Α. Ι. Ζουμπούλης Τομέας Χημικής Τεχνολογίας & Βιομηχανικής Χημείας, Τμήμα Χημείας Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
2 « Το πρόβλημα είναι ότι η αναστροφή της πορείας προς την καταστροφή του περιβάλλοντος προϋποθέτει: τολμηρές αποφάσεις, παγκόσμια συνεργασία και ατομική υπευθυνότητα ακόμη περισσότερο προϋποθέτει αλλαγή νοοτροπίας και αξιών. » Γιώργος Γραμματικάκης, από το βιβλίο του ΄΄Η κόμη της Βερονίκης’’ Εισαγωγή
Η Πράσινη Χημεία & Η Πράσινη Αντίληψη ΟΡΙΣΜΟΣ «Πράσινη Χημεία είναι η Χημεία που χρησιμοποιεί ένα σύνολο αρχών με την εφαρμογή των οποίων μειώνεται, ή εξαλείφεται η χρήση, ή η δημιουργία επικινδύνων ουσιών στις διεργασίες σχεδιασμού, παραγωγής και εφαρμογής των χημικών προϊόντων» (Paul Anastas, 1990)
Συνέδριο Πράσινης Χημείας, Θεσ/κη, Σεπτέμβριος 2009 Green Chemistry = Responsibility Why there is no ‘Green Geology’ or ‘Green Astronomy’? Because chemistry is the science that introduces new substances into the world and we have a responsibility for their impact in the world.” - Ronald Breslow
Η Πράσινη Χημεία είναι Χημεία Ελάττωσης
Εργαλεία της Πράσινης Χημείας Τα κυριότερα μέσα που επιστρατεύει η Πράσινη Χημεία για την επίτευξη των στόχων της είναι: 1. Εναλλακτικές πρώτες ύλες 2. Εναλλακτικά αντιδραστήρια 3. Εναλλακτικοί διαλύτες 4. Εναλλακτικό προϊόν /μόριο-στόχος 5. Αναλυτική χημεία των διεργασιών 6. Εναλλακτικοί καταλύτες 7. Εκτίμηση κύκλου ζωής
Επιλεγμένες Εφαρμογές της Πράσινης Χημείας Βιοντίζελ, Βιοαιθανόλη Βιοαποικοδομούμενα πολυμερή, πλαστικά αμύλου Πράσινες τεχνολογίες αντιρύπανσης (Τσερνομπιλ) Χρώματα, βαφές υδατοδιαλυτές Φάρμακα Φυτοφάρμακα Τρόφιμα (επεξεργασία τροφίμων)
Οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας Κάθε πολίτης πρέπει να γνωρίζει την έννοια της Βιωσιμότητας, καθώς και τις 12 Αρχές της Πράσινης Χημείας
Βιωσιμότητα Ως βιωσιμότητα ορίζεται η ικανοποίηση των αναγκών μας, χωρίς να διακυβεύεται η ευζωία των μελλοντικών γενεών.
Πρόληψη 1.Πρόληψη Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων 2.Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων Λιγότερο επικίνδυνες χημικές συνθέσεις 3.Λιγότερο επικίνδυνες χημικές συνθέσεις 4.Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων 5.Ασφαλέστεροι διαλύτες και βοηθητικά μέσα 6.Σχεδιασμός για ενεργειακή αποτελεσματικότητα 7.Χρήση ανανεώσιμων και μη τοξικών πρώτων υλών 8.Μείωση ενδιαμέσων παραγώγων 9.Κατάλυση 10.Σχεδιασμός αποικοδομήσιμων και/ή ανακυκλώσιμων προϊόντων 11.Ανάλυση πραγματικού χρόνου για πρόληψη της ρύπανσης 12.Ασφαλέστερη χημεία για την πρόληψη ατυχημάτων
1.Πρόληψη Είναι προτιμότερο να προλαμβάνεις τη δημιουργία αποβλήτων, από το να προσπαθείς να επεξεργαστείς, ή να καθαρίσεις τα απόβλητα αφού δημιουργηθούν Οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας
Πράσινη Χημεία «Προλαμβάνω την ρύπανση στην πηγή και δεν την αντιμετωπίζω μετά την δημιουργία της» Είναι μία νέα Φιλοσοφία της Χημείας που βασίζεται στην Πρόληψη Και αποτελεί μέρος της «Νέας Περιβαλλοντικής Ηθικής»
Η Πολιτική του Γραφείου Περιβαλλοντικής Προστασίας των Η.Π.Α. (ΕΡΑ) Ελέγχω και επιβάλλω κυρώσεις ( ) Πρόληψη της Ρύπανσης (1995 έως σήμερα)
Page 14 Πρόληψη αντί (εκ των υστέρων) κατεργασία 1. Πρόληψη αντί (εκ των υστέρων) κατεργασία Οι τεχνολόγοι θα πρέπει να γνωρίζουν, ότι είναι προτιμότερο η πρόληψη δημιουργίας αποβλήτων, αντί να τείνουν στην κατεργασία και καθαρισμό μετά τον σχηματισμό του αποβλήτου. Το 1990 υπερψηφίστηκε από το Κογκρέσο των Ηνωμένων Πολιτειών ο Νόμος για την Πρόληψη της Ρύπανσης (Pollution Prevention Act, PPa). O PPa διαμόρφωσε για πρώτη φορά στις ΗΠΑ μια εθνική περιβαλλοντική πολιτική, σύμφωνα με την οποία πρωταρχική επιλογή οφείλει να είναι η αποτροπή της δημιουργίας αποβλήτων. Η ρύπανση είναι κάτι που μπορεί να αποφευχθεί με τη χρήση σειράς μεθόδων και τεχνικών. Έτσι, αποφεύγεται η ανάγκη για περαιτέρω κατεργασία, ή έλεγχο των χημικών ουσιών. Έχουν αναπτυχθεί πολλοί τρόποι αποτροπής της ρύπανσης, όπως είναι οι έλεγχοι κατά την παραγωγική διαδικασία, οι οποίοι μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τις ποσότητες μιας χημικής ουσίας που θα κατέληγε στα απόβλητα. Ο έλεγχος και οι τεχνικές διαχείρισης αποθεμάτων, με στόχο να αντιμετωπιστούν προβλήματα, όπως η άσκοπη εξάτμιση των διαλυτών, αποδείχθηκαν ιδιαιτέρως αποτελεσματικά όσον αφορά τη μείωση του συνολικού όγκου των χημικών ουσιών που καταλήγουν (σαν απόβλητα) στους (ειδικούς) χώρους απόθεσης (διάθεσης).
Page 15
Page 16
Page 17 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ
Page 18 1.Μείωση αποβλήτων στην πηγή παραγωγής τους 2.Ανακύκλωση στην ίδια παραγωγική διαδικασία 3.Ανακύκλωση μέσα στη ίδια βιομηχανία 4.Ανακύκλωση εκτός της βιομηχανίας παραγωγής τους 5.Επεξεργασία των αποβλήτων 6.Ασφαλής διάθεση σε κατάλληλους χώρους (π.χ. Βιομηχανικών αποβλήτων ή χημικής ταφής) 7.Απευθείας απόθεση/απελευθέρωση στο περιβάλλον (υπό όρους) (Οδηγία IPPC) ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ (κατά σειρά προτεραιότητας)
Page 19
Page 20
Page 21
Page 22
Page 23
Page 24 Περιβαλλοντική Πολιτική ΕΕ ⇝ Κυρώσεις στις εταιρίες που παραβαίνουν τους περιβαλλοντικούς νόμους ⇝ Καθιέρωση φορέων επιβράβευσης της ορθής περιβαλλοντικής συμπεριφοράς των εταιριών ⇝ Ενίσχυση της περιβαλλοντικής συνείδησης των καταναλωτών ⇝ Κρατικές επιδοτήσεις ⇝ Διασφάλιση των ανανεώσιμων και μη-ανανεώσιμων φυσικών πόρων ⇝ Διαχείριση των αποβλήτων
Page 25 2.Οικονομία Ατόμου Οι μέθοδοι σύνθεσης των χημικών ουσιών πρέπει να σχεδιάζονται έτσι, ώστε τα περισσότερα (επιθυμητό είναι βέβαια όλα) από τα άτομα των ουσιών που χρησιμοποιούνται στη σχετική αντίδραση, να ενσωματώνονται στο τελικό προϊόν CaCO 3 Δ CaO + CO 2, κακή οικονομία ατόμου C + O 2 CO 2, καλή οικονομία ατόμου Οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας
Page 26 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων Οι μέθοδοι σύνθεσης πρέπει να σχεδιάζονται, έτσι ώστε όλα τα άτομα των αντιδρώντων, ή όσον το δυνατόν περισσότερα να συμμετέχουν στο τελικό προϊόν ( Μείωση αποβλήτων ) Κριτήρια αποδοτικότητας μιας αντίδρασης (reaction efficiency) Απόδοση αντίδρασης (yield of reaction) Οικονομία ατόμου (atom economy) Χρήση ατόμου (atom utilization) Εκλεκτικότητα (selectivity) Παράγοντας Ε (E factor)
Page 27
Page 28
Page 29
Page 30
Page 31 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Απόδοση Αντίδρασης 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Απόδοση Αντίδρασης Πραγματική απόδοση προϊόντος Η ποσότητα του προϊόντος που παράγεται τελικά Θεωρητική απόδοση προϊόντος Η ποσότητα του προϊόντος που θα παραγόταν, αν αντιδρούσε πλήρως το περιοριστικό αντιδραστήριο Στοιχειομετρικές ποσότητες Η αναλογία mol των αντιδρώντων είναι ίση με την αναλογία των συντελεστών τους στη χημική αντίδραση (στοιχειομετρική αναλογία) Περιοριστικό αντιδραστήριο Το αντιδρών, του οποίου η ποσότητα είναι μικρότερη από αυτήν, που προβλέπεται από τη στοιχειομετρική αναλογία
Page 32 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Απόδοση Αντίδρασης Απόδοση Οξείδωσης κυκλοεξανόλης σε κυκλοεξανόνη
Page 33 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Οικονομία Ατόμου 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Οικονομία Ατόμου Δεν απαιτεί τη γνώση των πραγματικών ποσοτήτων των αντιδρώντων Δεν προϋποθέτει την πραγματοποίηση της αντίδρασης Έχει ως προϋποθέσεις την 100% απόδοση της αντίδρασης τη στοιχειομετρική αναλογία των αντιδρώντων Στηρίζεται στη στοιχειομετρία της αντίδρασης
Page 34 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Οικονομία Ατόμου 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Οικονομία Ατόμου Οικονομία Ατόμου της οξείδωσης κυκλοεξανόλης σε κυκλοεξανόνη
Page 35 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Πειραματική Οικονομία Ατόμου 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Πειραματική Οικονομία Ατόμου Απαιτεί τη γνώση των πραγματικών ποσοτήτων των αντιδρώντων Δεν προϋποθέτει την πραγματοποίηση της αντίδρασης Έχει ως προϋποθέσεις την 100% απόδοση της αντίδρασης Στηρίζεται στη στοιχειομετρία της αντίδρασης
Page 36 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων (7) – % Πειραματική Οικονομία Ατόμου 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων (7) – % Πειραματική Οικονομία Ατόμου Πειραματική Οικονομία Ατόμου της οξείδωσης κυκλοεξανόλης σε κυκλοεξανόνη
Page 37 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Απόδοση x Πειραματική Οικονομία Ατόμου (%Α x ΠΟΑ) 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – % Απόδοση x Πειραματική Οικονομία Ατόμου (%Α x ΠΟΑ)
Page 38 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Χημικές αντιδράσεις με υψηλή οικονομία ατόμου 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Χημικές αντιδράσεις με υψηλή οικονομία ατόμου 1.Μεταθέσεις – Αναδιατάξεις 1.Μετάθεση Cope %OA = 100% (3-μεθυλο-1,5-εξαδιενιο 1,5-επταδιενιο) 2.Μετάθεση Claisen %OA = 100% (αλλυλοαρυλαιθέρας ο-αλλυλοφαινόλη) 2.Προσθήκες 2-μεθυλο-1-βουτενιο μεθυλοβουτάνιο 3.Κυκλοπροσθήκες (Diels-Alder) 4.Άλλες προσχεδιασμένες αντιδράσεις
Page 39 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Χημικές αντιδράσεις με χαμηλή οικονομία ατόμου 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Χημικές αντιδράσεις με χαμηλή οικονομία ατόμου 1.Υποκαταστάσεις CH 3 (CH 2 ) 5 CH 2 OH + SOCl 2 CH 3 (CH 2 ) 5 CH 2 Cl + SO 2 + HCl (%OA = 57.2%) 2.Αποσπάσεις CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 Br + (CH 3 ) 3 COK CH 3 CH 2 CH=CH 2 + (CH 3 ) 3 COH +KBr (%OA = 22.5%) 3.΄Αλλες αντιδράσεις
Page 40 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Χρήση Ατόμου & Παράγοντας Ε 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Χρήση Ατόμου & Παράγοντας Ε
Page 41 Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Παράγοντας Ε & ποσότητες αποβλήτων 2. Αποδοτικότερη χρήση των συνθετικών μεθόδων – Παράγοντας Ε & ποσότητες αποβλήτων
Page 42
Page 43
Page 44
Page 45
Page 46
Page 47 Ibuprofen Αναλγητικό BHC σύνθεση
Page 48 3.Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις και χημικές συνθέσεις Ενώσεις και χημικές συνθέσεις Θα πρέπει οι συνθετικές μεθοδολογίες να σχεδιάζονται έτσι, ώστε οι χημικές ουσίες που παράγονται σαν ενδιάμεσα ή τελικά προϊόντα, να είναι ελάχιστα, ή καθόλου τοξικές για το περιβάλλον και την ανθρώπινη ζωή. Οι Δώδεκα Αρχές της Πράσινης Χημείας
