Líquidos iônicos.

Os líquidos iônicos (Figura 15) são sais orgânicos líquidos à temperatura e pressão ambiente que, por serem sais, tem baixa pressão de vapor. Normalmente são sais formados por um cátion orgânico e um ânion poliatômico.

Figura 15 - Cátions e Ânions em líquidos iônicos.

Fonte: CASULLO, SOUBIRÓN (2012).

Os líquidos iônicos comparados a outros solventes têm as seguintes vantagens: baixa pressão de vapor, quimicamente estáveis em uma alta faixa de temperaturas, baixo ponto de fusão, maior densidade do que a água, além de maior viscosidade, estáveis em processos eletroquímicos e bons condutores elétricos.

4.6.6. Eficiência energética.

Nos processos ditos verdes, os pesquisadores e indústrias buscam a utilização de novas metodologias energéticas em sínteses orgânicas, nessas novas metodologias procura-se utilizar energias mais econômicas, menos poluentes, que permitam maior rendimento de uma operação e um menor gasto de tempo durante a operação.

Um equipamento que vem sendo muito usado em sínteses orgânicas é o micro-ondas, os primeiros relatos de reações orgânicas conduzidas em forno de micro-ondas surgiram em 1986 em dois trabalhos independentes de Gedye e Guigere (SANSEVERINO, 2001). Observou-se uma redução no tempo da reação, embora não tenha havido um controle de pressão (Figura 16).

As principais vantagens da utilização da energia de micro-ondas em substituição da energia convencional (chapa de aquecimento, bico de bunsen, manta elétrica, etc.) em uma reação química são:

a) As taxas de aquecimento em uma reação onde uma ou mais substância

presente absorva bem micro-ondas são muito maiores que no aquecimento convencional;

b) O reator ou recipiente de reação pode ser transparente às micro-ondas pois a

energia só é absorvida pelos reagentes e solventes;

c) A energia é transferida diretamente para a amostra, sem haver contato físico

com a fonte de aquecimento;

d) Há a possibilidade de maiores rendimentos, seletividade e menor

Figura 16 - Primeiras reações orgânicas conduzidas em forno micro-ondas doméstico.

Fonte: SANSEVERINO (2001).

A associação da energia alternativa das micro-ondas com uma reação livre de solvente, proporcionou um leque grande de vantagens reacionais que são: menor tempo de reação, resíduo mínimo ou zero, alto rendimento e menor formação de subprodutos. Dois exemplos de síntese orgânica que mostram estas vantagens são:

a) Rearranjo do Pinacol: É uma reação bem conhecida na Orgânica, foi

conduzida sem uso de solvente e em forno micro-ondas de cozinha, utilizando uma argila com íons de cobre(II) suportados (Montmorilonita). Houve na reação

com micro-ondas maior rendimento em menor tempo de reação, conforme Figura 17a.

b) Alquilação Aniônica: Reação conduzida em Alumina que apresentou as

mesmas vantagens que o rearranjo de Pinacol, representado na Figura 17b.

Figura 17 - Reação livre de solventes com aquecimento em micro-ondas a) Rearranjo de Pinacol b) Alquilação aniônica.

Fonte: SANSEVERINO (2001).

É possível notar que a utilização de micro-ondas para algumas reações pode ser muito mais eficiente do que o uso de fontes de energia convencionais, a prova disso é o alto rendimento reacional em um tempo bem menor. Associar o uso de micro-ondas em reação livre de solventes é ainda uma das grandes vantagens em procedimentos orgânicos, pois colabora diretamente com as premissas da Química Verde.

4.6.7. Utilizar matérias primas renováveis.

O debate sobre o uso de combustíveis fósseis está em alta na atualidade, devido a todos os problemas socioambientais que vêm acontecendo em consequência de sua queima em processos industriais ou por veículos automotores. Neste contexto, o uso de biomassa renovável surge como alternativa para um futuro próximo.

A biomassa é uma fonte de energia renovável, no Brasil a oferta de biomassa na matriz energética é muito alta se comparada ao cenário mundial, conforme Figura 18, do Ministério de Minas e Energia (MME, 2013).

Figura 18 - Matriz energética brasileira em 2012.

Fonte: MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA (2013).

Uma biomassa de destaque é o dissacarídeo Sacarose (D-Glicose + D- Frutose), o seu uso em processos em escala comercial é amplo, tanto por rotas químicas ou bioquímicas, um de seus derivados mais conhecidos é o etanol mostrado na Figura 19, junto a outros derivados.

