quimica verde
DESCRIPTION
Leve introducción a la química sostenible, también conocida como química verdeTRANSCRIPT
![Page 1: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/1.jpg)
Química sostenible
Efectos sociales y ambientales de la química. Contaminantes y sus fuentes.
Conceptos básicos de química sostenible. Reducción de la generación de residuos.
Recursos renovables. Procedimientos químicos no convencionales.
Catálisis y biocatálisis. Aplicaciónes industriales de la química sostenible.
Biotransformaciónes industriales
![Page 2: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/2.jpg)
Productos químicos industriales aplicables a la vida diaria
Transporte: aditivos, catalizadores, componentes plásticos
Medicina: fármacos, vacunas, prótesis, lentes, …
Seguridad: materiales ignífugos, resistentes a la corrosión,cascos ligeros de policarbonato, guantes, etc..
Textiles: fibras y pieles sintéticas, tintes, …
Oficina: tintas, materiales de circuitos, componentes plásticos,
Deporte: materiales ligeros, materiales resistentes
Agricultura: fertilizantes, insecticidas, funguicidas, herbicidas
Hogar: pinturas, fibras, matiales plásticos, adhesivos, lacas, artículos de limpieza y decoración, …
Alimentación: conservantes, antioxidantes, materiales de envases
![Page 3: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/3.jpg)
Producción de compuestos químicos
![Page 4: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/4.jpg)
Materias primas
Refinado y procesado químico
Compuestos químicos básicos
Procesado químico
Compuestos deespecialidad
Compuestos para higiene
Compuestos bio-Y fitosanitarios
Compuestos deotras industrias
Consumidores
Industria química
![Page 5: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/5.jpg)
Demanda de compuestos químicos
![Page 6: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/6.jpg)
Producción química y población
![Page 7: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/7.jpg)
Emisiones de la industria química
![Page 8: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/10.jpg)
Componentes del proceso químico
![Page 11: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/11.jpg)
Productos de una reacción química
![Page 12: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/12.jpg)
Compuestos persistentes y bioacumulativos
Metales pesados
CadmioCromoCobrePlomoMercurio
Compuestos orgánicos tóxicos y persistentes (COP)
1.- Resistentes a la biodegradación
2.- Bioacumulables
3.- Altamente tóxicos
4.- Transporte a larga distancia
![Page 13: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/13.jpg)
Compuestos orgánicos persistentes y tóxicos
Insecticidas clorados
![Page 14: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/14.jpg)
Compuestos orgánicos persistentes y tóxicos
![Page 15: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/16.jpg)
Evaluación de riesgos
![Page 17: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/17.jpg)
Dilución Almacenamientos
Soluciones “final de tubería”
Producciónlimpia
Disminuirel impacto
Evitar laEmisión
Prevenir
Mejora ambiental
Estrategias para mitigar el impacto ambiental
![Page 18: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/18.jpg)
Química verde
Programa de las :aciones Unidad para el Medio Ambiente
P:UMA 1989
Producción limpia
Estrategia ambiental preventiva
Reducción de riesgos
Conservación de recursos materiales
Reducción de residuos y toxicidad
![Page 19: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/19.jpg)
Química verde
Principios de la Declaración de Río sobreMedio Ambiente y Desarrollo 1992
PRI:CIPIO 1Los seres humanos constituyen el centro de las preocupaciones relacionadas con el desarrollo sostenible. Tienen derecho a una vida saludable y productiva en armonía con la naturaleza.
PRI:CIPIO 21Debería movilizarse la creatividad, los ideales y el valor de los jóvenes del mundo para forjar una alianza mundial orientada a lograr el desarrollo sostenible y asegurar un mejor futuro para todos.
![Page 20: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/20.jpg)
Desarrollo sostenible
Uso de recursos naturales a ritmos suficientemente bajos como para que no se agote el suministro a un largo plazo
La generación y disipación de los residuos y emisiones a velocidades suficientemente bajas, de forma que puedan ser asimilados por el medio natural.
![Page 21: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/21.jpg)
Desarrollo sostenible
¿Qué se debe sostener?
a) Los recursos químicos básicosb) Los recursos energéticos para el procesadoc) Un medio ambiente resistente que asimile los residuos recibidos.
¿Durante cuanto tiempo?
Un escenario de unas dos generaciones, unos 50 años
![Page 22: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/22.jpg)
Química verde o Química sostenible
“El diseño de compuestos y procesos químicos que reduzcan o eliminen la
generación de sustancias peligrosas
para la salud humana y el medio
ambiente, haciendo un uso sostenible de
los recursos”.
