В останні десятиліття хімічна спільнота доклала значних зусиль для сприяння стійкості (Clarke et al., 2018; Ma et al., 2024; Matthies et al., 2024; Zhou et al., 2018). Однак, коли для продукту існує декілька виробничих маршрутів, вибір найбільш екологічно чистого та медичного варіанту залишається складним. Для вирішення цього питання було розроблено різні показники стійкості, які можна широко класифікувати на дві категорії: «Масові» та «Здоров’я навколишнього середовища та людини». Масові показники, такі як електронний фактор (Sheldon, 2017), економіка атома (AE) (Trost, 1991), масова інтенсивність (MI) (Curzons et al., 2001), ефективність реакційної маси (RME) (Curzons et al., 2001), тощо (Summerton and Constandinou, 2016), зосереджуються на зниженні відходів та ефективності ресурсів за допомогою легко доступних даних. Однак ці методи часто не помічають токсичності речовин (Chowdhury et al., 2015; Mercer et al., 2012; Sheldon, 2018). Для вирішення цього питання оцінка життєвого циклу (LCA) (Chen et al., 2024; Guinée, 2002; Häussling Löwgren et al., 2025) забезпечує більш широку оцінку впливу на навколишнє середовище, включаючи екологічні метрики здоров'я. Ці показники оцінюють хімічні ризики відносно довідкових речовин, іноді потребують наближення концентрації в різних відділеннях навколишнього середовища за допомогою мультимедійної моделі (MCM) (Allen and Shonnard, 2001). Оцінка токсичності людини за допомогою прийому або вдихання, як правило, покладається на даремно Тести, такі як серединні летальні дози або концентрації (LD50/LC50) у щурів. Однак швидка поява нових хімічних речовин випередила дослідження токсичності, що призводить до значних прогалин у даних у основних базах даних, таких як NLM PubCHEM (2025) та базу даних хімічної безпеки SDS (Chemical Safety, 2025).
У наших останніх роботах ми ввели нову методологію для швидкої оцінки профілів токсичності каталітичних реакцій (Agorova et al., 2020, 2021). Цей підхід прискорює оцінку потенційних ризиків для здоров'я, пов'язаних з хімічними процедурами за допомогою ток-профілів, біопрофільних та біо-смужок (Boichenko et al., 2024; Agorova et al., 2021). Зокрема, біопрофіли та біопостачання ілюструють “загальну цитотоксичність” хімічної реакції, враховуючи напівмаксимальну цитотоксичну концентрацію (CC50) значення речовин -учасників. Переваги цієї методології були продемонстровані прикладом відомих каталітичних реакцій утворення зв'язку СК, таких як Suzuki (Pentsak et al., 2022), Friedel-Crafts, Sonogashira та Mizoroki-Heck (Agorova et al., 2021, 2024).
Ця робота має на меті подальше спрощення та вдосконалення аналізу небезпек для навколишнього середовища хімічних процесів (див. Таблицю 1). Каталітична амінація Buchwald – Hartwig розглядається тут як головний приклад завдяки його практичному важливості. Відкриття цієї реакції 30 років тому (Guram and Buchwald, 1994; Paul et al., 1994) являло собою великий прорив у каталітичному утворенні вуглецево -гетаріома (Dennis et al., 2018; Hartwig, 1998, 2008). Завдяки своїй універсальності та корисності він виявив широке застосування в синтезі органічних будівельних блоків, фармацевтичних молекулярних ядер, біологічно активних сполук, природних продуктів та функціоналізованих гетероциклів (Ruiz-Castillo and Buchwald, 2016; Uehling et al., 2019). Запропоновано кілька зелених каталітичних протоколів (Lei et al., 2021; Sá et al., 2014; Wang and Shi, 2021; Yaseneva et al., 2016); Однак, враховуючи широке застосування як в лабораторії, так і в промисловості, а також постійні пошуки ефективних каталітичних систем, профілі безпеки та потенційні несприятливі наслідки цих реакцій на здоров'я людини та навколишнє середовище потребують ретельної оцінки (Ang et al., 2021; Castiello et al., 2023).
Тут представлені результати оптимізації реакції Бухвальда – Хартвіга з точки зору токсичності його компонентів. Це дослідження розглядає 432 шляхи на продукт для отримання дифеніламіну та 4- (с-Толіл) Морфолін, які є ключовими будівельними блоками для різних фармацевтичних препаратів, барвників та антиоксидантів у промисловості. Новизна цього проекту полягає у розробці ефективної процедури аналізу та графічно представлення даних про токсичність для хімічних процесів для скринінгу великої кількості окремих синтетичних шляхів. З цією метою вводяться «токси-скелі» хімічних реакцій. Результати цього дослідження сприяють розробці безпечніших та більш ефективних методів синтезу бажаних ешафотів за допомогою однієї з найбільш широко використовуваних реакцій C-N перехресного залучення.