QUÍMICA VERDE E SOLVENTES ALTERNATIVOS - …¡rio-Quimica-Verde_1S2015.pdf · Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas - ICE Departamento de Química Química

Universidade Federal de Juiz de ForaInstituto de Ciências Exatas - ICE

Departamento de QuímicaQuímica Analítica Ambiental

QUÍMICA VERDE E SOLVENTES ALTERNATIVOS

Larissa Albuquerque de OliveiraPriscila Cruz RochaRafaela de Souza Martins

Professor Dr. Rafael Arromba de Sousa1

Introdução

QUÍMICA: Ciência CentralCiência de grande importância

Química

Física

BiologiaGeologia

Engenharias entre outras

2 Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce E. Bursten. Química: A ciência central. 9ª ed. PEARSON EDUCATION

Introdução

Papel importante:

� Introdução de inúmeros produtos essenciais a humanidade

� Desenvolvimento tecnológico:

Conceitos e

técnicas

ObtençãoDetecção

Quantificação

Novas substâncias

3 Zuin, V. G; Corrêa, A. G. Química Verde: histórico e sua inserção na agenda brasileira. São Carlos: 2009.Disponível em <http://www.crq4.org.br/default.php?p=informativo_mat.php&id=1044> Acessado em 11/04/15

Introdução

� Química mal vista:

O QUE NÃO POSSUI QUÍMICA?

4

Introdução

Corpo humano: máquina de reações químicas

Água cerca de 70%

5

Introdução

Naturais = “Isentos de química”

� Não passam por processos que alterem sua composição

Suco e laranja e limão:Mistura de produtos químicos sintéticos pela própria planta

Ácidos e vitaminas: essenciais para o corpo

6 Rosa, E. Produtos naturais também tem química . São Paulo. Disponível em <http://www.gentequeeduca.org.br/planos-de-aula/produtos-naturais-tambem-tem-quimica> Acesso em 11/04/15

Introdução

� Alisamentos, permanentes e hidratações

QUÍMICA

7

Introdução

Química e crescimento global

Indústria química sintética: Bilhões de toneladas/ano de mais de 70 mil

compostos comerciais


Introdução

Prevenção de danos e exploração ao meio ambiente

� Necessidade: contínuo desenvolvimento econômico,social e ambiental sustentável

� Manutenção e melhoria da qualidade de vida em todo oglobo

� Nova conduta química: aprimoramento de técnicas emetodologias, com a geração cada vez menor deresíduos e efluentes tóxicos

Química Geração de resíduos


QUÍMICA SUSTENTÁVEL = QUÍMICA VERDE

10

Química Verde - HistóricoRevolução Industrial

� Final século XX – primeiros fundamentos� 1991 – Lei de prevenção a poluição (USA)� 1991 - Rotas Sintéticas Alternativas para Prevenção de

Poluição� 1993 - Expansão e renomeação do programa� 1995 - Desafio em Química Verde� 1997 - Instituto de Química Verde� 1999 - periódico Green Chemistry

� No brasil : Em 2007 foi realizada, no Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), a primeira Escola de Verão em Química Verde


Química Verde - Histórico

� Em 2004, livro: Química Sustentável com autores da Argentina, Brasil, Chile, Colômbia, Uruguai e Venezuela.

� Em 2009, livro: Química Verde: fundamentos e aplicações (de Corrêia e Zuim)

� Em 2011, I Escola de Verão em Química Verde, USP

� Em 2012, IV Conferência Internacional IUPAC em Química Verde.

Química Verde: aspectos conceituais e práticos, CEFET/RJ12

Química verde - Definição

"A invenção, desenvolvimento e aplicação de produtos e processos químicos para reduzir ou eliminar o uso e a

geração de substâncias perigosas".(IUPAC)

“A química verde pode ser encarada como a associação do desenvolvimento da química à busca da auto

sustentabilidade.” (Valorização de resíduos Agroindustriais, prof.ª Maria Alice Coelho Z.

