⏱ 30秒サマリー
- 何か — 有害な物質の使用と発生を、設計の段階で減らす／なくすことを目指す化学の考え方。出てしまった汚染を後から処理する公害対策とは、発想の順序が逆である。
- 中核 — 1998年に Anastas と Warner が示した12の原則。「廃棄物は処理するのではなく、そもそも出さない」が第一原則。
- 測る — アトムエコノミー、E-ファクター、PMI などの指標で「グリーンさ」を数値化できる。感覚論で終わらせないことが要点。
- いま — 提唱から四半世紀を経て、12原則そのものを現代化すべきという提言が出ている。焦点は無溶媒（メカノケミストリー）、酵素触媒、そして PFAS のような「分解しない物質」を設計段階で織り込むこと。
1. グリーンケミストリーとは
グリーンケミストリー（Green Chemistry、環境調和型化学）とは、化学物質と化学プロセスを設計する段階で、有害な物質の使用や発生を減らす、あるいはなくすことを目指す化学の考え方である。
ポイントは「設計」という一語に尽きる。排水に流れ出た有害物を吸着剤で回収する、排ガスを触媒で分解する——こうした後始末は修復（remediation）であり、それ自体は必要な技術だが、グリーンケミストリーとは区別される。グリーンケミストリーが問うのは、そもそもその有害物を生まない反応経路・原料・溶媒を選べなかったのか、という一段手前の設計判断である。
より研究者向けに言い換えれば、「人体・生態系・環境に対するリスク（＝危険度 × 暴露量）を最小化する物質生産を志向する化学」となる。危険度そのものをゼロに近づけるのが本命で、暴露量を管理する（＝防護具や排気設備で囲い込む）のは次善の策、という優先順位がある。
類語の整理
日本語圏・英語圏ともに紛らわしい用語が並ぶため、先に交通整理しておく。
| 用語 | 意味の重心 | 備考 |
|---|---|---|
| グリーンケミストリー | 有害性の低減。分子・反応・プロセスの設計 | 米国発。EPA と ACS が中心 |
| サステイナブルケミストリー | 資源の持続可能性。再生可能原料・循環・リサイクル | より広く、経済・社会も射程に入る |
| GSC（グリーン・サステイナブル ケミストリー） | 上記2つを束ねた総称 | 日本で主に使われる呼称。JACI が推進母体 |
| グリーンエンジニアリング | 化学工学側からの実装。プロセス設計・装置・スケール | グリーンケミストリーと対で語られる |
| SSbD（Safe and Sustainable by Design） | 安全性と持続可能性をライフサイクル全体で事前評価する枠組み | 欧州委員会が主導。後述 |
厳密な線引きにこだわるより、「有害性を下げる」（グリーン）と「資源を回す」（サステイナブル）という2つのベクトルがあり、日本ではそれを GSC とまとめて呼んでいる、と押さえておけば実用上は足りる。
2. なぜ生まれたか — 30年の経緯
グリーンケミストリーという語が定着したのは1990年代の米国である。1990年制定の汚染防止法（Pollution Prevention Act）が「発生源での削減を最優先とする」という方針を打ち出し、これが化学者側の言葉として結晶したのがグリーンケミストリーだった。
決定的だったのは、Paul Anastas と John Warner が1998年に提示した12の原則である。それまで散在していた「望ましい化学」の断片が、チェックリストとして共有可能な形になった。
制度面の主な節目は次のとおり。
| 年 | できごと |
|---|---|
| 1990 | 米・汚染防止法。発生源での削減を優先する方針 |
| 1991／1992 | Trost がアトムエコノミー、Sheldon が E-ファクターを提唱 |
| 1996 | 米EPA が Green Chemistry Challenge Awards を創設 |
| 1998 | Anastas & Warner が12原則を提示 |
| 1999 | 英王立化学会（RSC）が専門誌 Green Chemistry を創刊 |
| 2000年代 | 日本で GSC ネットワークが発足、GSC賞が始まる |
| 2005 | Chauvin・Grubbs・Schrock がオレフィンメタセシスでノーベル化学賞。「よりクリーンな合成法」への貢献が受賞理由に明記された |
