อธิบายตัวชี้วัดเคมีสีเขียว: อะตอมอีโคโนมี E-factor, PMI และประสิทธิภาพมวลของปฏิกิริยา

เผยแพร่: 19 ต.ค. 2026 · ผู้เขียน: Scidart Academy · เวลาอ่าน: ~8 นาที
สูตรโครงสร้างแบบเส้นของไอบูโพรเฟน ยาที่การสังเคราะห์แบบ BHC เป็นตัวอย่างคลาสสิกของเคมีสีเขียว
เส้นทาง BHC ในการผลิตไอบูโพรเฟนเพิ่มอะตอมอีโคโนมีจาก 40% เป็น 77.5%

คำตอบสั้น ๆ: อะตอมอีโคโนมีคือมวลของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหารด้วยมวลรวมของสารตั้งต้นในสมการที่ดุลแล้ว คูณ 100 E-factor คือกิโลกรัมของเสียต่อกิโลกรัมผลิตภัณฑ์ และความเข้มข้นมวลของกระบวนการ (PMI) คือกิโลกรัมรวมที่ใส่เข้าไปต่อกิโลกรัมผลิตภัณฑ์ ดังนั้น PMI = E-factor + 1 ประสิทธิภาพมวลของปฏิกิริยา (RME) รวมผลได้ อะตอมอีโคโนมี และสารที่ใช้เกินพอ เครื่องคำนวณตัวชี้วัดเคมีสีเขียวที่ใช้ฟรีคำนวณได้ทั้งหมดจากสมการที่ดุลแล้วและมวลของคุณ

ตัวชี้วัดเคมีสีเขียววัดอะไร

เคมีสีเขียวมุ่งผลิตสารเคมีโดยมีของเสียน้อยลง อันตรายน้อยลง และใช้พลังงานน้อยลง ตัวชี้วัดเปลี่ยนเป้าหมายนี้เป็นตัวเลขที่เปรียบเทียบระหว่างเส้นทางการสังเคราะห์ได้

อะตอมอีโคโนมีคำนวณจากสมการก่อนเข้าห้องปฏิบัติการ ส่วนผลได้ RME ประสิทธิภาพคาร์บอน E-factor และ PMI ต้องใช้มวลจริงจากการทดลองหรือโรงงาน

สูตร

  • อะตอมอีโคโนมี (%) = (ν × M ของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ) / (Σ ν × M ของสารตั้งต้นทั้งหมด) × 100
  • ร้อยละผลได้ (%) = มวลจริงของผลิตภัณฑ์ / มวลทางทฤษฎี × 100 มวลทางทฤษฎีคำนวณจากสารกำหนดปริมาณ
  • ประสิทธิภาพมวลของปฏิกิริยา (%) = มวลผลิตภัณฑ์ / มวลรวมของสารตั้งต้นที่ใช้ × 100 หรือ RME = อะตอมอีโคโนมี × ผลได้ ÷ ตัวประกอบส่วนเกิน
  • ประสิทธิภาพคาร์บอน (%) = โมลคาร์บอนในผลิตภัณฑ์ / โมลคาร์บอนในสารตั้งต้น × 100
  • E-factor = (มวลรวมที่ใส่เข้าไป − มวลผลิตภัณฑ์) / มวลผลิตภัณฑ์ E-factor แบบง่ายไม่รวมตัวทำละลายและน้ำ E-factor แบบสมบูรณ์รวมทุกอย่าง
  • ความเข้มข้นมวลของกระบวนการ = มวลรวมที่ใส่เข้าไป / มวลผลิตภัณฑ์ = E-factor แบบสมบูรณ์ + 1

ตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวทำละลายไม่ปรากฏในอะตอมอีโคโนมี แต่ปรากฏใน E-factor และ PMI

