0 引言
制药工程行业背景：制药行业作为国民经济的重要支柱产业，对民众健康和经济发展具有深远影响。药品的生产不仅关系到人类生命质量的提升，同时也是推动经济增长的关键领域之一[1]。然而，传统制药生产方式在追求经济效益的同时，往往忽视了对环境的保护，导致大量有害物质被排放到空气、土壤和水体中，造成了严重的环境污染问题[7]。例如，制药过程中产生的有机废水、废气以及固体废弃物，不仅对生态系统构成威胁，还可能通过食物链危害人类健康[13]。在此背景下，绿色化学技术的引入成为制药行业实现可持续发展的必然选择。绿色化学技术以预防污染为核心理念，旨在从源头上减少或消除制药过程中的环境污染，为行业提供了一条环境友好型的发展路径[1]。
研究目的与意义：本研究旨在探讨绿色化学技术在制药工程中的应用现状及其潜在价值，分析其对制药行业可持续发展的重要意义。绿色化学技术的应用不仅能够显著减少制药过程中的污染物排放，还能提高资源利用率，降低生产成本，从而提升企业的经济效益和市场竞争力[3]。此外，绿色化学技术的推广有助于缓解制药行业面临的环境压力，促进人与自然的和谐共生，符合全球范围内对环境保护的高度重视[5]。更为重要的是，绿色化学技术的应用还能够推动制药工艺的创新与升级，提高药物合成的效率与质量，为患者提供更加安全、有效的药品[13]。因此，研究绿色化学技术在制药工程中的应用，对于实现环境保护与经济发展的双赢目标具有重要的理论与实践意义。
1 绿色化学技术概述
1.1 绿色化学技术的概念
绿色化学技术，亦称为环境友好型化学技术，其核心理念在于通过创新的化学方法从源头上减少或消除污染，而非仅依赖末端治理。这一技术旨在实现化学过程对人类健康和生态环境的最小化影响，同时保障资源的高效利用[1]。绿色化学的目标是实现可持续发展，通过设计和开发全新的化学工艺与物质，降低或避免有毒有害物质的使用与生成，从而推动化工产业向清洁生产模式转型[7]。在制药工程中，绿色化学技术的应用尤为关键，它不仅能够显著降低制药过程中的环境污染，还能提升药品生产的效率与质量，为制药行业的可持续发展提供理论支持和技术保障[11]。
1.2 绿色化学技术的原理
绿色化学技术的实施基于多项核心原理，其中原子经济性、无害原料与溶剂的使用以及绿色催化是其重要组成部分。原子经济性强调在化学反应中最大化地利用原料分子，力求使所有原子均被纳入目标产物中，从而实现零排放和副产物的最小化[5]。这一理念在制药工程中具有重要意义，因为它能够显著减少废弃物的生成，提高资源利用效率。此外，无害原料与溶剂的使用是绿色化学的另一重要原则，旨在通过选择低毒或无毒的原料与溶剂来降低对环境和人体的潜在危害[11]。在制药领域，绿色溶剂如超临界流体和离子液体已逐渐取代传统有机溶剂，展现出显著的环境优势。绿色催化技术则通过开发高效、高选择性的催化剂，加速反应进程并减少副产物的生成，从而进一步提升制药过程的环保性与经济性[2]。这些原理共同构成了绿色化学技术的理论基础，并为制药工程的绿色化提供了科学指导。
2 绿色化学技术在制药工程中的应用
2.1 绿色溶剂的使用
传统制药过程中广泛使用的有机溶剂，如甲苯、二甲苯等，具有高毒性、易挥发性和难降解性，对环境和人类健康造成严重威胁[10]。这些溶剂不仅在生产过程中释放大量挥发性有机化合物（VOCs），还可能导致土壤和水体污染。为解决这一问题，绿色溶剂逐渐成为制药行业的替代方案。超临界流体（如超临界二氧化碳）因其低毒、无污染且易于回收的特性，在药物提取和分离中展现出显著优势。例如，超临界二氧化碳已被成功应用于天然产物的提取，能够高效分离目标成分并避免残留溶剂污染[11]。此外，离子液体作为一种新型绿色溶剂，因其高热稳定性、低挥发性和可设计性，在药物合成和催化反应中表现出优异性能。研究表明，离子液体可用于手性药物的合成，显著提高反应选择性和产率[12]。
2.2 催化技术的应用
催化技术在制药反应中扮演着至关重要的角色，通过加速反应速率、提高选择性和降低能耗，显著提升了制药过程的效率与环保性[2]。生物催化技术利用酶或微生物作为催化剂，具有高度专一性和温和反应条件的优势。例如，在抗生素合成中，生物催化已被广泛应用于青霉素类药物的制备，不仅减少了副产物生成，还大幅降低了能源消耗[7]。均相催化和多相催化则在药物合成中展现了不同的应用潜力。均相催化以其高活性和选择性著称，常用于复杂药物分子的合成；而多相催化因其易于分离和重复使用的特点，更适合大规模工业生产。例如，在含氟药物的合成中，多相催化技术通过使用金属氧化物催化剂，实现了高效氟化反应，同时减少了废弃物排放[8]。
2.3 原子经济性反应的设计
原子经济性反应旨在通过最大化原料分子的利用率，将反应原料中的所有原子完全转化为目标产物，从而实现零排放和副产物最小化[5]。这一理念的核心在于合理设计反应路径，避免不必要的中间体生成和副反应发生。在制药领域，原子经济性反应的设计已成为绿色化学技术的重要组成部分。例如，在抗癌药物紫杉醇的合成中，研究人员通过优化反应条件和使用高效催化剂，成功实现了原子经济性反应，将原料利用率提高至90%以上，同时显著减少了废弃物的产生[11]。此外，在含氟药物的绿色合成中，原子经济性反应的设计也得到了广泛应用。通过引入新型氟化试剂和催化体系，研究人员能够在保证药物活性的同时，大幅降低副产物生成量，为制药行业的可持续发展提供了重要支持[14]。
