Reglas básicas para síntesis sostenibles

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Potenciales de optimización de reacciones de laboratorio Reglas básicas para síntesis sostenibles
En el curso de la investigación sobre algunas reaccione incluidas en NOP se han podido
identificar algunos puntos débiles. Estos afectan particularmente a la energía así como al
consumo de recursos de las reacciones de laboratorio. Empleando acciones “sencillas” pueden
reducirse o evitarse los problemas reconocidos durante el planteamiento de las reacciones.
Con este propósito se han crado las siguientes “reglas básicas para síntesis sostenibles” [1].
Estas reglas pueden contribuir a una forma de pensar holíestica, es decir, incluyendo los
procesos preliminares y posteriores, y para mejorar las Sostenibilidad de una reacción desde
un punto de vista ecológico.
Reglas básicas para síntesis sostenibles – minimizar el consumo de energía
El impacto medioambiental de las reacciones de laboratorio se ve afectado principalmente por
la electricidad consumida durante el proceso experimental y por los efectos sobre el medio
ambiente ocasionados por el suministro de dicha energía. El elevado consumo de energía de
las reacciones examinadas tiene su origen predominantemente en las elevadas pérdidas de
energía en el medio circundante duránte la síntesis. Las “reglas básicas para síntesis
sostenibles” que se definen a continuación conducen, al ser aplicadas, a una reducción de las
pérdidas de energía en el caso de las reacciones de laboratorio.
Aislamientos térmico
El montaje del experimento debe star aislado de la mejor
manera posible.
Regla básica 1: aislamiento térmico
El coeficiente de transmisión de calor (valor-k) puede reducirse por aislamiento. Esto lleva a
una transferencia menor de calor y por tanto a pérdidas de energía reducidas. Esta pérdida
puede reducirse aún más haciendo menor el gradiente de temperatura entre el medio de la
reacción y el exterior. Dado que la pérdida de energía también depende del tiempo, la
duración del experimento tiene una gran influencia en esta minimización. Por esta razón, el
conocimiento exacto desl proceso de la reacción es esencial.
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condiciones experimentales La temperatura de la reacción así como su duración deben
limitarse al grado necesario.
Regla básica 2: condiciones experimentales
Otro parámetro que afecta a la pérdida de energía es la superficie del experimento, que separa
la mezcla de reacción del exterior. Cuanto menor es la superficie, menor es la pérdida de
energía por conducción o por radiación de calor. La relación entre superficie y volúmen debe
escogerse prudentemente.
elección del equipo
El montaje experimental debe adaptarse a la cantidad
requerida.
Regla básica 3: elección del equipo
Las diferencias de consumo energético encontradas para los diferentes métodos de suministro
de energía pueden deducirse de las dos reglas básicas mencionadas anteriormente –
aislamiento y condiciones experimentales. Dado que no suele ser posible un completo
aislamiento del medio calefactor, deben preferirse los métodos favorables de suministro de
energía.
suministro de energía
Es preferible el uso de una manta de calefacción a una placa de
calefacción con un baño de aceite. Los nuevos métodos de
suministro de energía (p.ej. microondas o ultrasonidos) pueden
tener efectos positivos.
Regla básica 4: suministro de energía
Además de las elevadas pérdidas de energía por transferencia de energía térmica al medio
ambiente, hay otros factores que contribuyen al consumo energético de las reacciones de
laboratorio. Así, los materiales auxiliares afectan a la energía necesaria para calentar y
mantener la temperatura de la reacción.
cp materiales auxiliares
Los materiales auxiliares deben tener una capacidad calorífica
específica lo más pequeña posible.
Regla básica 5: capacidad calorífica específica de los materiales auxiliares
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Entre los materiales auxiliares de atención especial se ha de pagar a los disolventes, ya que
por lo general constituyen una gran parte de la mezcla de reacción. Por esta razón, los
requisitos a los disolventes se ponen en su propia norma fundamental.
cp del disolvente
Los disolventes deben seleccionarse de forma que tengan una
capacidad calorífica específica pequeña a la temperatura
necesaria para la reacción.
Regla básica 6: capacidad calorífica específica del disolvente
El uso de materiales auxiliares también puede optimizarse con respecto al consumo de energía
de otra manera. Es muy importante la correlación entre el consumo de recursos y el consumo
de energía.
Reglas básicas para síntesis sostenibles – minimización del consumo
energético y de recursos
El uso extensivo de materiales auxiliares dentro de la reacción y el procesado afecta
negativamente el consumo de recursos. Además, la cantidad de materiales auxiliares
empleados contribuye al consumo de energía – por ejemplo necesitando energía adicional
para su calentamiento. Esto afecta al consumo de suministros y energía en la preproducción,
lo que es importante esde un punto de vista holístico. A menudo se usan materiales auxiliares
en exceso.
Cantidades de
materiales auxiliares
Las cantidades de materiales auxiliares deben reducirse a la
cantidad realmente necesaria. Los experimentos preliminares
ayudan a determinar la cantidad correcta. Si es posible debe
integrarse en la reacción la eliminación de materiales
auxiliares.
Regla básica 7: cantidades de materiales auxiliares
El agua de refrigeración tiene gran importancia – similar a la del disolvente – debido a su
parte del consumo de materiales.
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Agua de refrigeración
El flujo de agua de refrigeración debe ajustarse al mínimo
necesario. El empleo de recirculadores de agua de refrigeración
puede afectar favorablemente el impacto medioambiental de
una reacción.