วิธีใช้เครื่องคำนวณตัวชี้วัดเคมีสีเขียว

  1. เปิดเครื่องคำนวณตัวชี้วัดเคมีสีเขียว
  2. พิมพ์สมการใน สมการที่ดุลแล้ว โดยใช้สูตร เช่น C5H6 + C4H2O3 → C9H8O3 กด ดุลสมการ หากคุณรู้เพียงสูตร
  3. เลือก ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ อะตอมอีโคโนมีจะปรากฏทันทีพร้อมมวลโมลาร์จากสูตร
  4. พิมพ์ มวลที่ใช้ (g) ของสารตั้งต้นแต่ละตัว และ มวลผลิตภัณฑ์ที่ต้องการที่แยกได้ (g) เครื่องคำนวณจะหาสารกำหนดปริมาณ ผลได้ทางทฤษฎี ร้อยละผลได้ RME และประสิทธิภาพคาร์บอน
  5. กด เพิ่มวัสดุ สำหรับตัวทำละลาย น้ำล้าง สารเคมี หรือตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละตัว และตั้งประเภท จะได้ E-factor แบบง่ายและแบบสมบูรณ์ และ PMI
  6. ลองกดปุ่ม เอสเทอริฟิเคชัน, ดีลส์-แอลเดอร์ (AE 100%), ปฏิกิริยา Wittig, ไอบูโพรเฟน: เส้นทาง Boots และ ไอบูโพรเฟน: เส้นทาง BHC

ตัวอย่างโจทย์

1. เอสเทอริฟิเคชัน: อะตอมอีโคโนมี 83.0%

CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O มวลโมลาร์: เข้า 60.05 + 46.07 = 106.12 g/mol ได้เอทิลแอซีเทต 88.11 g/mol AE = 88.11 / 106.12 × 100 = 83.0% อีก 17% ออกไปเป็นน้ำ

2. ปฏิกิริยาเดียวกันในห้องปฏิบัติการ

กรดแอซีติก 12.0 g (0.200 mol เป็นสารกำหนดปริมาณ) และเอทานอล 11.5 g (0.250 mol) ให้เอสเทอร์ 13.2 g ผลได้ทางทฤษฎี = 0.1998 × 88.11 = 17.6 g ผลได้จึงเป็น 75.0%

RME = 13.2 / 23.5 × 100 = 56.2% ประสิทธิภาพคาร์บอน = (0.150 mol × 4 C) / (0.200 × 2 + 0.250 × 2) × 100 = 66.7%

เพิ่ม H₂SO₄ 1.0 g สารละลายคาร์บอเนต 20 g และน้ำล้าง 50 g: มวลรวมที่ใส่ 94.5 g E-factor แบบสมบูรณ์ = (94.5 − 13.2) / 13.2 = 6.16 และ PMI = 7.16

3. Diels-Alder: อะตอมอีโคโนมี 100%

ไซโคลเพนทาไดอีน + มาลิอิกแอนไฮไดรด์ → สารผลิตภัณฑ์การเติม: C₅H₆ + C₄H₂O₃ → C₉H₈O₃ 66.10 + 98.06 = 164.16 g/mol ซึ่งเท่ากับมวลโมลาร์ของผลิตภัณฑ์ ทุกอะตอมไปอยู่ในผลิตภัณฑ์

4. ปฏิกิริยา Wittig: อะตอมอีโคโนมี 25.7%

Ph₃P=CH₂ + ไซโคลเฮกซาโนน → เมทิลีนไซโคลเฮกเซน + Ph₃PO AE = 96.17 / (276.32 + 98.14) × 100 = 25.7% ผลพลอยได้ที่หนักคือไตรฟีนิลฟอสฟีนออกไซด์ (278.29 g/mol) เป็นของเสีย แม้ผลได้ 100% มวลสามในสี่ก็ยังสูญเสียไป

5. ไอบูโพรเฟน: เส้นทาง Boots เทียบกับเส้นทาง BHC

เส้นทาง Boots (ทศวรรษ 1960) มีหกขั้น สารที่ใช้รวมเป็น 515.0 g ต่อไอบูโพรเฟน 206.3 g: AE = 40.1%

