QUÍMICA SUSTENTÁVEL. Criação, manufatura e uso de produtos e processos químicos eficientes e efetivos, que sejam mais ambientalmente benignos.

QUÍMICA SUSTENTÁVEL

Criação, manufatura e uso de produtos e processos químicos eficientes e efetivos, que sejam mais ambientalmente benignos.

Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento – OECD (1998) www.oecd.org/

Química Limpa Prevenção da

poluição

Produção limpa

Química ecoeficiente

POLUENTES: NOVA ABORDAGEM

QUÍMICA VERDE OU GREEN CHEMISTRY

Pode ser definida como a utilização de técnicas químicas e metodologias

que reduzem ou eliminam o uso solventes, reagentes ou a geração de

produtos e sub-produtos que são nocivos à saúde humana ou ao

ambiente.

EVOLUÇÃO DA QUÍMICA VERDE

1991 – a agência ambiental norte americana EPA (Environmental Protection

Agency), lançou seu programa “Rotas sintéticas alternativas para prevenção da poluição”, caracterizando o nascimento da Química Verde.

1993 – na Itália, foi estabelecido o Consórcio Universitário Química para o

Ambiente (INCA), com o intuito de reunir grupos de pesquisa em reações, produtos e processos mais limpos. Anualmente o INCA promove sua Escola Internacional de Verão em Química Verde que tem contado com a participação de jovens químicos de 20 países diferentes.

1995 – o governo dos EUA instituiu o programa de premiação “The Presidential Green Chemistry Challenge” (PGCC) com o objetivo de premiar inovações tecnológicas que possam vir a ser implementadas na indústria para a redução da produção de resíduos na fonte. Anualmente são premiados trabalhos em cinco categorias: acadêmico, pequenos negócios, rotas sintéticas alternativas, condições alternativas de reação e desenho de produtos mais seguros.

1997 – foi criado o “Green Chemistry Institute” (GCI), que desde 2001 atua em parceria com a American Chemistry Society (ACS).

1997 – em setembro a IUPAC (Internation Union for Pure and Applied Chemistry)

organizou sua primeira conferência internacional em “Green Chemistry”, em Veneza.

2001 – em julho a IUPAC aprovou a criação de um sub-comitê interdivisional de

Química Verde e em setembro do mesmo ano foi realizado Workshop sobre Educação em Green Chemistry.

2001 – ocorreu a Conferência CHEMRAWN XIV (The Chemical Research Applied

to World Needs), na Universidade do Colorado, contando com mais de 140 trabalhos relacionados ao tema.

A literatura relativa à Química Verde vem se expandindo através de livros, periódicos e publicações diretas na Internet.

Os produtos ou processos da Química Verde podem ser divididos em três categorias:

•O uso de fontes renováveis ou recicladas de matéria-prima;

•Aumento da eficiência de energia, ou a utilização de menos energia para produzir a mesma ou maior quantidade do produto;

•Evitar o uso de substâncias persistentes, biocumulativas e tóxicas.

Os primeiros trabalhos em Química Verde foram definindo alguns princípios básicos que precisam ser perseguidos quando se pretende implementar esta ação em uma indústria ou instituição de ensino e/ou pesquisa na área de Química.

QUÍMICA VERDE NO BRASIL

Pouco desenvolvida

Universidade

Perfil industrial

Incentivo ($)

Legislação

ambiental

1981: Política Nacional Meio Ambiente
1989: IBAMA e FNMA

1998: Crimes Ambientais R$ 1,2 bilhões em multas não-pagas

COMO DESENVOLVER A QUÍMICA VERDE?

Química verde

Educação

Pesquisa

_{Química verde}

Incentivo

(Academia)

(Governo)

Tecnologia

(Indústria)

EDUCAÇÃO

MUDANÇA NO MODO DE PENSAR

Química Verde

=

_{Novo modo de pensar}

“Filosofia”

Desafios:

•Divulgação / Ensino

•Aceitação

DIVULGAÇÃO E ENSINO

•escolas de verão, mini cursos, etc;

•cursos regulares na graduação e pós-graduação;

•permeação nas demais disciplinas (lab);

ACEITAÇÃO E APLICAÇÃO

•atividades de pesquisa;

•empresas (via aluno egresso);

•pesquisa específica na área.