Page 49 Τι είναι ΠΡΑΣΙΝΗ ΧΗΜΕΙΑ ; ΠΡΑΣΙΝΗ ΧΗΜΕΙΑ είναι η μελέτη του πώς θα σχεδιάσουμε αειφορικά προϊόντα και πορείες ώστε να μην είναι επιβλαβή για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Τρεις συνιστώσες: κατάλυση, διαλύτες, μη-τοξικά
Page 50 Η ΠΡΑΣΙΝΗ ΧΗΜΕΙΑ σχετίζεται με... αποβλήτων αντιδραστηρίων επικινδυνότητας τοξικών ενέργειας κόστους
Page 51
Page 52 Συνέδριο Πράσινης Χημείας, Θεσ/κη, Σεπτέμβριος 2009 Current Processes New Processes stoichiometric catalytic high temperature low temperature homogeneous catalysts supported catalysts energy saving pollutant oxidants (Cr, Mn, Co salts, ClO -, peracids) clean oxidants (O 2, H 2 O 2 ) environmental friendly oxidants
Page 53 Μέθοδοι οξείδωσης ─ επιλογή οξειδωτικών Με την αντίληψη της πράσινης χημείας, έχει τεράστια σημασία η ανάπτυξη εναλλακτικών μεθόδων οξείδωσης οι οποίες: χρησιμοποιούν πιο καθαρά οξειδωτικά, ελαχιστοποιούν τα απόβλητα, παράγουν μόνον καθαρά, δηλ. ελάχιστα ή καθόλου παραπροϊόντα. έχουν μεγάλη χημική απόδοση (οικονομία ατόμου), και μεγάλη περιεκτικότητα σε περιεχόμενο οξυγόνο
Page 54 Περιεκτικότητα οξειδωτικών σε Ο 2
Page 55 Υπεροξείδιο του υδρογόνου Πράσινη παραγωγή ενός πράσινου αντιδραστηρίου
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Σχεδιασμός συνθετικών μεθόδων, ώστε να χρησιμοποιούν και να δημιουργούν ουσίες που έχουν ελάχιστη, ή καθόλου τοξικότητα στον άνθρωπο και το περιβάλλον. Η 2 Ο πράσινη παραγωγή ενός πράσινου αντιδραστηρίου Το Ο 2 είναι το ιδανικό οξειδωτικό προς χρήση, όμως… Σε πολύ λίγες αντιδράσεις μπορούν να μεταφερθούν στο υπόστρωμα και τα δύο άτομα οξυγόνου (Περιεκτικότητα 100%). Στις πιο πολλές αντιδράσεις έχουμε μεταφορά ενός ατόμου οξυγόνου στο υπόστρωμα και το σχηματισμό ενός μορίου Η 2 Ο (Περιεκτικότητα 50%). Η ενεργοποίηση του Ο 2 ως καταλύτη απαιτεί ακραίες τιμές θερμοκρασίας/πίεσης. Το Η 2 Ο 2 Έχει περιεκτικότητα 47% σε ενεργό οξυγόνο και απελευθερώνει ένα μόριο Η 2 Ο. Δεν χρειάζεται ακραίες συνθήκες για να δράσει Είναι σχετικά φθηνό προϊόν Υπάρχει μεγάλη εμπειρία από τη χρήση του στη βιομηχανία (χαρτί, υφάνσιμες ίνες, απορρυπαντικά)
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Η 2 Ο 2 Βιομηχανική παραγωγή Η 2 Ο 2 Οξείδωση ανθρακινόνης
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Η 2 Ο 2 Βιομηχανική παραγωγή Η 2 Ο 2 Οξείδωση τετραϋδρο-ανθρακινόνης
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Η 2 Ο 2 Βιομηχανική παραγωγή Η 2 Ο 2 Πλεονέκτημα ικανοποιητική απόδοση Μειονεκτήματα: Οι αντιδράσεις υδρογόνωσης και οξείδωσης δεν παρουσιάζουν γενικά μεγάλη αποδοτικότητα Επιρύπανση του Η 2 Ο 2 από τον οργανικό διαλύτη κατά την ανάκτηση με υγρή εκχύλιση Βαρύτερος εξοπλισμός και υψηλότερες θερμοκρασίες από αυτές που κινητικά απαιτούνται Δυσκολία στη ρύθμισης της αναλογίας Η 2 /Ανθρακινόνη που οδηγεί στο σχηματισμό παραπροϊόντων
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Πράσινη παραγωγήΗ 2 Ο 2 Πράσινη παραγωγή Η 2 Ο 2 Θερμοδυναμικά έχουμε ανεπιθύμητες αντιδράσεις Τα μίγματα Η 2 /Ο 2 είναι εκρηκτικά Μειονεκτήματα:
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Πράσινη παραγωγήΗ 2 Ο 2 - Καταλύτης NxCat Πράσινη παραγωγή Η 2 Ο 2 - Καταλύτης NxCat Η Degussa-Headwaters ανακοίνωσε την κατασκευή μιας νέας παραγωγικής μονάδας για την άμεση σύνθεση υπεροξειδίου του υδρογόνου η οποία βασίζεται στη χρήση καταλυτών τύπου NxCat. Με την τεχνολογία αυτή παρασκευάζονται καταλύτες, με μια μεγάλη γκάμα εφαρμογών, των οποίων τα σωματίδια είναι μεγέθους «nano», δηλαδή της τάξης των λίγων nm (1-10).