เส้นทาง BHC (ทศวรรษ 1990) มีสามขั้นแบบเร่งปฏิกิริยา: C₁₀H₁₄ + C₄H₆O₃ + H₂ + CO → C₁₃H₁₈O₂ + CH₃COOH เข้า 266.3 g ต่อออก 206.3 g: AE = 77.5% มักอ้างเป็น 77% เมื่อนำกรดแอซีติกที่เป็นผลพลอยได้กลับมาขาย อะตอมอีโคโนมีที่ใช้ประโยชน์ได้จะประมาณ 99%

ตารางสรุป

ปฏิกิริยาประเภทการประหยัดอะตอมผลพลอยได้
Diels-Alder (C₅H₆ + C₄H₂O₃)การเติม100%ไม่มี
N₂ + 3H₂ → 2NH₃การเติม100%ไม่มี
เอสเทอริฟิเคชันการควบแน่น83.0%น้ำ
ไอบูโพรเฟน เส้นทาง BHCแบบเร่งปฏิกิริยา 3 ขั้น77.5%กรดแอซีติก
กลูโคส → เอทานอลการหมัก51.1%CO₂
ไอบูโพรเฟน เส้นทาง Bootsแบบใช้สารตามปริมาณสัมพันธ์ 6 ขั้น40.1%เกลือและกรด
เมทิลีเนชันแบบ Wittigการกำจัด25.7%Ph₃PO

E-factor แบบสมบูรณ์โดยทั่วไป: การกลั่นน้ำมันต่ำกว่า 0.1 เคมีภัณฑ์ปริมาณมากต่ำกว่า 1 ถึง 5 เคมีภัณฑ์ละเอียด 5 ถึงมากกว่า 50 เภสัชภัณฑ์ 25 ถึงมากกว่า 100

หลักการ 12 ข้อของเคมีสีเขียว

  1. ป้องกันการเกิดของเสียแทนการบำบัด
  2. เพิ่มอะตอมอีโคโนมีให้สูงที่สุด
  3. ใช้วิธีสังเคราะห์ที่อันตรายน้อยลง
  4. ออกแบบสารเคมีที่ปลอดภัยกว่า
  5. ใช้ตัวทำละลายและสารช่วยที่ปลอดภัยกว่า
  6. ออกแบบให้ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
  7. ใช้วัตถุดิบหมุนเวียน
  8. ลดการสร้างอนุพันธ์ เช่น หมู่ป้องกัน
  9. ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ไม่ใช่สารตามปริมาณสัมพันธ์
  10. ออกแบบผลิตภัณฑ์ให้สลายตัวหลังใช้งาน
  11. วิเคราะห์แบบเรียลไทม์เพื่อป้องกันมลพิษ
  12. เลือกเคมีที่ปลอดภัยโดยธรรมชาติเพื่อป้องกันอุบัติเหตุ

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

  • ใช้สมการที่ยังไม่ดุล ซึ่งทำให้มวลรวมของสารตั้งต้นเปลี่ยนไป
  • ลืมสัมประสิทธิ์ของผลิตภัณฑ์ เช่น 2NH₃
  • ถือว่าอะตอมอีโคโนมีกับร้อยละผลได้เป็นสิ่งเดียวกัน
  • ใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวทำละลายลงในตัวส่วนของอะตอมอีโคโนมี
  • ระบุ E-factor โดยไม่บอกว่ารวมตัวทำละลายและน้ำหรือไม่
  • คำนวณผลได้ทางทฤษฎีจากสารที่ใช้เกินพอ