Coelho/UFRJ)

13

Química verde

Química Verde

Sociedade Científica

Indústria

Governo eSociedade

Química Verde: aspectos conceituais e práticos, CEFET/RJ14

Química Verde – Os princípios

1. Prevenção2. Economia de átomos3. Síntese se produtos menos perigosos4. Desenho de produtos seguros5. Solventes e auxiliares mais seguros6. Busca pela eficiência de energia7. Uso de fontes renováveis de matéria-prima8. Evitar a formação de derivados9. Cátalise10. Produtos degradáveis11. Análise em tempo real para a prevenção da poluição12. Química Intrinsecamente segura para prevenção de

acidentes

LENARDÃO E.J.; OS 12 PRINCÍPIOS DA QUÍMICA VERDE E SUA INSERÇÃO NA S ATIVIDADES DE ENSINO E PESQUISA. Quim. Nova, Vol. 26, No. 1, 123-129, 2003

15

1 - Prevenção

Evitar a produção do resíduo é melhor do que tratá-lo ou“limpá-lo” após sua geração.


Investindo em tecnologias maislimpas de produção, reduz anecessidade de investimentospesados em tratamento de resíduos,que nem sempre são eficazes.

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2 - Economia de átomos

Deve-se procurar desenhar metodologias sintéticas quepossam maximizar a incorporação de todos os materiaisde partida no produto final.


Síntese verde: reações de adição,rearranjos, catálise e biocatálise.

Síntese marrom: reações desubstituição, eliminação e reaçõesestequiométricas de maneira geral.

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3 e 4 - Síntese e desenho de produtos menos perigosos

Os produtos químicos devem ser desenhados de tal modoque realizem a função desejada e ao mesmo tempo nãosejam tóxicos.

Multinacional Rohm and Haas desenvolveu um inseticidapara controle de lagartas e outro produto para proteção decascos de navio que se degrada rapidamente em produtosnão tóxicos á vida marinha.


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5 - Solventes e auxiliares mais seguros

O uso de substâncias auxiliares precisa, sempre quepossível, tornar-se desnecessário e, quando utilizadas,estas substâncias devem ser inócuas.

Uso de solventesverdes:fluidos supercríticos, líquidos iônicos, hidrocarbonetos perfluorados e água.


19

6 - Busca pela eficiência de energia

A utilização de energia pelos processos químicos precisaser reconhecida pelos seus impactos ambientais eeconômicos e deve ser minimizada. Se possível, osprocessos químicos devem ser conduzidos à temperaturae pressão ambientes.

JUNIOR J.J. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E QUÍMICA VERDE, Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005

Reação de Alder-Bong pode serotimizada em até 82%.

Reação de Mukayiama, com74% sin e 26% anti

20

7 - Uso de fontes renováveis de matéria-prima

Sempre que técnica é economicamente viável, a utilizaçãode matérias-primas renováveis deve ser escolhida emdetrimento de fontes não renováveis.

• Fermentação da cana deaçúcar para produção deálcool.

• O milho, fonte de amido, podeser hidrolisado a glucose.

• CO2 e metano sãoconsiderados renováveis,porque podem ser obtidostanto por métodos sintéticoscomo naturais.


21

8 - Evitar a formação de derivados

A derivatização desnecessária deveser minimizada ou, se possível,evitada, porque estas etapasrequerem reagentes adicionais epodem gerar resíduos.

Preparação de açúcares com maiornúmero de carbonos: Reação dealilação diretamente em etanol aquoso,sem necessidade de proteger ashidroxilas. A reação ocorre comutilização de ultra-som.


9 - Catálise

Reagentes catalíticos (tão seletivos quanto possível) são melhores que reagentes estequiométricos.


23

10 – Produtos degradáveis

24

Os produtos químicos deverão ser projetados de tal modoque, ao final de sua função, se fragmentem em produtosnão tóxicos e que não persistam no ambiente.