| 2022 | 欧州委員会が SSbD 枠組みを勧告として提示 |
| 2026 | 12原則の現代化を求める提言が Green Chemistry 誌に掲載 |
日本ではグリーン・サステイナブル ケミストリー（GSC）の呼称が定着し、新化学技術推進協会（JACI）の GSCN 会議が産学官の結節点になっている。同会議が主催する GSC賞は2026年時点で第25回まで実施され、JACI/GSCシンポジウムも第15回が2026年6月に開催された。
3. 12の原則
グリーンケミストリーの中核。以下は原文の逐語訳ではなく、実務でどう効くかを添えた要約である。
| # | 原則 | 一言でいうと | 実務での典型例 |
|---|---|---|---|
| 1 | 廃棄物の予防 | 出してから処理するより、出さない | ルート選択の段階で副生塩の少ない経路を選ぶ |
| 2 | 原子効率 | 原料の原子を最大限、製品に取り込む | Wittig 反応より接触水素化・付加反応 |
| 3 | 危険性の低い合成 | 毒性の低い原料・試薬・中間体で組む | ホスゲンの代替、アジド中間体の回避 |
| 4 | より安全な化学品の設計 | 機能は保ったまま毒性を下げる | 溶解性・分配係数を調整して生物蓄積性を下げる |
| 5 | より安全な溶媒・補助物質 | 溶媒はできれば使わない。使うなら無害なもの | 水、2-MeTHF、シクロペンチルメチルエーテル、無溶媒 |
| 6 | エネルギー効率 | 常温・常圧に近い条件を志向する | 光・電気化学、酵素反応 |
| 7 | 再生可能な原料 | 化石資源に依存しない出発物質 | バイオマス由来のプラットフォーム化合物 |
| 8 | 誘導体化の最小化 | 保護基・一時的な修飾を減らす | 直接的 C–H 官能基化、保護基フリー合成 |
| 9 | 触媒 | 化学量論試薬より触媒を使う | 遷移金属触媒、有機触媒、酵素 |
| 10 | 分解性の設計 | 役目を終えたら無害な物質へ分解する | 生分解性ポリマー、易分解性農薬 |
| 11 | リアルタイム分析 | その場計測で副生成物の発生を未然に防ぐ | ReactIR、インライン NMR によるモニタリング |
| 12 | 事故を起こしにくい化学 | 爆発・火災・漏洩のリスクが低い形態を選ぶ | 危険中間体をフロー系でその場発生・即消費 |
これら12項目は互いに独立ではなく、しばしば衝突する。溶媒を減らせば（第5原則）粘度が上がって撹拌に余分なエネルギーを食う（第6原則に反する）、といった具合である。12原則は答えではなく、トレードオフを可視化するための座標軸だと捉えるのが実際的である。
4. 「グリーンさ」をどう測るか
グリーンケミストリーが標語で終わらなかったのは、数値で比較できる指標が早い段階で用意されたからである。指標は「何を勘定に入れるか」の広さで階層をなす。
| 指標 | 定義 | 何が見える | 何が見えない |
|---|---|---|---|
| 収率 | 得られた目的物 ÷ 理論量 | 反応の巧拙 | 廃棄物、溶媒、試薬 |
| アトムエコノミー（AE） | 目的物の分子量 ÷ 全反応物の分子量の和 | 反応式レベルの無駄。紙の上で計算できる | 収率、溶媒、後処理、実際の廃棄物 |
| E-ファクター | 廃棄物の質量 ÷ 製品の質量 | 実プロセスの総廃棄量 | 廃棄物の毒性。慣例上、水は除外 |
| EQ | E-ファクター × 環境負荷係数 Q | 廃棄物の質の違い | Q の決め方に恣意性が残る |
| PMI | 投入物質の総質量 ÷ 製品の質量 | 溶媒を含む全投入量。E-factor ＝ PMI − 1 | 毒性、エネルギー、上流の負荷 |
| DOZN 2.0 | 12原則に沿ったスコア化 | 原則ごとの強み・弱み | 絶対量の比較には向かない |
| LCA／SSbD | 原料調達から廃棄までの全段階 | 全体像 | データ収集の負荷が非常に大きい |
E-ファクターが突きつけたもの
Sheldon が1992年に発表した業界別 E-ファクター表は、成熟した商業プロセスの実データに基づくもので、とくに医薬品産業に対して廃棄物削減という課題を突きつけた。その値はいまも引用され続けている。
| 業界 | E-ファクター（kg 廃棄物 / kg 製品） |
|---|---|
| 石油精製 | 約 0.1 |