Page Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις 3. Λιγότερες και Λιγότερο Επικίνδυνες Χημικές Ενώσεις Πράσινη παραγωγήΗ 2 Ο 2 - Καταλύτης NxCat Πράσινη παραγωγή Η 2 Ο 2 - Καταλύτης NxCat Ένα μόριο υδρογόνου και ένα μόριο οξυγόνου απορροφώνται σε δύο γειτονικά άτομα παλλαδίου. Κίνηση ηλεκτρονίων μέσω των ατόμων παλλαδίου. Το μόριο του Η 2 προσεγγίζει το Ο 2 από τα άκρα. Το κενό παρεμποδίζει άλλου είδους προσέγγιση Ο 2 και Η 2. Μαύρο: Παλλάδιο Κόκκινο: Οξυγόνο Πράσινο: Υδρογόνο
Page 63 Βραβείο Πράσινης Χημείας 2007 Η τεχνολογία NxCat έχει τη δυνατότητα να μειώσει σημαντικά το κόστος του υπεροξειδίου του υδρογόνου, δημιουργώντας έτσι ένα ανταγωνιστικό προϊόν, αυξάνοντας την αποδοχή του ως βιομηχανικού οξειδωτικού. …. Και επομένως, να υποκαταστήσει το ιδιαίτερα επιβλαβές χλώριο, ή άλλα επικίνδυνα χλωριούχα οξειδωτικά.
Page 64 Κατάλυση Πράσινα οξειδωτικά + Μείωση αποβλήτων 100% Εξοικονόμηση ενέργειας (1 στάδιο αντί 3)
Page 65 Ένα από τα εργαλεία της Πράσινης Χημείας είναι και τα υποστηριζόμενα αντιδραστήρια (supported reagents) Το 1924 πρωτοσυναντάται η έννοια των υποστηριζόμενων αντιδραστηρίων. Το 1968, στην εργασία του Fetizon περιγράφεται αναλυτικά χρήση υποστηριζόμενου αντιδραστηρίου. Τα υποστηριζόμενα αντιδραστήρια είναι αντιδραστήρια, τα οποία στερεώνονται πάνω σε κάποιο αδιάλυτο υποστηρικτικό μέσο, είτε με απορρόφηση, είτε με διασπορά, είτε με επίστρωση.
Page 66 Συνήθως χρησιμοποιούνται : αλούμινα (Al 2 O 3 ∙ (Η 2 Ο ) n, n=0-3 ) σίλικα (SiO 2 ∙ x(Η 2 Ο) ) ζεόλιθοι πηλοί ή μοντμοριλλονίτες άνθρακας (charcoal) συνδυασμός τους Τα ανόργανα υποστρώματα : έχουν μεγάλη επιφάνεια επαφής ( m 2 g -1 ) είναι συνήθως πορώδη ( nm) το μέγεθος των σωματιδίων μπορεί πάρει πολύ ακραίες τιμές
Page 67 Προϋπόθεση για να επιλεγεί ένα υλικό ως υπόστρωμα είναι το να είναι αδιάλυτο στα συνήθη μέσα, όπου διεξάγονται οι αντιδράσεις. Τα ανόργανα υποστρώματα διακρίνονται στις κατηγορίες: 1. κρυσταλλικά, με κανονική κατανομή μεγέθους των πόρων, όπως είναι οι ζεόλιθοι 2. άμορφα, με πιθανά μεγάλη ποικιλία όσον αφορά στη δομή των πόρων και με σχετικά μικρή κατανομή μεγέθους των πόρων, όπως είναι τα συμβατικά silica gels 3. με ευέλικτη διαστρωματωμένη δομή, όπως είναι οι πηλοί (clays), οι μοντμοριλλονίτες κτλ.
Page 68 Τα οργανικά υποστρώματα είναι οργανικά πολυμερή με καθορισμένη σύσταση και μορφολογία. Ανάλογα με την εφαρμογή τους διακρίνονται σε: γραμμικά, με ευρύ φάσμα μοριακού βάρους διασταυρωμένα πολυμερή Τύποι πολυμερών υποστρωμάτων. α) ζελατινώδης τύπος (gel type) β) μακροπορώδης τύπος Βρίσκονται συνήθως με τη μορφή σφαιρικών χαντρών με διάμετρο από 10 μm έως 10 mm
Page 69 Το πιο γνωστό πολυμερές είναι αυτό του Merrifield, ένα ζελατινώδες χλωρομεθυλιωμένο πολυστυρένιο, (P-C 6 H 4 -CH 2 -Cl) με το οποίο πραγματοποιήθηκε η πρώτη επιτυχής σύνθεση πολυπεπτιδίων το Οργανικά υποστρώματα, μπορούν να αποτελέσουν κυρίως : Πολυστυρένια Ακρυλοπολυμερή Πολυβινυλοπυριδίνες Πολυβενζιμιδαζόλες Χλωροφθοροπλυμερή Πολυφωσφαζένια Οι προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούν, είναι να: είναι αδιάλυτα στους διαλύτες που συμμετέχουν στην αντίδραση διαθέτουν θερμική και μηχανική σταθερότητα είναι χημικά αδρανή αναγεννώνται εύκολα μετά το πέρας της αντίδρασης έχουν τη δυνατότητα ικανοποιητικής διασποράς των διαλυτών και αντιδρώντων στην επιφάνειά τους.