25

Deverão ser viabilizados métodos analíticos para omonitoramento e controle em tempo real, dentro doprocesso químico, para controlar a formação de compostostóxicos antes mesmo da sua geração.

11 – Análise em tempo real para prevenção de poluição


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As substâncias, bem como a maneira pela qual umasubstância é utilizada em um processo químico, devem serescolhidas a fim de minimizar o potencial para acidentesquímicos, incluindo vazamentos, explosões e incêndios.

12 – Química Intrinsecamente segura para prevenção de acidentes


Avanços na indústria

� Obtenção de ácido levulínico a partir do efluente da

indústria de papel

� Síntese verde do ibuprofen

� Desenvolvimento de máquinas de lavar roupa à base de

CO2 supercrítico

� Síntese de inseticidas e praguicidas biodegradáveis e

mais seletivos

� Síntese de polímeros biodegradáveis

Valorização de Resíduos Agroindustriais - Prof. Maria Alice Z. Coelho27

SOLVENTES ALTERNATIVOS

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Solventes

Toda substância que é utilizada para a dispersão de outra substância em seu meio

� Compostos orgânicos

� Voláteis

� Inflamáveis

� Riscos à saúde

� Prontamente inalados

� Presentes em diversos produtos industrializados29 Corrêa, A. G; Zuin, V. G. Química Verde: fundamentos e aplicações 1. ed. São Paulo, EdUFSCar, 2012.

Solventes

Milhões de toneladas despejados pelas industrias domundo todo.

46%

9%

6%

6%

6%

6%

4%

4%2%

2% 1%8%

tinta

farmacêutico

adesivos

tinta para impressão

cuidados pessoais

casa/carro

borracha/polímero manufaturado

limpeza industrial/metálica

extração de óleos vegetais

agroquímica

limpeza a seco

outros

30 Corrêa, A. G; Zuin, V. G. Química Verde: fundamentos e aplicações 1. ed. São Paulo, EdUFSCar, 2012.

Solventes

Uso indiscriminado Problemas ambientais


SolventesAtenção e medidas preventivas:

SOLVENTES ALTERNATIVOS32

Solventes Alternativos

� Solvente alternativo, verde ou neotérico

� Alto ponto de ebulição

� Baixa pressão de vapor

� Dissolver uma grande gama de compostos orgânicos

� Atóxico

� Baixo custo

� Reciclável


Solventes Alternativos

� Indicações para solventes verdes:

� “Bio-solventes“

� Fluídos supercríticos

� Polímeros de baixo ponto de fusão

� Líquidos iônicos

34 Arlane, G. C; Vania, G. Z; Vitor, F. F; Patricia G. V, Green Chemistry in Brazil, Pure Appl. Chem.,Vol. 85, N 8, p. 1653,2013.

Bio-solventes� Sintetizados a partir de fontes renováveis

� Produção de etanol através da cana de açúcar.


Bio-solventes� Promovendo o avanço e desenvolvimento de

pesquisas em laboratórios nas áreas relacionadascom a bioenergia.

Produção de eteno verde polietileno verdes

� Produção de novos produtos e materiais verdespara a substituição de velhos e poluidores solventes.


Fluídos supercríticosSolvente supercrítico é aquele que a uma certa

temperatura e pressão não se condensa ou evapora, mas existe como um fluido.


37

Fluídos supercríticos

� Mais popular é o CO2

� Ponto critico em 73 atm e 31,1°C.

� Não inflamável

� Menor toxidade

� Relativamente inerte

� Natural

� Alta disponibilidade

� Não deixa resíduos

38 JUNIOR J.J. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E QUÍMICA VERDE, Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005

Fluídos supercríticosPrincipal Aplicação: Descafeinação do café


Polímeros de baixo ponto de fusãoPolietilenoglicol

� Barato

� Termicamente estável

� Recuperável e recicláveis

� Biologicamente compatível

� Atóxico


40

H

O

O

H

n

Corrêa, A. G; Zuin, V. G. Química Verde: fundamentos e aplicações 1. ed. São Paulo, EdUFSCar, 2012.

