1

FUNDAMENTOS DE SOSTENIBILIDAD (2ª PARTE)

1. INTRODUCCIÓN

2. PRINCIPIOS BÁSICOS DE QUÍMICA SOSTENIBLE

• DISOLVENTES

• MATERIAS PRIMAS RENOVABLES

• BIOCOMBUSTIBLES

• CATÁLISIS

¿Qué hace la química por nosotros?¿Qué hace la química por nosotros?

1. INTRODUCCIÓN

2

¿Qué “hace” la química por nosotros?¿Qué “hace” la química por nosotros?

1. INTRODUCCIÓN

Catástrofes Medioambientales

• Minamata (Japón 1970)

• Seveso (Italia 1976)

• Bophal (India 1984)

1. INTRODUCCIÓN

3

Química, disolventes y sociedad

La percepción social de la químicaLa percepción social de la química

0

10

20

30

40

50

60

1980 1990 2000Año

Porc

enta

je d

e la

pob

laci

ón

DesfavorableFavorable

Química y sostenibilidad

Desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades…

SostenibilidadSostenibilidad

…o sea: disfruta del planeta, pero déjalo más o menos tal y como lo encontraste

“Hacemos mucho para preparar a nuestros hijos para el futuro, pero ¿estamos haciendo lo suficiente para preparar el futuro para nuestros hijos?”

Larry Chalfan, director ejecutivo de ZWA

4

1. INTRODUCCIÓN

REACH:Registro-Evaluación-Autorización

Riesgo= peligro + exposición

1. INTRODUCCIÓN

5

1. INTRODUCCIÓN

Video industria textil y sostenibilidadww.textileworld.com/video/cotton.html

1. INTRODUCCIÓN

QUÍMICA SOSTENIBLE

Proceso de desarrollo de los fundamentos teóricos y las aplicaciones de la Ciencia Química necesarios para resolver de raíz las causas de los efectos negativos de la producción química y la extinción de las fuentes de materias prima, asegurando la contribución de la química al bienestar de los seres humanos y de todo el medio ambiente en la actualidad y en un plazo ilimitado de tiempo

6

LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE (Anastas & Warner)

1. Prevención: es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado. 2. Integración de materias: los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso. 3. Síntesis menos peligrosa: siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente. 4. Diseño seguro: los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad. 5. Disolventes seguros: se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible. 6. Eficiencia energética: los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes. 7. Uso de materias primas renovables: la materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable. 8. Reducción de derivados: se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos). 9. Catálisis: se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos. 10. Degradación limpia: los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en productos de degradación inocuos. 11. Análisis continuo de contaminación: las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas. 12. Seguridad intrínseca y prevención de accidentes: se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.

Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30

1. INTRODUCCIÓN

LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE (Anastas & Warner)

1. Prevención: es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado. 2. Integración de materias: los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso. 3. Síntesis menos peligrosa: siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente. 4. Diseño seguro: los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad. 5. Disolventes seguros: se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible. 6. Eficiencia energética: los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes. 7. Uso de materias primas renovables: la materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable. 8. Reducción de derivados: se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos). 9. Catálisis: se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos. 10. Degradación limpia: los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en productos de degradación inocuos. 11. Análisis continuo de contaminación: las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas. 12. Seguridad intrínseca y prevención de accidentes: se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.

Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30

1. INTRODUCCIÓN

7

MEDIDAS DE LA EFICIENCIA DE UNA REACCIÓN

REDIMIENTO

SELECTIVIDAD: quimioselectividad

ECONOMÍA ATÓMICA

% RDTO:Cantidad real de producto obtenido

Cantidad teórica de producto a obtenerX 100

% select:moles de producto obtenido

moles de sustrato convertidoX 100

%EA:Peso de átomos usados

peso de todos los átomos que intervienenX 100

UTILIZACIÓN ATÓMICA

%UA:PM producto deseado

PM producto+PM subproductosX 100

1. INTRODUCCIÓN

EJEMPLO 1REACCIÓN DE DIELS-ALDER REACCIÓN DE WITTIG

ECONOMÍA ATÓMICA1. INTRODUCCIÓN

8

FACTOR E

Factor E=masa de residuos

Masa de producto

1. INTRODUCCIÓN

Ejemplos:

CH3CH2COOCH2CH3 + CH3NH2 CH3CH2CONHCH3 + CH3CH2OH

Economía atómica: 65,4%Factor E= 0,53

Síntesis de metacrilato de metilo a partir de acetona y ciahídrico o a partir de propino

Según la definición de EA y Factor ¿cómo influye el rendimiento de la reacción?¿cómo influye el empleo de un catalizador?

EJEMPLO 2

FACTOR E

9

EJEMPLO 2: Calcula la economía atómica y el factor E de este proceso

Sector industrial producción factor E

Petroquímica 106-108 <0.1

Química pesada 104-106 1-5

Química fina 102-104 5-50

Química farmacéutica 10-103 25-100

Algunas consideraciones

Uso de grupos protectoresReducción del número de etapasUso de productos naturales ya funcionalizadosImportancia de la selectividad del proceso (diastereo y enantioselectividad)Evitar riesgos sustituyento reactivos peligrososUso más racional de la energía

10

LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE (Anastas & Warner)

1. Prevención: es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado. 2. Integración de materias: los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso. 3. Síntesis menos peligrosa: siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente. 4. Diseño seguro: los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad. 5. Disolventes seguros: se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible. 6. Eficiencia energética: los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes. 7. Uso de materias primas renovables: la materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable. 8. Reducción de derivados: se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos). 9. Catálisis: se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos. 10. Degradación limpia: los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en productos de degradación inocuos. 11. Análisis continuo de contaminación: las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas. 12. Seguridad intrínseca y prevención de accidentes: se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.

Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30

El uso de grupos protectores en la ruta sintética de un compuesto reduce drásticamente la economía atómica del mismo

Ejemplo de alquilación de azúcares sin necesidad de GP

11

LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE (Anastas & Warner)

1. Prevención: es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado. 2. Integración de materias: los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso. 3. Síntesis menos peligrosa: siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente. 4. Diseño seguro: los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad. 5. Disolventes seguros: se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible. 6. Eficiencia energética: los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes. 7. Uso de materias primas renovables: la materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable. 8. Reducción de derivados: se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos). 9. Catálisis: se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos. 10. Degradación limpia: los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en productos de degradación inocuos. 11. Análisis continuo de contaminación: las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas. 12. Seguridad intrínseca y prevención de accidentes: se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.

Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30

EFICIENCIA ENERGÉTICA

Activación de reacciones por métodos no convencionales

MICROONDAS:

12

EFICIENCIA ENERGÉTICA

Activación de reacciones por métodos no convencionales

ULTRASONIDOS:

LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE (Anastas & Warner)

1. Prevención: es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado. 2. Integración de materias: los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso. 3. Síntesis menos peligrosa: siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente. 4. Diseño seguro: los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad. 5. Disolventes seguros: se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible. 6. Eficiencia energética: los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes. 7. Uso de materias primas renovables: la materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable. 8. Reducción de derivados: se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos). 9. Catálisis: se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos. 10. Degradación limpia: los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiento sino que se transformen en productos de degradación inocuos. 11. Análisis continuo de contaminación: las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir una monitorización y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas. 12. Seguridad intrínseca y prevención de accidentes: se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendios.

Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30

13

Proceso Boots

6 etapas EA: 40%

Ejemplos industriales de química sostenible

SÍNTESIS IBUPROFENO

Proceso BHC3 etapas EA: 77%

14

Proceso Boots

Proceso BHC