Page 70 Η επιλογή του υποστρώματος γίνεται εξετάζοντας έναν από τους παρακάτω παράγοντες: πορώδες: έχει άμεση σχέση με την εκλεκτικότητα του υποστηριζόμενου αντιδραστηρίου. χημική σύσταση: Πρέπει να εξετάζεται η αλληλεπίδραση υποστρώματος και αντιδραστηρίου. επιφάνεια: Μεγάλη επιφάνεια επαφής οδηγεί σε αύξηση των ενεργών περιοχών και σε αύξηση της απορρόφησης των αντιδραστηρίων πάνω σε αυτά.
Page 71 Πλεονεκτήματα Υποστηριζόμενων Αντιδραστηρίων : 1. απομακρύνονται εύκολα με διήθηση 2. με περίσσεια τους η αντίδραση γίνεται ποσοτικά, χωρίς να επηρεάζεται η καθαρότητα του τελικού προϊόντος 3. η ανακύκλωση των ανακτημένων αντιδραστηρίων είναι οικονομική, περιβαλλοντικά φιλική και αποτελεσματική 4. ευκολία χειρισμού ακριβών καταλυτών ή καταλυτών, που απαιτούν χρονοβόρες διαδικασίες προκατεργασίας και βρίσκουν εφαρμογή ως παράγοντες ροής ή σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες 5. με αλλαγή του υποστρώματος μεταβάλλονται και οι χημικές τους ιδιότητες 6. τοξικά, εκρηκτικά και επικίνδυνα αντιδραστήρια διαχειρίζονται με μεγαλύτερη ασφάλεια, όταν βρίσκονται ακινητοποιημένα σε στερεά υποστρώματα 7. μεγαλύτερη εκλεκτικότητα αντιδραστηρίων, καθόσον ακινητοποιούνται στο υπόστρωμα και δεν κυκλοφορούν ελεύθερα
Page 72 Μειονεκτήματα Υποστηριζόμενων Αντιδραστηρίων : 1. ορισμένα αντιδραστήρια δεν αλληλεπιδρούν αποτελεσματικά με το υπόστρωμα 2. δεν είναι αποδεδειγμένη η δυνατότητα ανακύκλωσης των αντιδραστηρίων, που βρίσκονται στερεωμένα στο υπόστρωμα 3. παρατηρείται ελάττωση της ταχύτητας της αντίδρασης, εξαιτίας περιορισμών στη διάχυση του αντιδραστηρίου πάνω στην επιφάνεια του υποστρώματος 4. υπάρχει μεγάλο κόστος παρασκευής σε κάποιες περιπτώσεις πολυμερών υποστρωμάτων 5. κάτω από έντονες συνθήκες η σταθερότητα του υποστρώματος επηρεάζεται και συχνά ελαττώνεται 6. το ίδιο το πολυμερές, όταν χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα μπορεί να προκαλέσει περαιτέρω παράπλευρες αντιδράσεις.
Page 73 Στους παράγοντες που καθορίζουν τη δραστικότητα των υποστηριζόμενων αντιδραστηρίων ανήκει και η μέθοδος παρασκευής τους. Οι τεχνικές που εφαρμόζονται για την προετοιμασία των υποστηριζόμενων αντιδραστηρίων είναι σχετικά απλές: Εξάτμιση Ανάμιξη / άλεση Ξήρανση Κατακάθιση Προσρόφηση Χρήση υπερήχων Ιονανταλλαγή κ.ά.
Page 74 Παράδειγμα παρασκευής υποστηριζόμενου αντιδραστηρίου: τριφθορομεθυλοσουλφόνυλο-χαλκός υποστηριγμένος σε πυριτικό άλας [Cu(OSO 3 F 3 C) 2 ή Cu(OTf) 2 /silica], για τον κατιονικό πολυμερισμό του στυρενίου. Τοποθέτηση μεθανόλης σε τρίλαιμη σφαιρική φιάλη των 100 ml και προσθήκη μικρής ποσότητας αντιδραστηρίου Cu(OTf) 2 Προσθήκη πυριτικού άλατος αφού πρώτα υποστεί κατεργασία στους 600 ο C για 18 ώρες Ανάδευση του μίγματος με μαγνητικό αναδευτήρα σε θερμοκρασία δωματίου και διαβίβαση αζώτου για δυόμιση ώρες Απομάκρυνση διαλύτη με θέρμανση στους 80 ο C για μια ώρα. Το λαμβανόμενο στερεό προϊόν, αποτελεί το υποστηριζόμενο αντιδραστήριο που χρησιμοποιείται στη συνέχεια.
Page 75 Τα υποστηριζόμενα αντιδραστήρια βρίσκουν εφαρμογή σε ποικίλους τομείς της επιστήμης της Χημείας. Στην οργανική σύνθεση, είτε ως βοηθητικά αντιδραστήρια, για την επίτευξη διαφόρων αντιδράσεων, είτε σε συνδυασμό με άλλες σύγχρονες μεθόδους. Στη ετερογενή κατάλυση, προς αντικατάσταση μεθόδων και αντιδραστηρίων επικίνδυνων για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές, όπως η ελαχιστοποίηση αποβλήτων και η καθαρή σύνθεση. Στην εκπαίδευση, στο εργαστήριο, τόσο στην δευτεροβάθμια, όσο και στην τριτοβάθμια.
Page 76 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ (ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΩΝ) ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΩΝ υψηλή δραστικότητα μεγάλη εκλεκτικότητα εύκολος και ασφαλής χειρισμός αποφυγή επικίνδυνων οργανικών διαλυτών εύκολη ανάκτηση, ανακύκλωση, επαναχρησιμοποίηση
Page 77 Περιβαλλοντικοί καταλύτες (Envirocats) Οι Envirocats είναι υποστηριγμένα αντιδραστήρια που καταλύουν τις οξειδώσεις και τις αντιδράσεις Friedel-Crafts (σημαντικές αντιδράσεις ηλεκτρονιόφιλης υποκατάστασης) Οι Envirocats είναι οι: 1. EPZ10 Αποτελείται από χλωριούχο ψευδάργυρο υποστηριγμένο σε μοντμοριλλονίτη, επεξεργασμένο με οξύ, γνωστό ως Κ10 2. EPZG Είναι μία ένωση σιδήρου, υποστηριγμένη πάνω σε πηλό (clay) 3. EPZΕ Παρομοίως, υποστηριγμένο αντιδραστήριο σε πηλό, ωστόσο η μέθοδος παρασκευής του είναι διαφορετική από αυτήν του EPZ10 4. EPIC Φωσφορικό οξύ υποστηριγμένο πάνω σε πηλό 5. EPAD Αποτελείται από χρωμιούχα(VI) προσροφημένα σε αργιλικό άλας (alumina)
Page 78 ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΤΙΚΗΣ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ● Κλασικές ( >2ο παγκόσμιο πόλεμο) ●● Μη-κλασικές (1995- ) Σύμπλοκες Ενώσεις ως “Μεταλλοϊόντα” Σύμπλοκες Ενώσεις ως “Μεταλλοϊόντα” και Σύμπλοκες Ενώσεις ως “Υποκαταστάτες” ΠΡΑΣΙΝΕΣ 1.Υδροθερμικές Τεχνικές 2.Αντιδράσεις στη στερεά κατάσταση 3.Χρήση μικροκυμάτων 4.Χρησιμοποίηση Πράσινων Διαλυτών
Page 79 ΟΙ ΠΡΑΣΙΝΕΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΛΗΨΕΙΣ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ Συνδέονται κυρίως με τις εξής αρχές της Πράσινης Χημείας : 1. Οικονομία ατόμων 5. Ασφαλέστεροι διαλύτες και βοηθητικά μέσα 6. Σχεδιασμός για ενεργειακή αποτελεσματικότητα 8. Μείωση ενδιάμεσων παραγώγων
Page 80 ΥΔΡΟ(ΣΟΛΒΟ)ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΠΛΕΙΑΔΩΝ Αρχή της Μεθόδου Η μεγάλη πλειοψηφία των συμπλόκων ενώσεων και πλειάδων: Σύνθεση με τεχνικές “βολικής” χημείας ένταξης/συναρμογής (“conventional” coordination chemistry techniques). Περιορίζοντας τις περιοχές θερμοκρασίας και πίεσης, περιορίζεται και η ποικιλία των προϊόντων που μπορούν να ληφθούν από ένα συγκεκριμένο σύστημα αντίδρασης! Υδρο(σολβο)θερμική σύνθεση: θέρμανση του μίγματος της αντίδρασης σε μια σφραγισμένη μικρή συσκευή / Τ = C υπό αυτογενή πίεση. Υπέρθερμοι Διαλύτες: (α) ελαττωμένο ιξώδες αυξημένη διάχυση των διαφόρων χημικών ειδών αυξημένη ανάπτυξη κρυστάλλων από τα διαλύματα των αντιδράσεων. (β) διαφορετικές διαλυτικές ικανότητες, π.χ. η διηλεκτρική σταθερά του Η 2 Ο μειώνεται θεαματικά όσο αυξάνεται η Τ (σε σύγκριση με τις κανονικές συνθήκες) διάλυση αδιαλύτων (υπό κανονικές συνθήκες) αντιδραστηρίων, υπερνίκηση διαφορών διαλυτότητας μεταξύ του M n+ και του L.