Objetivo
![Page 23: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/23.jpg)
Química verde o Química sostenible
Retos
Reacciones: Reducción del uso de disolventes o el uso de disolventes alternativos a los tradicionales con menor impacto ambiental
Recursos: Utilización de recursos materiales y energéticos obtenidos de fuentes renovables
Residuos: Evitar la generación de residuos que incrementen El coste ambiental y económico del proceso
Reactivos: Disminución del uso de reactivos. Diseño de compuestos químicos inocuos
![Page 24: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/24.jpg)
1. Prevención de residuos2. Economía atómica3. Metodologías de síntesis de toxicidad reducida4. Diseño de compuestos químicos más seguros 5. Reducción del uso de sustancias auxiliares6. Eficiencia enegética7. Utilización de materias primas renovables8. Reducción de derivados 9. Potenciación de la catálisis10. Diseño de productos biodegradables11. Monitorización en tiempo real 12. Minimización del riesgo de accidentes químicos
Principios de la Química verde propuestos por Paul Anastas y John Warner en 1998
![Page 25: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/25.jpg)
1-Butanol + :aBr + H2SO4 → 1-Bromobutano +:aHSO4 + H2O0.01m 0.01m 0.02m 0.01m 0.02m0.8g 1.33g 2g 1.48 g
4.13g -1.48 g = 2.7 g que se convierten en subproductos (65%)
Economía atómica
Economía atómica =Peso molecular producto
Suma de pesos moleculares de todos los reactivos
x 100
Factor E =Peso subproductos (Kg)
Peso producto (Kg)
![Page 26: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/27.jpg)
Síntesis tradicional del ibuprofeno
![Page 28: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/28.jpg)
Síntesis verde del ibuprofeno
Síntesis en tres etapas Menor número de reactivos auxiliares:o se obtiene tricloruro de aluminio que es contaminanteReactivos como HF, :i y Pd pueden recuperarse y reutilizarse
![Page 29: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/29.jpg)
Síntesis verde del Ácido adípico
Síntesis tradicional del ácido adípico
![Page 30: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/30.jpg)
Búsqueda de compuestos más seguros
Saccharopolyspora spinosa
:uevos insecticidas
![Page 31: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/31.jpg)
Disminución de sustancias auxiliares
:uevos disolventes
Fluídos supercríticos
Líquidos iónicos
:o contaminantes:o tóxicosDisminución de la cantidad de residuos
![Page 32: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/32.jpg)
Almidón(patatas, maíz, etc)
Celulosa(paja, restos de poda, etc)
Glucosa
Pentosay hexosa
Bioetanol
Fermentación
:uevos biocombustibles
2000 millones toneladas/año
![Page 33: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/33.jpg)
Síntesis del aprepitant
Seis etapas, uso de cianuro sódico y amoniaco gas, Temperaturas muy bajas, Subproductos como metano y cloruro de magnesio
Tres etapasDisminución del número de derivadosDuplicación del rendimiento, Disminución de residuos (340.000 L menos /tonelada)
![Page 34: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/34.jpg)
Potenciación de la catálisis
4.5 Kg de sulfato amónico por Kg de εεεε-caprolactama
OHN
O
Aire, :H3Aluminofosfatos
:uevos catalizadores
![Page 35: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/35.jpg)
Potenciación de la catálisis
Reactivos tóxicos 1Kg de residuo contaminado con cianuro/7Kg de producto
Más seguro, menos etapas y mayor rendimiento
:uevos catalizadoresSíntesis del herbicida iminodiacetato disódico
![Page 36: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/36.jpg)
Diseño de productos biodegradables
C
H
H
C
H
C
OH
O
n
Ácido poliacrílico (PAC)
Antiincrustantes
:o biodegradable Biodegradable
![Page 37: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/37.jpg)
Compuesto líder o prototipo
Modificación estructural
Dotado de actividadCon o sin toxicidad
Mejora de la actividadReducción de toxicidad
Compuesto candidato
Pruebas
Comercialización
Tiempo estimado con métodos convencionales: 12 años
PROCEDIMIE:TOS QUÍMICOS :O CO:VE:CIO:ALES
![Page 38: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/38.jpg)
:uevas tecnologías informáticas
Síntesis con microondas
70.000-80.000 moléculas
Menos de 100
Mejora de rendimientosMenor cantidad de disolventes
Menor tiempo de reacción
Procedimientos químicos no convencionales
![Page 39: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/39.jpg)
Reacciones multicomponentes
Menor número de etapasMenor cantidad de residuos
![Page 40: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/40.jpg)
Reacciones multicomponentes
N
S
NN
NO2
O
N
NC
N
OH
NO2
H2N
O
HS
MeOH, 20ºC
38%
tiazol -lactama
![Page 41: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/41.jpg)
Química combinatoria
Síntesis combinatoria
