CAP

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CAPÍTULO 6

• QUÍMICA VERDE Y EFICIENCIA ATÓMICA

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Temas del Capítulo

• Definition of Green Chemistry.
• Principios Básicos de la Química Verde.
• Metodologías de la Química Verde.
• - Alimentaciones Alternativas.
• - Solventes Verdes.
• - Rutas de Síntesis.
• - Química Intrínsecamente Más Segura.
• Casos de Estudios.
• Referencias.

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Qué es Química Verde?
Es el diseño de procesos químicos, productos y
tecnologías que reducen o eliminan el uso y
generación de sustancias peligrosas
Fuentes http//center.acs.org/applications/greenc
hem/ http//www.ec.gc.ca/p2progress/2000-2001/en/
sec2_3_2.cfm
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1- Prevención
7 Uso de Alimentación Renovable
2 Economía Atomómica
8 Reducción de Derivativos
3 Síntesis Química Menos Peligrosa
9 - Catálisis
12 principios
4 Diseño de Químicos más Seguros
10 Diseño para Degradación
5 Solventes y Auxiliares más Seguros
11 Análisis en tiempo real para la Prevención
de Contaminación
6 Diseño para Eficiencia Energética
12 Química más Segura para la Prevención de
Accidentes
Fuente http//www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/g
eneral.html?DOCgreenchemistryinstitute\gc_princip
les.html
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Química Verde

• Las áreas a las que se enfoca la Química Verde de
  la EPA comprenden
• - Uso de caminos de síntesis alternativos
• - Uso de condiciones alternativas de reacción
• - Diseño de químicos más seguros que sean, menos
  tóxicos que las alternativas actuales o más
  seguros en la prevención de riesgos de
  accidentes.

Fuente http//www.epa.gov/greenchemistry/docs/g
eneral_fact_sheet.pdf
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Una Reacción Química Ideal

• Es Simple.
• Es Segura.
• Presenta Alto Rendimiento y Selectividad.
• Es Energéticamente Eficiente.
• Usa Re-agentes y Materias Primas Renovables y
  Reciclables.

Fuente Green Engineering, Allen and Shonnard,
p. 177
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Pequeña Revisión de las Metodologías de Química
Verde
- Alimentación Alternativa. - Solventes Verdes. -
Caminos de Síntesis. - Química Inherentemente más
Segura.
Fuente Green Chemistry, pp. 178
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Elección de la Alimentación
Siempre tenga en mente lo siguiente sobre la
materia prima - Persistencia, Bioacumulación y
Toxicidad. - Viabilidad y Renovación. - Impacto
Ambiental durante la Producción (LCA Análisis
de Ciclo de Vida).
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Identificación de Materias Primas Alternativas
para Mejorar el Desempeño Ambiental

• Inocuos
• Determinación de la peligrosidad asociada con las
  sustancias (usando métodos previamente
  discutidos) así como rutas alternativas si se
  requiere usar sustancias peligrosas.

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Identificación de Materias Primas Alternativas
para Mejorar el Desempeño Ambiental

• Minimización de la Generación de Desechos
• Determinación de la cantidad de desecho producido
  por un material dado y de las alternativas. Es
  también importante considerar el tipo de desecho
  y su impacto.
• Selectividad
• La selectividad de las sustancias minimiza los
  impactos ambientales en la sepración, etc.?
• Eficiencia
• Ofrece varios beneficios No sólo basados en el
  rendimiento y selectividad. También considerando
  la economía atómica.

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Elección de la Alimentación Guía Básica
Al investigar este campo, es útil emplear la
taxonomía de métodos que desarrollan las NGETs.
Por esto, empleamos las siete áreas de la química
verde, una taxonomía que ha sido puesta para
ayudar a describir la investigación de la químcia
verde
A. Uso de alimentación alternativa que sea
renovable y menos tóxica a la salud humana y al
ambiente. B. Uso de re-agentes inocuos que sean
inherentemente menos peligrosos y que sean
catalíticos. C. Empleo de procesos
naturalesbiosíntesis, biocatálisis, y
biotecnología basada en transformaciones químicas
para selectividad y eficiencia.
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D. Uso de solventes alternativos que reducen el
riesgo de daño y sirven como alternativas a
solventes orgánicos volátiles, solventes clorados
y otros químicos peligrosos usados
actualmente. E. Diseño de químicos más
seguroscon principios de toxicología para
minimizar los peligros mientras se mantiene su
necesidad funcional. F. Desarrollo de condiciones
alternativas de reacción que aumentan la
selectividad y permite separaciones sencillas. G.
Minimización del consumo de energía.
Fuente http//www.rand.org/publications/MR/MR1682
/MR1682.ch2.pdf
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Industrias Químicas Contaminantes Catálisis
Ácida y Oxidación Parcial
Reacciones de ácidas catalizadas reacciones
líquidas en fase líquida. Problemas Las
reacciones son catalizadas por un Bronstead
fuerte (H2SO4, HF) y un Lewis soluble (AlCl3,
BF3) que son difíciles de separar de un producto
orgánico y esto conlleva a grandes volúmenes de
desecho. Alternativa usar catalizadores
heterogéneos.
Oxidación Parcial de moléculas orgánicas. Problema
s los métodos de generación incluyen químicos
tóxicos y corrosivos. Ej. Procesos basados en
cobalto-ácido acético-bromuro, o usando Cr(VI) y
Mn(VII). Producen grandes volúmenes de ácido
orgánico y desecho metálico tóxico. Alternativa
agentes catalíticos menos tóxicos.
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Industrias Químicas que Generan Contaminantes
Peligrosos
A. Producción de Energía B. Manufactura y Proceso
Petroquímico C. Plantas de Pulpa y Papel D.
Producción de Compuestos Químicos E. Pesticidas
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Criterio para Elegir Solventes
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Elección del Camino Alternativo de Reacción

• Adición ( A B ? AB)
• No se requieren tratar los desechos porque la
  reacción es directa.
• Substitución (AB C ? AC B)
• Genera cantidades estequeométricas de sustancias
  como subproductos y desechos que no son parte de
  la molécula deseada (target).