Polímeros de baixo ponto de fusão

� Muito utilizado em:

� Indústrias Farmacêuticas

� No setor de cosméticos

� Industria de alimentos

� Pouco utilizado como:

� Solventes em reações orgânicas


Líquidos Iônicos

Solvente mais explorado 8000 artigos e 600 patente


� Estabilidade química e térmica

� Baixa ou nenhuma inflamabilidade

� Alta condutividade iônica

� Utilizados como solvente e catalizador

� Reciclável e reutilizável


Líquidos Iônicos� Constituídos por íons

� Fraca interação entre os íons volumosos

ânion simétrico grande

ânion grandecátion

assimétrico grande

cátion simétrico pequeno

P.F. = -20ºC P.F. = 801ºC

etilsulfonato de 1-etil-2-metilimidazol Cloreto de sódio

43LIU, P.; HOU, X. D.; LI, N.; ZONG, M. H.; Green Chemistry , v. 14, p. 304-307, 2012

Líquidos Iônicos

Enorme quantidade de LI pode ser sintetizada

Íons amônio, dialquilimidazólico

e alquilpiridínio

Haletos, PF6

e BF4


Líquidos Iônicos

NN

R1

R2

R3

N

R2

R1

N

R3

R4

R1

R2N R2

R1

P

R3

R1

R2 R4

imidazólicos piridínicos sais de amônioquaternário

pirrolizidínicos sais de fosfônio

Y- Y- Y- Y- Y-

R1,R3 = alquilR2 = H, alquil

R1 = alquilR2 = H, alquil

R1-R4 = alquil R1, R2 = alquil R1 - R4 = alquil

Cátions

Ânions

Y- = Cl-, Br-, I-, PF6-, SbF6

-, MeCO2-, CH2(OH)CO2

-, CF3(CO2)-, CF3(CO2)-, OTs-, N(CF3SO2)-, EtSO4-,

C8H17SO4-, (CF3CF2)PF3

-, (MeO)2PO2-, CB11H12

-, Al(OC(CF3)Ph)4-, BARF-

45 DURAND, J.; TEUMA, E.; GÓMEZ, M. Comptes Rendus Chimie , v. 10, p. 152-177, 2007.

Líquidos IônicosPropriedades Solventes Orgânicos Líquidos Iônicos

Nº de Solventes >1000 > 1.000000

Aplicabilidade Função única Multifuncional

Habilidade catalítica Rara Comum e modulável

Quiralidade Rara Comum e modulável

Inflamabilidade Geralmente inflamáveis Geralmente não inflamáveis

Solvatação Fraca Forte

Custo Normalmente baixa Tipicamente de 2 a 100 vezes maior que o custo de solventes orgânicos

Viscosidade/ cP 0,2-100 22-40.000

Densidade/ g cm-3 0,6-1,7 0,8-3,3

Índice de refração 1,3-1,6 1,5-2,2

Toxidade Bem conhecida Dados incipientes


Conclusão

47

�A Química Verde é uma filosofia que busca odesenvolvimento sustentável

�Processo de conscientização

�Exploração da natureza

Conclusão

48

Síntese ideal

Eficiência atômica

Simplicidade

Rendimento máximo

Matérias-primas

disponíveis

Uma etapa

Sem desperdício

Ambientalmente correta

Segurança

“Os químicos têm a responsabilidade profissional de servir ao interesse público e ao bem-estar, através dos seus conhecimentos científicos. Os químicos deverão ter

cuidados com a saúde e o bem-estar dos companheiros de trabalho, consumidores e da comunidade; deverão

compreender e antecipar as consequências ambientais do seu trabalho. Os químicos têm a responsabilidade de evitar

a poluição e proteger o meio ambiente”

(código de conduta da American Chemical Society)

Prado A.G.S. Química Verde, os desafios da química no novo milên io . Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

49

OBRIGADA!!!

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