![Page 42: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/42.jpg)
Química combinatoria
Síntesis combinatoria en paralelo
![Page 43: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/43.jpg)
Síntesis en fase sólida
Simplifica el aislamiento de los productosPermite controlar el curso de la reacción
![Page 44: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/45.jpg)
![Page 46: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/46.jpg)
:anotubos de carbono
Buckminsterfullereno C60
:anotecnología
![Page 47: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/47.jpg)
:anotecnología y nanociencia
![Page 48: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/48.jpg)
Tipos de biocatalizadores
Enzimas purificados libres de células
Microorganismos
Bacterias
Hongos filamentosos
Levaduras
PROCESOS DE BIOTRA:SFORMACIÓ:
![Page 49: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/49.jpg)
CARACTERÍSTICAS GE:ERALES DE LAS BIOTRA:SFORMACIO:ES Y FERME:TACIO:ES
BIOTRA:SFORMACIÓ: FERME:TACIÓ:
Biocatalizador Microorganismos oEnzimas libres
Microorganismos encrecimiento
Reacción Una simple reaccióncatalítica
Múltiples etapas
Tiempo dereacción
Pequeño Mayor
Sustratos Productos carosnaturales o no
Fuentes naturalesde C y : baratas
Concentración
Aislamiento
Alta Baja
Fácil Tedioso
![Page 50: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/50.jpg)
ALTO PODER CATALÍTICO
CONDICIONES SUAVES
ALTAMENTE SELECTIVAS
COMPATIBLES CON EL MEDIOAMBIENTE
VENTAJAS DE LAS BIOTRANSFORMACIONES
![Page 51: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/51.jpg)
CARACTERÍSTICAS GE:ERALES DE LAS REACCIO:ES E:ZIMÁTICAS FRE:TE A LAS
REACCIO:ES QUÍMICAS
CO:DICIO:ESDE REACCIÓ:
REACCIO:ESE:ZIMÁTICAS
REACCIO:ESQUÍMICAS
EFICIE:CIA CATALÍTICA ALTA ME:OR
pH FISIOLÓGICO VARIABLE
TEMPERATURA FISIOLÓGICO VARIABLE
PRESIÓ: FISIOLÓGICO VARIABLE
CO:CE:TRACIÓ: BAJA ALTA
ESPECIFICIDAD ALTA BAJA
SELECTIVIDAD ALTA BAJA
IMPACTO AMBIE:TAL BAJO ALTO
![Page 52: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/52.jpg)
SELECTIVIDAD CON RESPECTO AL SUSTRATO
QUIMIOSELECTIVIDAD
REGIOSELECTIVIDAD
ESTEREOSELECTIVIDAD
UTILIDAD PARA EL QUÍMICO ORGÁNICO
![Page 53: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/53.jpg)
ESTEREOSELECTIVIDAD
DIASTEREOSELECTIVIDAD
ENANTIOSELECTIVIDAD
Distinción de enantiómerosDistinción de grupos enantiotópicos
Distinción de caras enantiotópicas
![Page 54: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/54.jpg)
Cultivos de Penicillium notatum
Penicilina G
Ácido 6-aminopenicilánicoNuevas penicilinas
N
S
O
COOH
HH
PhCH2CONH
N
S
O
COOH
HHNHRCO
:-Acilasas
:-Acilasas
10.000 T/a
![Page 55: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/55.jpg)
Almidón
Glucosa Fructofuranosa
Fructopiranosa
Glucosa isomerasa
1)1)1)1) αααα-Amilasa2) Glucoamilasa
8.000.000 T/a42% Fructosa, 50% Glucosa
![Page 56: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/56.jpg)
Lactosa
ββββ-Galactosidasa o lactasa
Glucosa
+
Galactosa250.000 L/d
![Page 57: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/57.jpg)
Levadura depanadería
N
R
H H
CONH2
:AD+
![Page 58: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/58.jpg)
Naftaleno Ácido salicílicoPseudomonas putida
Genes
Escherichia coliIndol Índigo
![Page 59: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/59.jpg)
Triglicérido Glicerol Ácido graso
Función biológica de las lipasas:Hidrólisis de triglicéridos
CH
CH2
CH2
OH
OH
OH
![Page 60: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/60.jpg)
SELECTIVIDAD DE LAS LIPASAS
-Diferenciación de enantiómeros(alcoholes, ácidos, ésteres)
-Diferenciación de grupos enantiotópicos en moléculas
proquirales
-Acilación o hidrólisis regioselectivaen sustratos polifuncionalizados
Procesos de resolución
Intermedios sintéticos
![Page 61: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/61.jpg)
RECONOCIMIENTO DE ENANTIÓMEROS
Transformación
No es transformado
![Page 62: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/62.jpg)
OBTENCIÓN DE NAPROXENO
Lipasa de Candida rugosa
MeO
COOR
R
MeO
COOH
S
![Page 63: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/63.jpg)
Decolorar
Fabricación del catalizadorHidratación a 100ºCEliminación de cobre
Eliminación del material de partida inalterado ysubproductos
Proceso químico
Eliminación de iones cobre y HCN
Decolorar
Crecer el microorganismoHidratación a 10ºCEliminación de las células
Proceso enzimático
Acrilonitrilo
CH2=CHCNNitrilo hidratasa
CH2=CHCONH2
Acrilamida
200.000 T/a
![Page 64: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/64.jpg)
Sectores industriales con procesos de biotransformación
![Page 65: Quimica Verde](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081720/557202094979599169a2d851/html5/thumbnails/65.jpg)
BIORREMEDIACIÓN