| バルクケミカル | 1 未満〜5 |
| ファインケミカル | 5〜50 |
| 医薬品 | 25〜100 |
医薬品の 25〜100 という値は、1トンの医薬品をつくる過程で25〜100トンの廃棄物が出ることを意味する。なお、この計算では通常、水は勘定に入れない（入れると値が跳ね上がるため）が、水系廃液に溶けている無機・有機の廃棄物は含める。
医薬品やファインケミカルの E-ファクターが大きい理由は、分子が複雑だからというだけではない。有機溶媒を大量に使い、触媒ではなく化学量論量の試薬に頼ってきたことが直接の原因である。したがって解決策は、原子効率と工程効率に優れた触媒的手法、できれば無溶媒プロセスの開発ということになる。
PMI への移行
米国化学会グリーンケミストリー研究所の製薬ラウンドテーブル（ACS GCIPR）は、加盟企業間でプロセスを比較する物差しとして プロセス質量強度（Process Mass Intensity, PMI） を採用し、2008年に最初のベンチマーク調査を実施した。その結果、PMI を押し上げている最大の要因が溶媒であることが判明し、最初のツールとして標準的な溶媒選択ガイドが公開された。現在は14のツールと計算機が無償で提供されている。
E-ファクターが「出ていくもの」を数えるのに対し、PMI は「入っていくもの」を数える。同じ情報を裏表から見ているだけだが、プロセス改善の現場では「何をどれだけ投入しているか」のほうが手を打ちやすい。
5. 具体例
教科書的な古典 — イブプロフェンの2つのルート
グリーンケミストリーの入門で必ず登場するのが解熱鎮痛薬イブプロフェンである。1960年代の Boots による古典的ルートは6工程で、化学量論量の試薬を多用した。これに対し Boots-Hoechst-Celanese（BHC）が開発した3工程ルートは1997年に Presidential Green Chemistry Challenge Award を受賞している。
| Boots ルート | BHC ルート | |
|---|---|---|
| 工程数 | 6 | 3 |
| アトムエコノミー | 約 40% | 約 77% |
| 主な触媒 | 塩化アルミニウム（化学量論量） | フッ化水素（回収可）、Raney Ni、Pd |
| 主な副生物 | 塩化アルミニウム水和物などの無機塩 | 酢酸（回収・再利用可能） |
副生する酢酸を回収して他用途に回せば、実効的なアトムエコノミーは99%近くに達するとされる。出発物質は両ルートとも同じイソブチルベンゼンである。同じ標的分子でも、経路設計と触媒の選び方だけで廃棄物量が桁で変わる——という事実を、これほど明快に示す例は少ない。
現代の主役 — 酵素触媒
スタチン類やシタグリプチンの製造で先鞭がつけられた酵素プロセスは、いまや医薬品合成のなかにタンパク質工学を組み込む流れを生んでいる。近年ではイスラトラビル、ウレボスチナグ、モルヌピラビルなど、複数の酵素を連結した多段階バイオ触媒プロセスが実用レベルで報告されている。
酵素は水中・常温常圧で高い選択性を発揮するため、第3・第5・第6・第9原則をまとめて満たしうる。「グリーンだから使う」のではなく「工程が短くなり収率もコストも改善するから使う」段階に入っているのが現在地である。
溶媒を捨てる — メカノケミストリー
ボールミルなどで機械的な力を加え、溶媒を使わずに（あるいはごく少量で）反応を進める手法。日本では北海道大学の伊藤研究室などが牽引しており、不溶性の基質を用いる固体クロスカップリングや溶媒を使わないペースト状 Grignard 試薬の調製が報告され、社会実装を狙うスタートアップも設立されている。
気体を捕まえる — MOF
2025年のノーベル化学賞は「多孔性金属錯体（MOF）の開発」に対して、北川進（京都大学）、Richard Robson（メルボルン大学）、Omar Yaghi（カリフォルニア大学バークレー校）の3氏に授与された。MOF は狙った物質を内部に閉じ込められる材料で、脱炭素や有害物の除去といった幅広い産業への波及が評価された。分離・回収というグリーンケミストリーの重要領域が、化学賞の中心に来たかたちである（→ 金属-有機構造体 / Metal-Organic Frameworks）。
6. 最新動向（2026年8月時点）
12原則そのものを更新すべきという提言
