DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-025-00450-2
تاريخ النشر: 2025-12-24
المؤلف: Marwan Abdelmahmoud Abdelkarim Maki وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص السوائل الأيونية وتطبيقاتها
نظرة عامة
يؤكد القسم المراجع على الدور الحاسم للمذيبات الخضراء في تعزيز الكيمياء المستدامة من خلال التخفيف من القضايا البيئية والصحية والسلامة المرتبطة بالمركبات العضوية المتطايرة التقليدية. مشتقة من موارد متجددة ومصممة لتكون أقل سمية وزيادة القابلية للتحلل البيولوجي، تتماشى هذه المذيبات مع مبادئ الكيمياء الخضراء ويتم اعتمادها بشكل متزايد عبر مختلف القطاعات، بما في ذلك الأدوية والكيماويات الزراعية والبوليمرات والغذاء. تصنف المراجعة الفئات الرئيسية من المذيبات الخضراء، مثل الكحوليات الحيوية (مثل الإيثانول، البوتانول)، والتربينات (مثل الليمونين)، واسترات الميثيل للأحماض الدهنية، والمذيبات من الجيل التالي مثل γ-فاليرولاكتون، مع تقييم خصائصها الفيزيائية الكيميائية وتأثيراتها البيئية باستخدام أدوات تقييم الخضرة المعمول بها.
في الختام، يتم وضع اعتماد المذيبات الخضراء كاستراتيجية تحويلية لتقليل النفايات، وتحسين نتائج الصحة، ومكافحة تدهور البيئة. تسلط المراجعة الضوء على إمكانيات المذيبات المستندة إلى البيولوجيا كبدائل أكثر أمانًا بينما تساهم في ممارسات صناعية مستدامة تتماشى مع أهداف التنمية المستدامة. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات، بما في ذلك الفجوات في بيانات التحلل البيولوجي، ومشكلات القابلية للتوسع، والحاجة إلى معايير تقييم موحدة. يجب أن تعطي الأبحاث المستقبلية الأولوية للتقييمات الشاملة للمذيبات الجديدة، ومقارنات الأداء في السياقات الصناعية، والتقدم في تقنيات إعادة تدوير المذيبات. سيكون الدعم التنظيمي والحوافز السياسية ضرورية لتسهيل الاعتماد الواسع للمذيبات الخضراء، مما يبرز أهميتها كجزء من التزام أوسع بالكيمياء الخضراء وممارسات التصنيع المستدامة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للمذيبات عبر مختلف الصناعات، بما في ذلك الكيميائية والصيدلانية والزراعية وقطاعات التصنيع، حيث تُستخدم كوسائط تفاعل، ومواد استخراج، ومواد تنظيف. يساهم الاستهلاك السنوي الواسع للمذيبات بشكل كبير في انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة (VOC) ويشكل مخاطر خطيرة على صحة الإنسان والبيئة بسبب سمية وقابلية الاشتعال للمذيبات العضوية التقليدية المشتقة من الموارد الأحفورية. في ضوء هذه التحديات، اكتسبت مبادئ الكيمياء الخضراء زخمًا، مع أطر مثل أهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة (UN SDGs) التي تدعو إلى ممارسات صناعية مستدامة.
إن التحول نحو المذيبات الخضراء ليس فقط ضرورة بيئية ولكن أيضًا ضرورة للصحة العامة والاقتصاد، حيث يرتبط التعرض للمذيبات التقليدية بمشكلات صحية متنوعة، بما في ذلك اضطرابات الجهاز التنفسي والسرطنة. استجابت الهيئات التنظيمية مثل وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) والوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية (ECHA) من خلال فرض تنظيمات أكثر صرامة على المذيبات الخطرة، مما دفع الصناعات للبحث عن بدائل صديقة للبيئة ومتجددة. على مدى العقدين الماضيين، تقدمت الأبحاث من المفاهيم النظرية إلى التطبيقات العملية، مما أدى إلى تطوير فئات مبتكرة من المذيبات مثل المذيبات العميقة الطبيعية (NADES)، والكحوليات الحيوية، والسوائل الأيونية، والتربينات. تظهر هذه المذيبات الخضراء خصائص فيزيائية كيميائية ملائمة وتوافقًا مع تطبيقات متنوعة، بما في ذلك الكيمياء الاصطناعية واستخراج المنتجات الطبيعية، حيث تُظهر NADES، على وجه الخصوص، وعدًا كمستخلصات فعالة وقابلة للتحلل البيولوجي للمواد الكيميائية النباتية. ينعكس الاهتمام التجاري المتزايد بالمذيبات الخضراء في العدد المتزايد من براءات الاختراع ذات الصلة والتعاون بين الصناعة والأكاديمية.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الحاجة الملحة للمراجعات التكاملية حول المذيبات الخضراء التي تشمل مجالات تطبيق متنوعة، وتقدم صناعي، وأطر تنظيمية، ومعايير استدامة. الأدبيات الحالية مجزأة، حيث تتناول إما التخليق الكيميائي أو الاستخراج دون تقييم شامل لأداء المذيبات وتأثيراتها على الصحة العامة. تهدف هذه المراجعة إلى سد تلك الفجوة من خلال تقديم تحليل شامل لأنواع المذيبات الخضراء، وخصائصها، وتطبيقاتها، وابتكاراتها، مع مراعاة أيضًا تأثيرات الصحة العامة والاتجاهات المستقبلية. من خلال تجميع الأدلة من الدراسات الحديثة، وبراءات الاختراع، والإرشادات التنظيمية، تسعى الورقة إلى توجيه الباحثين، والمصممين، وصانعي السياسات في تعزيز استخدام المذيبات المستدامة.