Figura 19 - D-Sacarose e seu uso na produção de intermediários sintéticos.

Fonte: FERREIRA; ROCHA; SILVA (2013).

Um exemplo de processo químico com fonte renovável é a síntese de Ácido Adípico via D-glicose usando E. Coli. Na Figura 20 são mostradas as rotas tradicional via benzeno e a rota verde com D-glicose.

Figura 20 - Rotas tradicional e verde da síntese do Ácido adípico.

Fonte: BAZITO (2009).

O uso de biomassa renovável também gera resíduos, mas estes são reaproveitados para fins alimentares (insumos para rações animais) ou energéticos ( queima em caldeira de geração de vapor).

4.6.8. Evitar formação de derivados.

Em muitos procedimentos químicos, para se obter determinado produto, deve-se passar por várias etapas reacionais com catalisadores, solventes e reagentes. A Química Verde dita que se devem realizar reações químicas com gasto mínimo de reagentes, etapas, solventes e que, principalmente, gere-se o mínimo possível de resíduos ao fim do procedimento.

Um exemplo de procedimento que respeita este princípio da Química Verde é a síntese de Ibuprofeno, conforme Figura 8, apresentada anteriormente. Em ambos os procedimentos (tradicional e verde), na primeira reação produz-se um fenilcetona por reação entre isobutilbenzeno e anidrido acético, catalisada por cloreto de alumínio. Na rota tradicional há cinco etapas consecutivas à da fenilcetona até a chegada ao produto final, na rota verde são realizadas apenas duas etapas. Este menor número de etapas permite menor gasto de energia e menor quantidade de resíduos ao final do processo (CASULLO, SOUBIRÓN, 2012).

4.6.9. Potencializar a catálise.

A catálise é uma das ferramentas químicas mais utilizadas em procedimentos químicos na indústria, é estimado que cerca de 90% dos processos químicos utilizem, ao menos em uma etapa de sua produção, um catalisador. Os catalisadores agem diminuindo a energia de ativação necessária para realizar uma reação, tornando-a mais rápida e com menor gasto de energia (LANCASTER, 2012).

Um procedimento catalítico considerado verde é visto na produção de Roundop, um herbicida produzido pela Monsanto nos Estados Unidos. Um intermediário na síntese desse produto é o Iminoacetato di-sódico (DSIDA). O processo tradicional necessita do uso de amônia, formaldeído e cianeto de hidrogênio. Cianeto de hidrogênio é extremamente tóxico e sua manipulação deve ser realizada de forma especial para minimizar o risco aos trabalhadores que o manipulam. Amônia e Formaldeído são frequentemente associados a problemas de saúde em humanos e problemas ambientais. Os resíduos do produto contem estes compostos e devem ser tratados antes de serem descartados.

O novo processo (Figura 21) realizado pela Monsanto faz o uso de catalisador de cobre, que é usado para reduzir a dietilenoamina em DSIDA, intermediário do Roundop. O processo elimina totalmente o uso de amônia, formaldeído e cianeto de hidrogênio, não gera resíduos e não necessita de muitas etapas de purificação (DOBLE; KRUTHIVENTI, 2007).

Fonte: DOBLE, KRUTHIVENTI (2007). Figura 21 - Síntese de DSIDA.

Outro método catalítico de alto potencial que vem sendo utilizado em métodos mais limpos é a Fotocatálise. Neste processo há baixa geração de subprodutos e as reações fotoinduzidas em solvente aquoso têm se mostrado importante ferramenta em potencial para transformações seletivas. Como exemplo de fotocatálise, pode-se citar a descarboxilação do bis-potássio de n- ftalimida de ácido glutâmico em água, com foto irradiação a 380 nm, conforme Figura 22 (PRADO, 2003).

Figura 22 - Descarboxilação de um sal via fotocatálise a 380 nm.

Fonte: PRADO (2003).

Por último, há também o uso da atividade microbiana em processos catalíticos. Processos como oxidação ou hidrogenação, catalisadas por micro- organismos têm sido aplicadas com sucesso em processos químicos com alto grau de seletividade. A 3-cianopiridina (Figura 23) pode ser convertida em vitamina B3 pela Rhodococus rhodochrous e pode ser hidrogenada via ação catalítica da Agrobactreium sp (PRADO, 2003).

Figura 23 - Biocatálise da 3-cianopiridina.

Fonte: PRADO (2003).