3 绿色化学技术在制药工程应用中的挑战与应对策略
3.1 面临的挑战
绿色化学技术在制药工程中的应用面临诸多挑战。首先，技术研发成本高是一个显著问题，开发新的绿色化学工艺需要大量的资金投入，用于基础研究、实验验证及中试放大等环节，这对制药企业的经济实力提出了较高要求[3]。其次，现有生产设备改造难度大，传统制药设备往往无法满足绿色化学技术所需的特定条件，如超临界流体反应装置对压力和温度控制的要求极为严格，改造或更换设备需耗费大量资源[8]。此外，技术人员对新技术的适应期也是一大挑战，绿色化学技术涉及多学科交叉知识，技术人员需要较长时间学习和掌握，这可能导致技术应用初期效率低下[12]。
3.2 应对策略
针对上述挑战，可采取以下策略。一是加大科研投入，企业应设立专项研发资金，用于支持绿色化学技术的创新与应用研究，同时积极争取政府科研项目资助，以减轻资金压力[3]。二是政府政策支持，政府可通过税收优惠、财政补贴等政策鼓励企业采用绿色化学技术，并对绿色制药项目给予优先审批和支持[13]。三是加强企业与科研机构合作，企业可与高校、科研院所建立产学研合作关系，共同开展技术研发和设备改造，加速科技成果转化[3]。四是开展技术人员培训，企业应定期组织技术培训和学习交流活动，帮助技术人员快速掌握绿色化学技术的关键要点，提高应用水平[13]。
4 绿色化学技术在制药工程中的未来发展趋势
4.1 与新兴生物技术的融合
绿色化学技术与基因工程、细胞工程等生物技术的融合具有广阔的前景和显著的优势。基因工程能够通过精准调控生物体的遗传信息，使其产生特定的目标化合物，从而减少对传统化学合成的依赖；细胞工程则利用细胞的特殊功能进行药物生产，提高生产效率和产物纯度[9]。这种融合不仅可以进一步优化制药工艺，还能显著降低能源消耗和环境污染。例如，在抗生素和疫苗的生产中，绿色化学技术与生物工程的结合已展现出巨大的潜力，能够实现更高效的生物催化反应和更清洁的生产过程。此外，绿色化学原则指导下的生物技术应用，有助于开发出更加环保且经济可行的药物合成路线，为制药工程带来革命性的变革。
4.2 智能化绿色制药工厂的构建
智能化技术在绿色制药工厂中的应用前景十分广阔。自动化控制系统的引入能够实现对制药过程的精确监控和实时调整，从而减少资源浪费并提高生产效率。大数据分析技术则可以通过对海量生产数据的挖掘和建模，优化工艺参数，预测潜在问题，并提前采取措施以避免生产中断或质量波动[13]。例如，通过智能化传感器网络监测反应条件，可以确保每一步反应都在最佳状态下进行，从而最大限度地提高原子经济性和产物收率。此外，智能化技术还能够促进绿色制药工厂的能源管理，通过优化能源使用模式降低碳排放。这些技术的应用不仅提升了制药效率与质量，还为实现制药工程的可持续发展目标提供了强有力的支持。
参考文献
[1]谭启达.试论绿色化学与制药行业的可持续发展[J].科学技术创新,2020,(1):30-31.
[2]陈磊.浅析制药工业中的绿色化学技术[J].饮食科学,2018,(5X):137-137.
[3]孙文静.绿色化学技术在制药工业中的应用探讨[J].内蒙古科技与经济,2016,(10):82-82.
[4]李洋;额尔德木图.绿色化工技术在化学工程中的应用[J].中国地名,2023,(1):215-217.
[5]徐贵远.谈绿色化学在制药研发中的应用[J].休闲,2020,(3):0286-0286.
[6]任林康.绿色化学的应用研究[J].化工管理,2019,(16):50-51.
[7]周伟.试论制药工业中的绿色化学技术[J].化工管理,2017,(35):230-.
[8]王业节;张夏平;周益辉.化学制药工艺优化方式与相关问题研究[J].化工管理,2022,(6):127-129.
[9]杨俊平.化工制药工艺优化方式与相关问题研究论述[J].当代化工研究,2022,(2):126-128.
[10]李丽.化学制药中绿色溶剂及无溶剂合成技术探究[J].化工管理,2024,(16):113-115.
[11]徐丹萍;刘晓侠.化学制药中绿色溶剂及无溶剂合成技术探析[J].当代化工研究,2020,(16):23-24.
[12]付亚静;张慧.化学制药工艺中存在的问题与解决措施[J].幸福生活指南,2023,(39):58-60.
[13]余江勇;梅素娟.制药工业的发展与环境保护[J].环境与发展,2011,23(11):25-26.
[14]付晓艺;吴晶晶;吴范宏.绿色氟代技术的应用和研究进展[J].有机氟工业,2020,(3):51-64.
作者简介：王源铎（1979—），男，汉族，四川成都人，本科，研究方向为制药工程。