تؤكد مبادئ الكيمياء الخضراء، التي وضعها وارنر وأنستاس، على تصميم العمليات الكيميائية التي تقلل من المواد الخطرة والنفايات. تطورت هذه الفلسفة لتشمل “الكيمياء التحليلية الخضراء”، التي تركز على تقليل المواد الخطرة في العمليات التحليلية. ظهرت استراتيجيات متنوعة لتعزيز المذيبات الخضراء، بما في ذلك استخدام المذيبات الحيوية والسوائل فوق الحرجة، بالإضافة إلى تطوير أدلة اختيار المذيبات بناءً على المعايير البيئية والصحية والسلامة. على الرغم من التقدم، لا يزال تحقيق مذيبات تلبي جميع معايير الكيمياء الخضراء—مثل انخفاض السمية، وقوة الذوبان العالية، والقابلية للتحلل البيولوجي—يمثل تحديًا. تؤكد الورقة على أهمية التقييم الشامل للمذيبات، داعيةً إلى إطار شامل يأخذ في الاعتبار استدامة دورة الحياة وتأثير المذيبات على البيئة عبر مختلف الصناعات.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-025-00450-2
Publication Date: 2025-12-24
Author(s): Marwan Abdelmahmoud Abdelkarim Maki et al.
Primary Topic: Ionic liquids properties and applications
Overview
The reviewed section emphasizes the critical role of green solvents in promoting sustainable chemistry by mitigating the environmental, health, and safety issues associated with traditional volatile organic compounds. Derived from renewable resources and designed for lower toxicity and enhanced biodegradability, these solvents align with green chemistry principles and are increasingly adopted across various sectors, including pharmaceuticals, agrochemicals, polymers, and food. The review categorizes major classes of green solvents, such as bioalcohols (e.g., ethanol, butanol), terpenes (e.g., limonene), fatty acid methyl esters, and next-generation solvents like γ-valerolactone, evaluating their physicochemical properties and environmental impacts using established greenness assessment tools.
In conclusion, the adoption of green solvents is positioned as a transformative strategy to minimize waste, improve health outcomes, and combat environmental degradation. The review highlights the potential of biobased solvents as safer alternatives while contributing to sustainable industrial practices aligned with Sustainable Development Goals. However, challenges remain, including gaps in biodegradation data, scalability issues, and the need for standardized evaluation metrics. Future research should prioritize comprehensive assessments of new solvents, performance comparisons in industrial contexts, and advancements in solvent recycling technologies. Regulatory support and policy incentives will be essential to facilitate the widespread adoption of green solvents, underscoring their importance as part of a broader commitment to green chemistry and sustainable manufacturing practices.
Introduction
The introduction highlights the critical role of solvents across various industries, including chemical, pharmaceutical, agricultural, and manufacturing sectors, where they are used as reaction media, extraction agents, and cleaning agents. The extensive annual consumption of solvents contributes significantly to volatile organic compound (VOC) emissions and poses serious risks to human health and the environment due to the toxicity and flammability of traditional organic solvents derived from fossil resources. In light of these challenges, the principles of green chemistry have gained traction, with frameworks like the United Nations Sustainable Development Goals (UN SDGs) advocating for sustainable industrial practices.
The shift towards green solvents is not only an environmental imperative but also a public health and economic necessity, as exposure to conventional solvents is linked to various health issues, including respiratory disorders and carcinogenicity. Regulatory bodies such as the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) and the European Chemicals Agency (ECHA) have responded by imposing stricter regulations on hazardous solvents, prompting industries to seek environmentally benign and renewable alternatives. Over the past two decades, research has advanced from theoretical concepts to practical applications, leading to the development of innovative solvent classes such as Natural Deep Eutectic Solvents (NADES), bioalcohols, ionic liquids, and terpenes. These green solvents exhibit favorable physicochemical properties and compatibility with various applications, including synthetic chemistry and natural product extraction, with NADES, in particular, showing promise as efficient and biodegradable extractants for phytochemicals. The growing commercial interest in green solvents is reflected in the increasing number of related patents and collaborations between industry and academia.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the critical need for integrative reviews on green solvents that encompass various application domains, industrial advancements, regulatory frameworks, and sustainability metrics. Current literature is fragmented, primarily addressing either chemical synthesis or extraction without a comprehensive evaluation of solvent performance and public health implications. This review aims to fill that gap by providing a thorough analysis of green solvent types, properties, applications, and innovations, while also considering public health impacts and future directions. By synthesizing evidence from recent studies, patents, and regulatory guidelines, the paper seeks to guide researchers, formulators, and policymakers in promoting sustainable solvent use.
The principles of green chemistry, established by Warner and Anastas, emphasize the design of chemical processes that minimize hazardous substances and waste. This philosophy has evolved to include “green analytical chemistry,” which focuses on reducing hazardous materials in analytical processes. Various strategies have emerged to promote green solvents, including the use of biosolvents and supercritical fluids, as well as the development of solvent selection guides based on environmental, health, and safety criteria. Despite the progress, achieving a solvent that meets all green chemistry criteria—such as low toxicity, high solvency power, and biodegradability—remains challenging. The paper underscores the importance of a holistic evaluation of solvents, advocating for a comprehensive framework that considers lifecycle sustainability and the environmental impact of solvent use across different industries.