เคล็ดลับการสอบ

  • A-level (AQA, OCR, Edexcel): คำถามอะตอมอีโคโนมีให้สมการที่ดุลแล้วและค่า Mr แสดงสูตรก่อน แล้วจึงแทนตัวเลข และให้คำตอบเป็นเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
  • AP Chemistry และ IB: คุณอาจถูกถามว่าทำไมปฏิกิริยาที่มีผลได้สูงยังสิ้นเปลือง ให้ชี้ไปที่ผลพลอยได้และอะตอมอีโคโนมีที่ต่ำ
  • NEET และ JEE: ปฏิกิริยาการเติมและการจัดเรียงตัวใหม่มีอะตอมอีโคโนมี 100% ปฏิกิริยาการแทนที่และการกำจัดไม่ใช่
  • จำไว้ว่า PMI = E-factor + 1 เป็นการตรวจการคำนวณแบบรวดเร็ว

คำถามและคำตอบ

คำนวณอะตอมอีโคโนมีอย่างไร

หารมวลสูตรของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ (คูณสัมประสิทธิ์) ด้วยมวลสูตรรวมของสารตั้งต้นทั้งหมด (คูณสัมประสิทธิ์) แล้วคูณ 100 สำหรับ CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O อะตอมอีโคโนมี = 88.11 / 106.12 × 100 = 83.0%

การประหยัดอะตอมกับร้อยละผลได้ต่างกันอย่างไร?

อะตอมอีโคโนมีเป็นค่าทางทฤษฎีจากสมการที่ดุลแล้ว ร้อยละผลได้เป็นค่าที่วัดได้และเปรียบเทียบผลิตภัณฑ์ที่ได้จริงกับผลได้ทางทฤษฎี ปฏิกิริยา Wittig อาจมีผลได้สูงแต่มีอะตอมอีโคโนมีเพียงประมาณ 26%

E-factor ในเคมีสีเขียวคืออะไร

E-factor คือมวลของเสียหารด้วยมวลผลิตภัณฑ์ ของเสียคือทุกอย่างที่ใส่เข้าไปแต่ไม่ได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ รวมถึงตัวทำละลายใน E-factor แบบสมบูรณ์ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 0

ความเข้มข้นมวลของกระบวนการคืออะไร

ความเข้มข้นมวลของกระบวนการ (PMI) คือมวลรวมของวัสดุทั้งหมดที่ใช้ รวมถึงสารตั้งต้น ตัวทำละลาย สารเคมีที่ใช้ และน้ำ หารด้วยมวลผลิตภัณฑ์ PMI = E-factor แบบสมบูรณ์ + 1 เป็นตัวชี้วัดที่บริษัทยาใช้มากที่สุด

ปฏิกิริยาใดมีอะตอมอีโคโนมี 100%

ปฏิกิริยาที่อะตอมของสารตั้งต้นทั้งหมดไปอยู่ในผลิตภัณฑ์เดียว: ปฏิกิริยาการเติม เช่น ไฮโดรจิเนชันและปฏิกิริยา Diels-Alder และปฏิกิริยาการจัดเรียงตัวใหม่ N2 + 3H2 → 2NH3 ก็เป็น 100% เช่นกัน

ทำไมการสังเคราะห์ไอบูโพรเฟนแบบ BHC จึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมกว่าแบบ Boots

BHC ใช้สามขั้นแบบเร่งปฏิกิริยาแทนหกขั้นแบบใช้สารตามปริมาณสัมพันธ์ อะตอมอีโคโนมีเป็น 77.5% เทียบกับ 40.1% ผลพลอยได้มีเพียงกรดแอซีติกซึ่งนำกลับมาใช้ได้ และตัวเร่งปฏิกิริยาใช้ซ้ำได้

ประสิทธิภาพมวลของปฏิกิริยา (RME) คืออะไร?

RME คือมวลผลิตภัณฑ์ที่แยกได้หารด้วยมวลรวมของสารตั้งต้นที่ใช้ คูณ 100 ค่านี้คิดรวมผลได้และสารที่ใช้เกินพอ จึงต่ำกว่าหรือเท่ากับอะตอมอีโคโนมีเสมอ

เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง

คู่มือที่เกี่ยวข้อง

อัปเดตล่าสุด: