Un nuevo paradigma en la Química

30 - Uruguay Ciencia - Noviembre 2007

La Química desarrolló sus basesteóricas y experimentales durante elSiglo XIX y la primera mitad del SigloXX. Los resultados de este desarro-llo tuvieron efectos espectaculares,tanto en el área de la salud humana-durante el siglo XX los nuevosmedicamentos y antibióticos hicieronsubir la expectativa de vida media deunos 40 a unos 75 años-, como enlos más diversos campos de laindustria. La producción eficiente degasolina, el desarrollo de pesticidasy la píldora anticonceptiva son algu-nos ejemplos. Dentro de los logrosmás recientes, afectando todos losaspectos de la actividad humana,están la fabricación de nuevos mate-riales, la preparación de nano-com-ponentes, las fibras ópticas y loscristales líquidos.

Así es que para la segunda mitad del Siglo XX yaestaban sentadas las ideas y conocimientos que le per-mitían a los científicos y técnicos diseñar nuevos com-puestos con propiedades pre-establecidas. Estopermitió la producción cada vez más acelerada de nue-vas sustancias, lo que inicialmente se hizo con muypoca consideración de los efectos colaterales que supreparación, o utilización, podían tener en los ambien-tes que no eran el blanco específico para los quehabían sido pensados. Los químicos intentaban resol-ver los problemas técnicos y sociales inmediatos sinpensar en los “riesgos colaterales”.

Evitar efectos negativos

Desde fines de los años 50 y principios de los 60, losaspectos medioambientales negativos de algunas tec-nologías y productos químicos comenzaron a hacerse

tan obvios que en todo el mundo los gobiernos comen-zaron a redactar y aplicar reglamentos y leyes que bus-caban controlar la situación. Al mismo tiempo,tímidamente en un principio, pero muy intensamentedesde los 90, grupos de químicos en Europa y en Nor-teamérica también tomaron conciencia de la situación ycomenzaron a desarrollar ideas tendientes a establecerlas bases de nuevos métodos de trabajo y producciónque fueran benignos con el medio ambiente. Actual-mente hay un creciente esfuerzo mundial en este sen-tido, y se ha propuesto el nombre de “Química Verde” ala actividad resultante.

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada(IUPAC) define a la Química Verde como “la invención,el diseño y el uso de productos y procesos químicosque reduzcan o eliminen el uso y la generación de sus-tancias peligrosas”. La Química Verde no supone la eli-minación inmediata y total de las sustanciasnormalmente utilizadas en la vida moderna y que son

A pesar de los grandes beneficios a la humanidad que ha traído el gran desarrollode la química desde fines del siglo XIX, hace unos 50 años los efectos negativossobre el medioambiente de algunas tecnologías y productos de la misma comen-zaron a hacerse obvios. Las reacciones dentro de la propia comunidad de los quí-micos para contrarrestar y evitar estos efectos han ido en aumento, constituyendolo que ahora se llama Química Verde.

Por Patrick Moyna (*)

Química verdeo sustentable

Dra. Pilar Menéndez en el Laboratorio de Biotransformaciones de la Facultad de Química.

Uruguay Ciencia - Noviembre 2007 - 31

tóxicas en ciertos momentos y lugares, sino que implicaun proceso de mejoras progresivas y continuas, con laesperanza que se avance hacia un sistema sustentable.

Como, debido a los conocimientos obtenidos, antesde entrar en el laboratorio se puede saber si un pro-ducto que se va a preparar por primera vez va a tenero no color, si va a ser sólido o líquido, si será ácido oneutro, si va a poder ser degradado por microorganis-mos o no, la Química Verde pretende que las nuevasmoléculas se diseñen para que, además, sean inocuaspara el medio y el ser humano, que se degraden natu-ralmente en plazos razonables y que se transformen enderivados que tampoco sean nocivos.

En Uruguay también

En la Facultad de Química de la Universidad de laRepública (UdelaR) se está comenzando a trabajar enel contexto de estas ideas. Hay varios grupos de trabajoque están aplicando las 3Rs (Reducción / Reutilización/ Recuperación) al manejo de materiales y productosdentro de la propia Facultad, mejorando la gestiónambiental en los cursos prácticos y en la administra-ción. En el laboratorio de Química Analítica Medioam-biental, se están poniendo a punto nuevos métodospara estudiar la contaminación al ambiente reduciendolas cantidades de reactivos necesarias en cada medi-ción, por ende disminuyendo el impacto ambiental delos propios métodos de control, que son inevitables.Otros grupos están estudiando reacciones químicas utili-zando catalizadores o enzimas para disminuir los resi-duos o mejorando las biotransformaciones de productosorgánicos para no utilizar reactivos nocivos.

