Química verde. Parte 1: Reactivos usados en los laboratorios de investigación

La Química Verde se define como aquella rama de la química que estudia todos los procesos sustentables, que ocurran de manera segura y no contaminen el medio ambiente, o que reduzcan sustancialmente la contaminación en comparación con otros procesos en los que se obtengan los mismos productos. Para lograr procesos con estas características los investigadores necesitan optimizar los procedimientos para consumir la cantidad mínima de reactivos y reducir los desechos todo lo posible.

Desde el momento en que se empezó a considerar que cualquier proceso productivo que precise usar reactivos químicos puede provocar daños cuando se realiza de manera incorrecta, se comenzaron a sentar las bases de lo que luego se llamó Química Verde. Esta rama no solo abarca los procesos de producción sino todos aquellos procedimientos que requieran el uso de reactivos, ya sea para la investigación del Alzheimer, o investigación sobre el cáncer, por mencionar algunos. Adicionalmente, reactivos para el tratamiento de residuos o cualquier otra aplicación.

Con el paso de los años se han determinado los principios que debe seguir un proceso para ser considerado que cumple con los parámetros de la Química Verde:

• Procesos económicos, que requieran la mínima inversión para llevarse a cabo, sin contar que medioambientalmente siempre representan una disminución de los costos.

• Mínimo uso de materiales, reciclar todo lo posible y evitar usar materias primas vírgenes o que son escasas.

• Diseñar métodos de síntesis donde no se usen, ni se generen, compuestos químicos dañinos para la salud y el medio ambiente, y si no se puede evitar su uso intentar minimizarlo.

• Reducción de las sustancias de desecho, siempre que sea viable, intentar diseñar procesos donde los reactivos de partida se combinen para dar el producto. Tener en cuenta que es mejor no tener desperdicios que luego intentar reciclar los mismos.

• Evitar el uso de disolventes y otras sustancias consideradas auxiliares en un proceso químico, y si se usan deben ser de baja toxicidad, usar pocas cantidades e intentar reciclarlas.

• Diseñar nuevos productos químicos que cumplan la función deseada con la menor toxicidad posible.

• Llevar a cabo los procesos con un mínimo de consumo de energía, idealmente a temperatura y presión ambiente.

• Reducir el número de derivados sintetizados en pasos intermedios de las reacciones y el número de pasos para la obtención de los productos finales.

• Uso de catalizadores tan selectivos como sea posible y es mucho mejor si se pueden reciclar.

Para lograr que se cumplan estos principios es necesario rediseñar muchos procedimientos y cuando se comienza en una nueva línea de investigación tener en cuenta todos estos factores. Los laboratorios donde se realizan las investigaciones de las reacciones sustentadas en los principios de la Química Verde requieren de reactivos comunes y otros específicos para estos procesos. La compañía Wako cuenta con una gran variedad de reactivos y accesorios útiles para las investigaciones en Química Verde. En este artículo mencionaremos algunos reactivos de los siguientes grupos:

Líquidos iónicos

Se considera líquidos iónicos a los compuestos formados por iones que no son volátiles, tienen una alta conductividad iónica y actividad catalítica. Pueden ser utilizados como disolventes, que sirven como medio en el que ocurre una síntesis química, por ejemplo una reacción de Diels-Alder, reacción muy utilizada en la síntesis orgánica. La ventaja de usar los líquidos iónicos como medio de reacción es que son menos perjudiciales para el medio ambiente que los disolventes orgánicos tradicionales, soportan altas temperaturas (las reacciones pueden llevarse a cabo en un amplio rango de temperaturas sin que se volatilicen como los disolventes orgánicos más comunes) y pueden ser recuperados del medio de reacción y reutilizarse. Wako pone a disposición de los investigadores una amplia lista de líquidos iónicos, entre estos están:

• el cloruro de 1-alil-3-metilimidazolio
• el cloruro de 1-butil-3-metilimidazolio (también el hexafluorofosfato, el tetrafluoroborato, entre otros)
• el hexafluorofosfato 1-butil-1-metilpirrolidinio (este mismo catión con otros contraaniones también)
• el bis(trifluorometanosulfonil)imida de 1-butil-1-metilpirrolidinio
• el cloruro de 1-butilpiridinio (y con otros ligandos unidos al catón piridinium y otros contraaniones)
• el bromuro de tretrabutilamonio (y el de tetraoctil y tetrapentil también)
• el tetrafluoroborato de tetrabutilfosfonio
• y otros líquidos iónicos que se pueden encontrar en los catálogos.

Reactivos fluorados

Estos reactivos han ganado mucha popularidad en los últimos años, tanto como para ser usados como disolventes de las reacciones como para la separación y purificación de los compuestos. Su ventaja radica en que pueden ser extraídos del medio de reacción muy fácilmente y que permiten el uso de diferentes técnicas para la caracterización de los productos. Ejemplos de estos reactivos son:

• El reactivo de Mukaiyama fluorado, que actúa como activante del carboxilato en las reacciones de obtención de ésteres y amidas. Los productos colaterales de las reacciones usando este reactivo son fáciles de separar y se obtienen buenos rendimientos.

• Wakopak® Fluofix x-II 120E, columna empaquetada con gel de sílice unida a cadenas fluorocarbonadas. Estas columnas sirven para realizar separaciones usando la técnica de HPLC en fase reversa. Tienen una gran capacidad de retención y se obtiene mejor separación que en otras columnas empaquetadas con sílice no fluorada. Son columnas especialmente útiles cuando algunas de las sustancias que se quiere separar es un compuesto halogenado.

Oxidantes

El reactivo de Dess-Martin permite realizar oxidaciones de manera fácil y eficiente. Utilizando este reactivo se pueden convertir alcoholes primarios en aldehídos y alcoholes secundarios en cetonas. A diferencia de otros reactivos que se utilizan como oxidantes en este tipo de reacción, el reactivo de Dess-Martin permite llevar a cabo el proceso en poco tiempo, de manera sencilla y usando pocas cantidades, además es soluble en los disolventes orgánicos más comunes.

Al contrario de lo que se ha manifestado en muchas ocasiones, trabajar siguiendo los principios de la Química Verde no representa un gasto económico extra, por el contrario, es común encontrar que el proceso llevado a cabo bajo estos principios es más barato, y tiene la ventaja de ser seguro para la salud y para el medio ambiente. Además, el intento de cumplir con los principios de la Química Verde promueve la innovación, y se han alcanzado nuevos conocimientos gracias a los investigadores que se preocupan por poner en práctica estos principios.

Bibliografía:

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

2) K. Shimizu, A. Satsuma, Energy Environ. Sci., 4, 3140, 2011.

ALGUNOS REACTIVOS DE LABORATORIO:

Serie de estándares de fructooligosacáridos	VA-044 para el método de análisis cerebral