用危险溶剂。这项近日发表于《德国应用化学》的成果，是同类研究中规模最大、最全面的调查。

溶剂是化学反应里必不可少的液体，既用于溶解反应物质，也被用来提取、纯化反应产物。一些常用溶剂不仅具有健康风险，还可能具有易燃等其他危险属性。传统溶剂几乎都来源于石油或天然气，会留下显著的环境足迹。

该调查中很大一部分专利涉及药物研发的早期探索性研究。数据显示，1976年专利记录的反应中，约60%使用的是危险溶剂；到2016年，这一比例上升至70%以上。“结果令人失望，但并不意外。”论文通讯作者、英国约克大学的Helen Sneddon说。

美国加州大学圣巴巴拉分校的Bruce Lipshutz表示，研究结果进一步说明化学领域迫切需要摆脱石油基溶剂。“我们必须做出改变。”

“结果有点让人泄气，我们本以为已经看到进展。”美国化学会绿色化学研究所的David Leahy说，“希望药物化学课题组和学术团队看到这项研究后，能够考虑自己选择的溶剂。”

这项研究依托一个源自美国专利商标局的公开数据库——1976年至2016年的美国专利化学反应集，其中专利的化学名称、化学结构被转换为计算机可读格式。论文作者、瑞士洛桑联邦理工学院的Maarten Dobbelaere介绍：“这几乎是可用于此类调查的唯一大规模开源化学反应库。”

Dobbelaere开发了一套名为Rxn-INSIGHT 的人工智能系统。该系统可以解析化学数据库，回应研究人员关于合成新分子所需试剂、催化剂、溶剂的相关查询。Sneddon与Dobbelaere利用这套系统，在经过标注的专利数据库中追踪了500多种不同化学反应的溶剂使用情况。

研究不仅证实二氯甲烷这类危险溶剂依旧深受化学家青睐，还发现当法规限制使用某一种有毒溶剂时，化学家往往会换成另一种危险溶剂，而非选用绿色安全的替代品。除此之外，三氟乙酸的使用量大幅增长。三氟乙酸是许多合成工艺的关键原料，按照某些定义，它属于“永久化学物质”，是持久性全氟和多氟烷基物质的一员，如今在环境样本中检出率越来越高。

Leahy表示，在药物研发早期阶段，化学家的目标往往是尽快合成大量不同的分子，因此会参照相关文献选择溶剂。“对于化学家来说，几乎没有任何动力在更环保的条件下合成这些分子。”

不过，这项研究仍存在局限性，可能并未涵盖某些取得进展的领域。此外，所用数据库截止到2016年，无法体现此后发生的变化，同时数据库没有统计溶剂实际消耗量。如今实验室反应装置趋于小型化、微量化，可能已经降低了溶剂的总体消耗。Sneddon表示，专利大多记录的是实验室的早期研究，而放大到工业生产阶段时，二氯甲烷这类危险溶剂常常会被淘汰。

很多化学反应其实已经存在更绿色的替代方案。Lipshutz指出，不少经典有机反应完全可以在水相中完成，合成化学家应当多借鉴人体内的化学反应，因为后者以水作为反应溶剂。“归根结底，大自然完成了全部与生命相关的化学反应，造就了人类与各种生物，全程没有用一滴石油。”

研究结果还给使用人工智能辅助反应规划的研究者敲响了警钟。大模型往往基于已发表文献（包括专利）进行训练，给出的溶剂建议很容易复刻过去并不理想的选择。

Sneddon补充说，想要真正普及绿色溶剂，化学教育必须发生根本性转变，本科阶段就要教会学生依据绿色化学的原则挑选溶剂。Lipshutz表示认同：“现在就应当大力推行绿色化学。”（王方）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1002/anie.1677569