Varios proyectos están vinculados a estudios sobredisolventes, ya que su uso es inevitable en muchasreacciones químicas y procesos industriales como en laproducción de pinturas, agroquímicos, textiles, tintas,aceites comestibles, etc. Los disolventes pueden serusados durante la preparación o ser componentes delproducto final. Los disolventes orgánicos volátiles(VOCs), como ser los derivados del petróleo, la acetona

o el cloroformo, son una de las principales fuentes decontaminación ambiental antropogénica, así que eltema de su sustitución por solventes no contaminanteses de enorme importancia, tanto desde el punto de vistaindustrial como del ambiental.

Los proyectos en desarrollo incluyen el estudio quellevan a cabo los químicos del Laboratorio de Grasas yAceites sobre los fluidos supercríticos -gases que porencima de cierta temperatura y a altas presiones secomportan como líquidos, lo que los hace útiles parahacer extracciones con buenos rendimientos (1)-, y elque llevan adelante docentes del Departamento de Tec-nología Química sobre los líquidos iónicos, sales orgá-nicas que funden a temperatura ambiente y que tienenpropiedades físicas y químicas peculiares (2).

Solventes seguros

En la Unión Europea, en 2006, se creó un consorciocientífico (3) SOLVSAFE, que intenta desarrollar nue-vos disolventes menos contaminantes dentro de laorientación de la Química Verde. Las propuestas deSOLVSAFE son, en una primera etapa, lograr reduccio-nes del 50% en los volúmenes de disolventes utilizadosen procesos industriales y del 70% de las emisionesindustriales de disolventes volátiles a la atmósfera,aprovechar el anhídrido carbónico como base de nue-vos disolventes reduciendo su concentración en laatmósfera, la utilización de un 40% de productos decarácter renovable en la preparación de disolventes y lamodificación de productos y procesos para utilizar aguacomo disolvente, en lugar de VOCs.

Dos equipos de investigación de la Facultad de Quí-mica fueron invitados a integrarse a dicho consorcio.Uno de ellos, dirigido por las Dras. Pilar Menéndez ySonia Rodríguez, está colaborando en la biosíntesis dedisolventes a partir de la glicerina, producto que se ori-gina en la preparación industrial de biodiesel. Para estoestán buscando microorganismos que contengan lipa-sas, un tipo específico de enzimas, que tanto hidrolizana las grasas y a los aceites (4), como catalizan el pro-

Un nuevo paradigma en la Química

32 - Uruguay Ciencia - Noviembre 2007

ceso inverso, uniendo sus constituyentes, los ácidosgrasos y la glicerina, para formar otros lípidos.

Como la meta es lograr nuevos disolventes, el mayorénfasis está en encontrar lipasas que tengan sumáximo de actividad cuando los ácidos grasos son debajo peso molecular (como el butírico), ya que que losproductos resultantes serán líquidos. Como fuente delipasas se están estudiando microorganismos dediverso origen, en especial aislando aquellos que vivenasociados a frutas y semillas de plantas que producenlípidos de ese tipo.

El otro grupo, dirigido por el Dr. Iván Jachmanián,está estudiando cómo mejorar las propiedades de cier-tas grasas duras y de poco valor, como la grasa vacuna,haciéndolas reaccionar con aceites vegetales en pre-sencia de las mismas enzimas, las lipasas. Las condi-ciones de reacción son más suaves, los ácidos grasosde la grasa y del aceite usados se intercambian obte-niéndose un producto final más blando. Utilizando estametodología se pueden hacer combinaciones de grasasy aceites iniciales que permitan obtener productos conlas propiedades deseadas para su uso final en diversosalimentos. Los investigadores han llegado a la conclu-sión que el solvente más adecuado para estas reaccio-nes es el propio aceite, lo que hace la reaccióncompletamente limpia.