2026年、Green Chemistry 誌に Lipshutz と Handa による Perspective「Modernizing the 12 principles of green chemistry: it’s time」が掲載された。1998年の提唱から四半世紀が経過した原則を、現在の世界情勢に見合う、より踏み込んだ行動指針へと改めるべきだと論じたものである。
主な論点は次の3つ。
（1）補助物質の原則を差し替える。 補助剤の使用は今日ではほとんど一般的でなくなり、廃棄物への寄与も小さい。その枠は、より切迫した課題に譲るべきだとする。
（2）「水より安全な溶媒は無溶媒である」。 安全な溶媒の推奨を強めたうえで、その論理的な帰結としてメカノケミストリーのような無溶媒技術をもっと前面に出すべきだとする。溶媒が必要な場合も、可燃性はあるがアルコール類は NMP・DMSO・DMF といった非プロトン性極性溶媒より望ましく、回収可能ならアルコールと水、酢酸エチルが賢明な選択となる。CPME や MTBE も単独溶媒として使えば回収可能だが、いずれの場合も回収に要するエネルギーを勘定に入れる必要がある。
（3）PFAS の教訓を設計段階に織り込む。 「分解しない物質」の問題が現に噴出している以上、ある製品が将来汚染源になりうるかどうかを、設計の時点で評価しなければならない。
メカノケミストリーの実装フェーズ入り
粉砕やボールミルで反応を駆動する手法は、溶解度の低い基質や溶液中で不安定な化合物にも適用でき、医薬品・高分子・先端材料の合成で用途が広がっている。今後数年で製薬・材料生産向けの工業スケール反応器が登場すると見込まれ、不斉触媒や無金属変換、連続生産への展開も予想されている。PFAS 汚染への対処としても、メカノケミストリーは有望な技術として近年注目を集めている。
評価枠組みの制度化 — SSbD
欧州委員会は2022年12月、化学物質と材料のイノベーションを安全性と持続可能性の方向へ導く自主的枠組みとして SSbD（Safe and Sustainable by Design）を勧告した。（再）設計フェーズと評価フェーズからなり、評価は有害性、製造時の作業者暴露、使用時の暴露、ライフサイクルアセスメントの4段階で構成される。2026年3月には改訂版勧告が採択され、包装・繊維・建設から自動車・エネルギー・電子機器・医薬品まで、実際のバリューチェーンでの試行を踏まえた枠組みへと更新された。
「グリーンかどうか」が研究者の心構えから、行政と産業が共有する評価手続きへ移行しつつあることを示す動きである。
賞と制度の変化
1996年に米EPA が創設した Green Chemistry Challenge Awards は、現在は ACS が運営している。国内ではJACI GSCN 会議による GSC賞が継続しており、経済産業大臣賞・文部科学大臣賞・環境大臣賞のほか、ベンチャー・中小企業賞や奨励賞が設けられている。奨励賞は40歳未満という年齢制限が撤廃され、応募の間口が広がった。
7. よくある誤解と、正当な批判
「グリーンケミストリー＝環境浄化技術」ではない。 排水処理も土壌修復も重要な技術だが、それらは汚染が生じた後の対処である。グリーンケミストリーは汚染が生じる前の設計を対象とする。
「水を使えばグリーン」とは限らない。 水は無毒で安価だが、有機物を溶かした水系廃液の処理は容易ではなく、蒸留による濃縮・回収は比熱の大きさゆえにエネルギーを食う。溶媒の選択は常に系全体で評価する必要がある。
「グリーンケミストリー」を名乗るだけの研究は少なくない。 論文の緒言に環境負荷低減と書きながら、E-ファクターも PMI も示していない例は珍しくない。これは分野に対する最も一般的な批判であり、指標を計算して示すことが最も直接的な反論になる。
指標そのものにも限界がある。 質量ベースの指標は、あらゆる種類の廃棄物に同じ重みを与えてしまうという弱点をもつ。塩化ナトリウムと重金属塩が同じ1kgとして扱われる。この点を補うために EQ や DOZN、LCA が併用される。
E-ファクターは境界の取り方で変わる。 多段階合成の途中の中間体を購入品に切り替えれば、自社工程の E-ファクターは一夜にして下がる。廃棄物が消えたわけではなく、サプライヤーに移っただけである。数値を比較する際は、どこからどこまでを勘定に入れたのかを必ず確認したい。
8. もっと学ぶ
関連するケムステ記事