O QUÍMICO E O MEIO AMBIENTE

Ciências Ambientais Tecnologia

NO DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - UFJF

Disciplinas regulares na graduação (química do meio

ambiente e química ambiental)

Pesquisa na área

Gerenciamento de resíduos

Coleta seletiva

ACADEMIA

Diversos grupos em universidades e centros de pesquisa, atuando em:

Catálise e Biocatálise

Solventes Alternativos

Materiais Renováveis

Processos

O que é a Química Verde?

Como empregá-la?

Como empregá-la?

QUÍMICA VERDE

PROCESSOS QUÍMICOS

12 PRINCÍPIOS DA QUÍMICA VERDE

1 – PREVENÇÃO: Evitar a produção do resíduo é melhor do que tratá-lo ou limpá-lo

após sua geração.

♦É sem dúvida a maneira mais eficiente de minimizar o impacto ambiental de uma atividade industrial.

♦Além disso, gasta-se muito dinheiro no tratamento de resíduos sólidos e líquidos, especialmente devido à legislação rigorosa que exige baixos níveis de emissão.

2 – ECONOMIA DE ÁTOMOS: Deve-se procurar desenhar metodologias sintéticas que 2 – ECONOMIA DE ÁTOMOS: Deve-se procurar desenhar metodologias sintéticas que

possam maximizar a incorporação de todos os materiais de partida no produto final. ♦Também chamada de eficiência atômica é calculada dividindo-se o peso molecular do produto desejado pelo obtido da soma de todas as substâncias na(s) equação(ões) estequiométrica(s) envolvida(s) no processo.

♦Constitui um dos pilares de sustentação dos fundamentos da Química Verde e foi introduzido por Trost em 1991, ele foi um dos premiados pelo governo americano (PGCC) , em 1998, categoria acadêmico.

Reação de substituição nucleofílica para preparação do N-bromobutano a partir do n-butanol.

EXEMPLO

Um procedimento típico para esta preparação envolve a dissolução de 30 g de KBr (2) em 50 mL de água, seguida pela adição de 25 mL (46 g) de H₂SO₄ concentrado. Após filtração para remoção do KHSO₄ (que é descartado), o filtrado é transferido para um recipiente onde se adicionam 14 mL de n-butanol (1) e 15 mL (27,6 g) de H₂SO₄ concentrado (3). Se considerarmos que foram isolados 25,86 g de n-bromobutano podemos aferir que o rendimento em porcentagem foi 81%, um bom rendimento em síntese orgânica.

Entretanto, se olharmos a reação acima, vemos que um total de 120,88 g de reagentes (17,28 g de n-butanol + 30 g de KBr + 73,6 g de H₂SO₄) foram utilizados e que, na melhor das hipóteses (rendimento de 100%), a reação poderia fornecer apenas 31,93 g do produto desejado (n-bromobutano).

Rend.Porcentagem = (rendimento da reação / rendimento teórico) X 100 = (25,86 g / 31,93 g) X 100 = 81%

%EA = porcentagem de eficiência atômica

%EA teo = (rendimento da teórico / massa de todos os reagentes) X 100 = (31,93 g / 120,88 g) = 26,4%

%EA exp = (rendimento da reação / massa de todos os reagentes) X 100 = (25,86 g / 120,88 g) = 21,4%

Quim. Nova, Vol. 26, No. 1, 123-129, 2003

Isto significa dizer que, do ponto de vista de aproveitamento de reagentes, esta reação é muito ruim, pois a maior parte dos átomos empregados na reação não é incorporada no produto final.