La Química Verde intenta contribuir a resolver uno delos dilemas más complejos que tiene la Humanidad enel Siglo XXI: cómo ofrecer una vida de calidad a unapoblación mundial creciente, y lograr que el procesosea sustentable al mismo tiempo, sin afectar el medioambiente en forma irreversible; es decir cómo cumplircon el presente sin hipotecar el futuro. A nivel interna-cional hay muchos laboratorios atacando estos proble-mas por muchos caminos. Por ser un dilema universal,también a nivel nacional hay grupos científicos traba-jando en la misma dirección.

NOTAS:(1) Los fluídos supercríticos (FSC) son gases que por encima delpunto crítico -máxima temperatura en la que pueden coexistir líqui-do y gas- pasan a comportarse como líquidos. Esto significa quemanteniendo las propiedades gaseosas, de fácil difusión y movili-dad, logran tener la capacidad de los líquidos de disolver cantida-des importantes de otras substancias. El anhídrido carbónicopuede utilizarse como FSC, y se puede utilizar para extraer mate-rias grasas. Una vez completada la extracción se baja la presión,el anhídrido carbónico vuelve a ser un gas, y se deja escapar. Cadavez que se comienza un ciclo, una cierta cantidad de gas carbóni-co pasa a FSC y la misma cantidad se recupera al final, por lo queel proceso es de contaminación nula. En EUA ya hay una cadenade casas de limpieza en seco que utilizan el proceso, evitando eluso de disolventes clorados altamente tóxicos y contaminantes.(2) Los líquidos iónicos (LI), son sales, generalmente orgánicas,que tienen un punto de fusión cercano a la temperatura ambien-te. Estos líquidos están formados únicamente por iones, lo queles da propiedades muy especiales como disolventes -los líqui-dos comunes están formados por moléculas no ionizadas o poralgunas moléculas ionizadas en una gran masa de moléculassin ionizar-. Hay muchos LIs posibles, lo que permite ensayarhasta encontrar aquellos que disuelvan específicamente ciertotipo de compuesto.(3) Un consorcio es un contrato de organización y de colabora-ción, entre dos o más personas o instituciones que se vinculantemporariamente para la realización de una obra, o para prestarun servicio, o para realizar el suministro de ciertos bienes. En elcontrato se regula la actividad de cada parte. Un consorcio per-mite lograr concentración empresaria sin caer en las situacionesde control que impone la concentración societaria como en elcaso de la participación de una sociedad en otra, la vinculaciónde sociedades o fusión(4) Las grasas y aceites están formadas por la unión de tres áci-dos grasos a una molécula de glicerol (también llamada gliceri-na). Las moléculas resultantes son denominadas triglicéridos. Silos triglicéridos son sólidos a temperatura ambiente al productolo identificaremos como una grasa, y si son líquidos el productoserá un aceite.Los ácidos grasos son ácidos orgánicos con cadenas linealesde varios Carbonos unidos. Pueden ser saturados o insatura-dos, dependiendo que tengan solamente uniones simples o quetengan alguna(s) uniones multiples entre los Carbonos. Los áci-dos saturados más comúnes son el Acético, Butírico, Capróico,Caprílico, Cáprico, Laurico, Miristico, Palmítico, y el Estearico.Los ácidos grasos insaturados más conocidos son el Oleico,Linoléico, Araquidónico, así como los llamados Omega 3. En eluso cotidiano los encontramos en los aceites de origen vegetal,en las grasas animales, en algunos productos vegetales comolas almendras, las nueces, el chocolate, la palta y el coco. enpescados y mariscos (los Omega 3), entre otros. El punto de fusión de un lípido depende de la cantidad de car-bonos de los ácidos grasos y las instauraciones que tengan losque forman sus triglicéridos. A mayor cantidad de carbonos,mayor su punto de fusión, y a mayor presencia de ácidos grasosinsaturados, menor. En lípidos que tengan la misma cantidad decarbonos en sus triglicéridos, los que tienen muchos ácidos gra-sos insaturados son líquidos (aceites), y los que tienen muchossaturados son sólidos (grasas).

(*) Patrick Moyna es Director del Departamento de TecnologíaQuímica de la Facultad de Química y trabaja activamente entemas de Química Verde.

Dr. Iván Jachmanián en el Laboratorio de Grasas y Aceitesde la Facultad de Química.