Regla básica 8: agua de refrigeración
El consumo de agua de refrigeración puede reducirse empleando un recirculador o un
criostato, lo que aumenta sin embargo el consumo energético. Si es necesario el empleo de
hielo para enfriar reacciones, su uso debe ser limitado igualmente a la cantidad necesaria
debido al alto consumo de energía requerida para su producción.
hielo
El hielo para enfriar reacciones debe usarse considerando una
seguridad de la reacción lo más económica posible.
Regla básica 9: hielo
Además de las cantidades de los materiales auxiliares empledos también tienen influencia sus
características en el impacto medioambiental de las síntesis de laboratorio. A continuación se
formulan las reglas básicas para minimizar los impactos medioambientales. El interés se
centra en los materiales auxiliares
Reglas básicas para síntesis sostenibles – minimización de los potenciales de
toxicidad
Cuando se crean reglas para minimizar potenciales de toxicidad no suelen tenerse en cuenta
los eductos. Generalmente suele ser deseable la optimización hacia materiales de partida no
tóxicos, pero no siempre es posible la variación de los eductos para la síntesis de un
determinado compuesto. Los problemas al seleccionar los materiales auxiliares empleados son
menos significativos. Aquí parece más sencillo tener en cuenta los considerables efectos
potenciales.
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Toxicidad de los disolventes Al seleccionar los disolventes también hay que considerar su
toxicidad potencial. Estas sustancias no deben llegar al medio
ambiente.
Regla básica 10: toxicidad de los disolventes
Toxicidad de los
materiales auxiliares
Al seleccionar los materiales auxiliares debe tenerse en cuenta
su toxicidad potencial. Después de su uso estos materiales
deben reciclarse o eliminarse de forma benigna para el medio
ambiente.
Regla básica 11: toxicdad de los materiales auxiliares
Como se ha mencionado en capítulos anteriores, también se pueden originar grandes impactos
medioambientales a partir de los procesos previos y posteriores a una reacción en concreto. El
considerar la preproducción de los eductos asignados y los materiales auxiliares puede ayudar
a reducir el impacto medioambiental desde un punto de vista holístico.
Reglas básicas para síntesis sostenibles – consideración de la preproducción
Dentro de la producción de compuestos químicos a menudo se generan diferentes impactos
medioambientales dependiendo de la complejidad de la molécula. Muy a menudo, no se
puede influir en estos impactos medioambientales. Sin embargo, el experimentador puede
reducir el suministro de compuestos químicos a la cantidad necesaria para la reacción. En los
últimos años se han incrementado los esfuerzos para proporcionar balances de flujo de
material para diferentes productos químicos. De esta forma en el futuro será más sencillo
considerar la preproducción de los eductos y los materiales auxiliares. Es posible optimizar
las reacciones seleccionando los materiales con bajo impacto medioambiental en la
preproducción.
preproducción
Deben considerarse las cargas de los eductos y materiales
auxiliares en los procesos preliminares al seleccionar el
material.
Regla básica 12: consideraciónde los procesos preliminares
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En la siguiente tabla (Tab. 1) se presentan nuevamente de forma resumida todas las "reglas
básicas para síntesis sostenibles". Además, cada una de las reglas básicas tiene asignado un
pictograma que puede facilitar su aplicación, de forma similar a los símbolos de peligrosidad.
La consideración de estas reglas de optimización puede ayudar a reducir el consumo de
recursos y de energía de las reaccuiones de laboratorio así como sus impactos
medioambientales. Además, los que decidan en el futuro pueden ser sensibilizados por el
interés por un desarrollo sostenible por una aplicación fundamentada de las "reglas básicas
para síntesis sostenibles" en su aprendizaje.
Aislamiento térmico
El montaje del experimento debe star aislado de la mejor manera
posible.
Condiciones
experimentales
La temperatura de la reacción así como su duración deben
limitarse al grado necesario.
Elección de equipo
El montaje experimental debe adaptarse a la cantidad requerida.
Suministro de energía
Es preferible el uso de una manta de calefacción a una placa de
calefacción con un baño de aceite. Los nuevos métodos de
suministro de energía (p.ej. microondas o ultrasonidos) pueden
tener efectos positivos..
cp materiales auxiliares
Los materiales auxiliares deben tener una capacidad calorífica
específica lo más pequeña posible.
cp disolvente
Los disolventes deben seleccionarse de forma que tengan una
capacidad calorífica específica pequeña a la temperatura
necesaria para la reacción.
Cantidades de materiales
auxiliares
Las cantidades de materiales auxiliares deben reducirse a la
cantidad realmente necesaria. Los experimentos preliminares
ayudan a determinar la cantidad correcta. Si es posible debe
integrarse en la reacción la eliminación de materiales auxiliares.
Agua de refrigeración
El flujo de agua de refrigeración debe ajustarse al mínimo
necesario. El empleo de recirculadores de agua de refrigeración
puede afectar favorablemente el impacto medioambiental de una
reacción.
hielo
El hielo para enfriar reacciones debe usarse considerando una
seguridad de la reacción lo más económica posible.
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Toxicidad de los
disolventes
Al seleccionar los disolventes también hay que considerar su
toxicidad potencial. Estas sustancias no deben llegar al medio
ambiente.
Toxicidad de los
materiales auxiliares
Al seleccionar los materiales auxiliares debe tenerse en cuenta su
toxicidad potencial. Después de su uso estos materiales deben
reciclarse o eliminarse de forma benigna para el medio ambiente..
preproducción
Deben considerarse las cargas de los eductos y materiales
auxiliares en los procesos preliminares al seleccionar el material..
tab.1: reglas básicas para síntesis duraderas
[1] Diehlmann, A., Kreisel, G., Gorges, R. (2003). Contribución a “Developing Sustainability
in Chemical Education”. The Chemical Educator, 8
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