外部リンク
- グリーン・サステイナブル ケミストリー ネットワーク（JACI GSCN） — 国内 GSC の推進母体
- ACS Green Chemistry Institute Pharmaceutical Roundtable ツール集 — PMI 計算機、溶媒選択ツールなどを無償公開
- Green Chemistry Challenge Award（ACS）
- Safe and Sustainable by Design（欧州委員会）
- Green Chemistry（RSC） — 分野の中心となる学術誌
関連書籍
参考文献
- Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice; Oxford University Press: New York, 1998.（12原則の原典）
- Trost, B. M. “The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency.” Science 1991, 254, 1471–1477. DOI: 10.1126/science.1962206（アトムエコノミーの提唱）
- Sheldon, R. A. Chem. Ind. 1992, 903; 1997, 12–15.（E-ファクターと業界別表の原典）
- Sheldon, R. A. “The E factor 25 years on: the rise of green chemistry and sustainability.” Green Chem. 2017, 19, 18–43. DOI: 10.1039/C6GC02157C
- Sheldon, R. A. “The E factor at 30: a passion for pollution prevention.” Green Chem. 2023. DOI: 10.1039/D2GC04747K
- Jiménez-González, C.; Ponder, C. S.; Broxterman, Q. B.; Manley, J. B. “Using the Right Green Yardstick: Why Process Mass Intensity Is Used in the Pharmaceutical Industry To Drive More Sustainable Processes.” Org. Process Res. Dev. 2011, 15, 912–917. DOI: 10.1021/op200097d（PMI）
- Lipshutz, B. H.; Handa, S. “Modernizing the 12 principles of green chemistry: it’s time.” Green Chem. 2026, 28, 5606–5612. DOI: 10.1039/D5GC05289K
- Falcioni, F. et al. “The Evolving Landscape of Industrial Biocatalysis in Perspective from the ACS Green Chemistry Institute Pharmaceutical Roundtable.” ACS Catal. 2025, 15, 10780–10794. DOI: 10.1021/acscatal.5c01646
- Constable, D. J. C. et al. “Key green chemistry research areas—a perspective from pharmaceutical manufacturers.” Green Chem. 2007, 9, 411–420. DOI:10.1039/b703488c
- European Commission. Commission Recommendation on the European assessment framework for ‘safe and sustainable by design’ chemicals and materials, 2022（2026年3月改訂）.
「グリーンケミストリー」についてもっと知りたい？
現役の研究者・学生が集まる ケムステSlack（無料） で聞いてみませんか？