Fator E - é um outro conceito introduzido para descrever a eficiência de uma

reação de maneira semelhante à economia de átomos. Ele é mais utilizado mais em indústrias e considera a quantidade de resíduo gerado para cada quilograma de produto obtido. Por resíduo, aqui, considera-se tudo o que é produzido além do produto desejado ao longo do processo de fabricação.

3 – SÍNTESES COM COMPOSTOS DE MENOR TOXICIDADE: Sempre que

praticável, a síntese de um produto químico deve utilizar e gerar substâncias que possuam pouca ou nenhuma toxicidade à saúde humana e ao ambiente.

4 – DESEMVOLVIMENTO DE COMPOSTOS SEGUROS: Os produtos químicos

devem ser desenhados de tal modo que realizem a função desejada e ao mesmo tempo não sejam tóxicos.

♦Dois exemplos ilustrativos, agraciados com o prêmio “PGCC”, envolvem o ♦Dois exemplos ilustrativos, agraciados com o prêmio “PGCC”, envolvem o desenvolvimento de produtos menos tóxicos mas, possuem a mesma eficácia dos seus análogos no mercado.

♦Inseticida CONFIRMTM e o anti-limo SEA-NINE®, ambos produzidos pela multinacional Rohm and Haas.

CONFIRM™ família das diacil-hidrazinas, controle das lagartas lepdópteras que

afetam diversas lavouras no mundo.

SEA-NINE® _{um antilimo para emprego na proteção de cascos de navio, que}

substitui o óxido de tributilestanho, considerado mutagênico e persistente (meia vida superior a 6 meses na água do mar)

5 – DIMINUIÇÃO DE SOLVENTES E AUXILIARES: O uso de substâncias

auxiliares (solventes, agentes de separação, secantes, etc.) precisa sempre que possível, tornar-se desnecessário e, quando utilizadas, estas substâncias devem ser inócuas.

♦Embora a reação de preparação do n-bromobutano utiliza água como solvente, a extração do produto após destilação do bruto contido no balão reacional irá requerer 15 mL de HCl concentrado, 20 mL de solução de Na₂CO₃ a 10%, 50 mL requerer 15 mL de HCl concentrado, 20 mL de solução de Na₂CO₃ a 10%, 50 mL de água e um agente secante anidro (CaCl₂, por exemplo).

♦Grande esforço tem sido feito no sentido de substituir solventes orgânicos convencionais por solventes verdes, como fluido supercrítico, líquidos iônicos à temperatura ambiente, água próxima do estado super crítico possui características semelhantes à da acetona, em termos da capacidade de dissolução e solvatação.

6 – BUSCA PELA EFICIÊNCIA DE ENERGIA: A utilização de energia pelos

processos químicos precisa ser reconhecida pelos seus impactos ambientais e econômicos e deve ser minimizada. Se possível, os processos químicos devem ser conduzidos à temperatura e pressão ambientes.

7 – USO DE SUBSTÂNCIAS RECICLADAS: Sempre que técnica é

economicamente viável, a utilização de matérias-primas renováveis deve ser escolhida em detrimento de fontes não renováveis.

escolhida em detrimento de fontes não renováveis.

♦Materiais derivados de plantas e outras fontes biológicas renováveis devem ser utilizados sempre que possível.

♦O recente avanço pelo interesse no biodiesel pode ser considerado como um ganho ao ambiente, pois muitos geradores de energia hoje movidos a óleo derivado de petróleo poderão ser substituídos por este combustível verde.

8 – REDUÇÃO DE DERIVATIVOS: A derivatização desnecessária (uso de grupos

bloqueadores, proteção/desproteção, modificação temporária por métodos físicos e químicos) deve ser minimizada ou, se possível, evitada, porque estas etapas requerem reagentes adicionais e podem gerar resíduos.

♦Idealmente uma síntese deve levar à molécula desejada a partir de materiais de partida de baixo custo, facilmente obtidos, de fonte renovável, em uma única etapa, simples e ambientalmente aceitável, que se processe rapidamente e em rendimento quantitativo. Além disso o produto precisa ser separado da mistura da reação com 100% de pureza.

