PREMIOS DE LA PRESIDENCIA A LOS RETOS DE LA QUÍMICA VERDE

Estos premios Presidential Green Chemistry Challenge Awards fueron declarados en 1995 por la Administración del Presidente Clinton, convocándose los primeros en 1996. Suponen un reconocimiento a los logros más relevantes conseguidos en la Tecnología/Química Verde, y son los únicos premios a la Química otorgados a nivel de La Presidencia.

Economia de atomos

El concepto de economía de átomos fue cuantificado por Roger Sheldon. El porcentaje de átomos utilizados se calcula dividiendo el peso molecular del producto deseado por los pesos moleculares de todos los productos generados en la reacción. En muchas reacciones, las características de los subproductos desechados son desconocidas o difíciles de determinar. La conservación de masa permite calcular un indicador de economía de átomos que sería el cociente de la fórmula del peso de todos los átomos de los reactivos incorporados en el producto final (átomos utilizados) sobre el total de la fórmula del peso de todos los reactivos.

% de Economía de Atomos= ( FW de átomos utilizados/FW de todos los reactivos)x100

La simple observación de ciertas reacciones orgánicas comunes (reorganización, adición, sustitución o eliminación de reacciones) permite constatar que algunas son inherentemente más económicas en átomos que otras. Si se estableciera una ordenamiento según este criterio las reacciones de reorganización y adición estarían en los primeros lugares seguidas por la sustitución y, finalmente, estaría la reacción de eliminación.La economía de átomos es una herramienta valiosa para evaluar la eficiencia en el tratamiento de los insumos, materiales iniciales en una reacción o síntesis, pero para poder calificar a una reacción como "verde" se deben considerar otras dimensiones tales como:

- Naturaleza del producto desechado: ¿Es tóxico o nocivo para el medio ambiente?
- Cantidad de energía necesaria para llevar a cabo la reacción: ¿La reacción requiere cantidades excesivas de energía?
- Uso de reactivos auxiliares: ¿La síntesis necesita solventes o el uso de cantidades significativas de materiales para extraer y/o purificar el producto?
- Porcentaje de rendimiento de la reacción: ¿El rendimiento del producto es alto o la mayor parte del material se pierdecomo desechos?

Un ejemplo es la Síntesis del Ibuprofeno

Síntesis del Ibuprofeno de la Compañía Boots

El Ibuprofeno es el ingrediente activo de varias marcas de productos comerciales como Advil, Motrin y Nuprin. El Ibuprofeno actúa como analgésico (alivio del dolor) y también es efectivo como medicamento Antiinflamatorio No Esteroidal (NSAID). Los NSAIDs reducen la inflamación producida por la artritis, osteroartritis y reumatismo. Al Ibuprofeno se le conoce como medicamento antiinflamatorio no esteroidal ya que no forma parte de la familia de los esteroides. La producción mundial de ibuprofeno supera las 30 milliones de libras al año. La Compañía Boots PLC de Nottingham, Inglaterra fue la primera en patentar la síntesis del ibuprofeno en la década de los 60 (E.U. Patente 3,385,886) y ha servido como método principal de síntesis durante muchos años.
Como siempre todos los átomos de cada reactivo que se incorporan en el producto final deseado (ibuprofeno) aparecen en verde, y todos aquellos que terminan en productos no deseados en marrón. La Tabla 10 ilustra la economía del átomo de la síntesis de la Compañía Boots y permite calcular un porcentaje de la economía del átomo de un 40%. Como se indicó anteriormente, se producen aproximadamente unas 30 millones de libras al año de ibuprofeno. Si toda la producción mundial del ibuprofeno fuera realizada por el proceso Boots, ¡se generarían alrededor de 35 millones de libras de residuos!

% Economía del Atomo = (PF de los átomos usados/PF de todos los reactivos) X 100 = (206/514.5) X 100 = 40%

Síntesis del Ibuprofeno de la Compañía BHC

En los años 80 se aprobó la venta sin receta médica del ibuprofeno expirando la patente de la Compañía Boots. El reconocimiento de las oportunidades financieras que la producción y venta de éste medicamento podrían ofrecer, hizo que varias compañías se embarcaran en la construcción de las instalaciones y en desarrollar nuevos métodos para la preparación del ibuprofeno. La Corporación Hoechst Celanese Corporation (Somerville, NJ; conocida ahora como Corporación Celanese) descubrió una nueva síntesis del ibuprofeno en tres pasos. Junto con la Compañía Boots fundaron la Compañía BHC, para preparar (mediante la nueva síntesis) y comercializar el ibuprofeno. La síntesis de la compañía BHC se muestra en el Esquema 4, y posteriormente, en la Tabla 11, se ilustra la economía del átomo cuyo cálculo de porcentaje dá un 77%, con una mejora significativa sobre el obtenido por el proceso de la Compañía Boots del 40%.

% Economía del átomo = (PF de los átomos usados/PF de todos los reactivos) X 100 = (206/266) X 100 = 77%

La economía del átomo del proceso de la Compañía BCH puede alcanzar un valor > 99% si consideramos que el ácido acético generado en el Paso 1 es recuperado y usado.

El proceso de la Compañía BCH ofrece no sólo una importante mejora en la economía del átomo sino también otras ventajas para el medio ambiente. En éstas se incluye un proceso catalizado de tres pasos frente al proceso de seis pasos de la Compañía Boots, que requiere reactivos auxiliares en cantidades estequiométricas. Por ejemplo, el primer paso de cada proceso dan lugar al mismo producto (3) a partir de los mismos reactivos (1 y 2). Sin embargo, el proceso de la Compañía Boots emplea tricloruro de alumnio en cantidades estequiométricas (que no se han considerado en la Tabla 10), mientras que el proceso de la Compañía BHC, utiliza HF en cantidades catalíticas, que es recuperado y reusado repetidamente. El tricloruro de alumninio produce grandes cantidades de tricloruro de aluminio hidratado como residuo que generalmente se lleva a vertedero. Los catalizadores de níquel y paladio empleados en los pasos 2 y 3 del proceso de la Compañía BHC también son recuperados y reutilizados.
Debido a que el proceso de la Compañía BHC consta sólo de tres pasos (frente a los seis pasos del proceso de la Compañía Boots) y a que presenta una mejora en la economía del átomo, ello se traduce en una disminución importante de los residuos producidos y una mayor productividad (más cantidad de ibuprofeno en menos tiempo y con menos equipo). Estos factores suponen unos beneficios económicos para la Compañía como resultado del hecho de necesitar menos dinero para tratar el residuo generado y de requerir un menor desembolso para producir la misma cantidad de ibuprofeno. De esta manera existe no sólo un beneficio para el medio ambiente, sino que el saldo de la compañía se ve fortalecido, cosechando una buena imagen frente a la sociedad por haber hecho verde el proceso.