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Elección del Camino Alternativo de Reacción

• Eliminación (AB ? A B)
• No requiere otras sustancias, pero genera
  cantidades estequeométricas de desechos que nos
  son parte de la molécula final deseada (target).

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Ejemplo Reacciones de Adición
La adición de HX a un alqueno es una reacción de
química orgánica, donde el HX, o enlace sigma del
halógeno unido al átomo de carbono, se añade al
enlace carbono-carbono para separa el doble
enlace siguiendo la regla de Markovnikov (Se
observa la regla de Markovnikov). La fórmula
química general de la reacción es CC HX
H-C-C-X
Fuente http//www.encyclopedia4u.com/a/addition-o
f-hx-to-an-alkene.html
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Proceso Industrial de Adición
Fuente Electrofílica Producto Comentario
Haluro de HidrógenoHX Alquil HaluroRX H es electrofílico
H2SO4 Sulfato Alquil Haluro H es electrofílico
H2O Alcohol Hidratación controlada en Medio Ácido
H2 Alcane La hidrogenación controlada requiere paladio u óxido de platino
Acetato de Mercurio Acetato Alquil de MercuroHgOCOOH Convertido a alcohol en presencia de borohidrato de sodio (NaBH4)
Halogenuro(X2) Alquil dihaluro El intermedio es un ión halogenado (RX)
http//xnet.rrc.mb.ca/martins/Organic203/addition
.htm
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Ejemplo Reacciones de Substitución
En química, la Sustitución Nucleofílica es un
tipo de reacción química en la que un nucleófilo
(donador de electrones) reemplaza a otro como un
sustituyente covalente de algún átomo. En el
ejemplo aquí dado, el átomo nucleofílico es el
carbono. Un ejemplo de la sustitución
nucleofílica es la hidrólisis de un bromuro de
alquilo, R-Br, bajo condiciones alcalinas, donde
el nucleófilo atacante es el ión hidróxido,
OH- R-Br OH R-OH Br- Se dice
que el ión bromuro, Br-, es el grupo saliente.
Source http//www.encyclopedia4u.com/n/nucleophil
ic-substitution-reaction.html
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Ejemplo Reacciones de Eliminación
Los Halogeno-alcanos tamben promueven Reacciones
de Eliminación en la presencia de hidróxido de
sodio o potasio.                                  
                        El 2-bromopropano
reacciona para generar un alqueno -
propeno. Observe que un átomo de hidrógeno ha
sido removido de uno de los átomos de carbón
terminales junto con el bromuro. En todas las
reacciones de eliminación simple, todas las
cosas ha ser removidas se encuentran en los
átomos de carbón adyacentes, y se establece un
doble enlace entre estos carbonos.
Fuente http//www.chemguide.co.uk/mechanisms/eli
m/elimvsubst.htmltop
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Enfoque de Grupo Funcional a la Química Verde

• Relación de la Estructura de Actividad
• Usada para determinar una potencial modificación
  estructural que pudiera mejorar la seguridad de
  la sustancia.
• Eliminación de Grupos Funcionales Tóxicos
• Sustancias en el mismo grupo funcional tienden a
  presentar la misma toxicidad. Si es posible,
  eliminar cualquier sustancia de un grupo dado o
  disminuyendo su toxicidad hasta niveles seguros.

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Enfoque de Grupo Funcional a la Química Verde

• Reducción para Bio-disponibilidad
• Modificar o eliminar ciertas propiedades que
  causan las sustancias tóxicas para que sean
  bio-disponibles.
• Diseñar para un Destino Inocuo
• Diseñar sustancias para asegurar que se degraden
  después de su tiempo de vida útil.

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Generalidades Cuantitativas/Optimización para el
Diseño de Rutas de Síntesis en Química Verde
Paso 1 elegir un grupo molecular o grupo
funcional que formen bloques a partir de los
cuales se pueda obtener la molécula deseada
(target). Paso 2 identificar las restricciones
estequeométricas, termodinámicas, económicas,
etc. que puedan ocurrir. Paso 3 se puede usar
un conjunto de criterios para identificar los
caminos de reacción que requieran una futura
revisión.
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Paso 1 Elaboración de Rutas Químicas
Alternativas

• La elección de grupos funcionales formadores de
  bloques incluyen a los grupos
• Presentes en el producto.
• Presentes en cualquier materia prima industrial,
  com-productos o sub-productos.
• Que proveen los bloques básicos para las
  funcionalidades del producto o funcionalidades
  similares.
• - Elegir conjuntos de grupos asociados con las
  rutas químicas generales empleadas (cíclico,
  acíclico o aromático).
• - Grupos rechazados que violen las restricciones
  de propiedades.

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Casos de Estudio y Ejemplos
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Referencias
Programa de Química Verde de la EPA
http//www.epa.gov/greenchemistry/index.html Red
es de Química Verde de Canada http//www.greenche
mistry.ca/ Green Chemistry Magazine http//www.rsc
.org/is/journals/current/green/greenpub.htm Otras
References http//www.chemistry.org/portal/a/c/s/1
/acsdisplay.htmlDOCgreenchemistryinstitute\index.
html