9 – CATÁLISE: Reagentes catalíticos (tão seletivos quanto possível) são melhores que

reagentes estequiométricos.

♦Na literatura, há muitos exemplos descrevendo as vantagens de substituir as metodologias clássicas de obtenção de fármacos, ou outras matérias-primas para indústria química, por técnicas catalíticas.

♦Em geral reações que utilizam catalisadores heterogêneos são mais limpas, mais seletivas e, como há possibilidade de reciclar ou reutilizar o catalisador por várias vezes, há, invariavelmente, vantagens econômicas.

EXEMPLO

• O ácido adípico é um produto importante, utilizado na fabricação do nylon-6,6, presente em fibras de carpetes, tapeçaria, reforço de pneus, partes de automóveis, etc. a produção mundial gira em torno de 2,2 milhões de toneladas e utiliza em geral, HNO₃ como agente oxidante em uma das suas etapas. Estes processos industriais são responsáveis pelo lançamento na atmosfera de 5 a 8% de todo N₂O antropogênico.

•Thomas e Noyori – prêmio Nobel 2001 – eliminaram a utilização do HNO3,

utilizaram a catálise heterogênea e ar como agente oxidante, além de empregarem também condições de catálise de transferência de fase e água oxigenada aquosa como agente oxidante. Em ambos os casos, a necessidade de solventes e produção de resíduos tóxicos foi eliminada.

• O único senão para estas sínteses propostas é o fato dos compostos de partida não serem obtidos à partir de fontes renováveis.

HNO₃ corrosivo Altas temperaturas Várias etapas Crômio Emissão de poluentes Temperatura moderada Única etapa

Pequena quantidade de catalisador Oxidante menos agressivo

10 – DESENVOLVIMENTO DE COMPOSTOS PARA DEGRADAÇÃO: Os produtos

químicos precisam ser desenhados de tal modo que, ao final de sua função, se fragmentem em produtos de degradação inócuos e não persistam no ambiente.

11 – ANÁLISE EM TEMPO REAL PARA A PREVENÇÃO DA POLUIÇÃO: Será

necessário o desenvolvimento futuro de metodologias analíticas que viabilizem o monitoramento e controle dentro do processo, em tempo real, antes da formação de substâncias nocivas.

de substâncias nocivas.

12 – QUÍMICA SEGURA PARA PREVENÇÃO DE ACIDENTES: As substâncias,

bem como a maneira como pela qual uma substância é utilizada em um processo químico, devem ser escolhidas a fim de minimizar o potencial para acidentes químicos, incluindo vazamentos, explosões e incêndios.

ONDE APRENDER E/OU TRABALHAR

COM QUÍMICA VERDE

•Área de pesquisa que te agradar

•Ensino

•Ensino

-No Brasil o investimento no desenvolvimento e implantação de tecnologias utilizando Química Verde ainda é insipiente.

-Alguma Instituições de ensino e pesquisa já têm programas bem estruturados para gerenciamento de seus resíduos.

-É preciso que se discuta criação de linhas de investimento para

CONCLUSÕES

-É preciso que se discuta criação de linhas de investimento para desenvolvimento de tecnologias limpas e implementação de redução de fontes tanto no segmento industrial como acadêmico.

-Um profissional da química formado dentro dos princípios da Química Verde estará muito mais preparado para o desafio que a indústria e o meio acadêmico passaram a impor nos últimos anos: a busca pela Química Auto-sustentável.

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“GREEN CHEMISTRY” – OS 12 PRINCÍPIOS DA QUÍMICA VERDE E SUA INSERÇÃO NAS ATIVIDADES DE ENSINO E PESQUISA - Quim. Nova, Vol. 26,

No. 1, 123-129, 2003

QUÍMICA VERDE, OS DESAFIOS DA QUÍMICA DO NOVO MILÊNIO - Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E QUÍMICA VERDE - Quim. Nova, Vol.