Page 81 Σχήμα 1: Ένα τυπικό αυτόκλειστο (οβίδα) μέσα στο οποίο τοποθετείται το δείγμα των αντιδρώντων κατά τη σολβο(υδρο)θερμική διεργασία (δεξιά). Αριστερά φαίνονται τα στελέχη από τα οποία απαρτίζεται.
Page 82 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΕ ΜΟΡΙΑΚΟΥΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥΣ Ή ΜΕΣΑ ΣΕ ΜΟΡΙΑΚΟΥΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥΣ – ΜΙΑ ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ
Page 83 Είναι αντιδράσεις που δεν ενέχουν διαλύτη (solvent-free reactions); ΝΑΙ / ΟΧΙ Πράσινη σημασία: δεν απαιτούν επανάκτηση, αποθήκευση και καταστροφή των διαλυτών. Αντιδράσεις στη στερεά κατάσταση που ενεργοποιούνται από grinding ή milling είναι γνωστές ως μηχανοχημικές αντιδράσεις. Είναι αντιδράσεις που βασίζονται σε trial και error; Στην Ανόργανη Χημεία: ΝΑΙ συχνά ο σχηματισμός του προϊόντος απαιτεί διάσπαση και σχηματισμό ασθενών δεσμών, π.χ. δεσμών ένταξης, δεσμών Η, αλληλεπιδράσεων van der Waals “οικοδεσπότη-φιλοξενούμενου”,... όταν απαιτούνται packing effects ώστε να οργανωθούν τα αντιδρώντα στην κατάλληλη θέση για την αντίδραση ή Συχνά οι αντιδράσεις στη στερεά κατάσταση παρέχουν στερεοχημικά ρυθμιζόμενη πρόσβαση σε μόρια, που είναι δύσκολο ή αδύνατο να απομονωθούν από αντιδράσεις σε διάλυμα.
Page 84 Που βασίζεται η χημική δραστικότητα ανάμεσα (ή μέσα) σε στερεά; ΔΥΣΚΟΛΗ η απάντηση! (α) Πολλές συνθέσεις στερεάς κατάστασης, που λαμβάνουν χώρα σε μια ενδιάμεση υγρή φάση (ευτηκτική φάση, τήγμα), δεν μπορούν αυστηρά να θεωρηθούν ως αντιδράσεις στερεάς φάσης. (β) Μερικές φορές λαμβάνει χώρα καταστροφή των κρυστάλλων πριν την αντίδραση, π.χ. η θερμότητα που παράγεται σε μια μηχανοχημική πορεία, μπορεί να προκαλέσει τοπική τήξη στη διεπιφάνεια ανάμεσα σε διαφορετικούς κρυστάλλους.
Page 85 ΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Αντιδράσεις intrasolid η αντίδραση λαμβάνει χώρα ανάμεσα σε μόρια ενός κρυστάλλου. Αντιδράσεις intersolid η αντίδραση λαμβάνει χώρα μεταξύ διαφορετικών μοριακών κρυστάλλων.
Page 86 Αντιδράσεις Intrasolid Μπορεί να λαμβάνουν χώρα είτε (i) κάτω από τοποχημικό κοντρόλ, είτε (ii) να περιλαμβάνουν εκτεταμένη μοριακή κίνηση μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Αντιδράσεις Intersolid Λαμβάνουν χώρα είτε (i) στην επιφάνεια των κρυσταλλιτών, είτε (ii) απαιτούν μοριακή διάχυση μέσω του πλέγματος. Το κύριο Μειονέκτημα των Αντιδράσεων στη Στερεά Κατάσταση Ο χαρακτηρισμός της δομής του προϊόντος (συνήθως: πολυκρυσταλλική σκόνη)! DSC, TG/DTG, solid-state NMR, XRPD Πλεονέκτημα των Αντιδράσεων στη Στερεά Κατάσταση Απλές συσκευές, π.χ. λάμπα UV ή ό ήλιος (για τις αντιδράσεις που ενεργοποιούνται φωτοχημικά), mortar-pestle ή ball-milling (για τις μηχανοχημικές αντιδράσεις),...
Page 87 Πώς Αίρεται το Μειονέκτημα του Χαρακτηρισμού στη Στερεά Κατάσταση; Με την τεχνική του seeding, δηλ. χρησιμοποιώντας προσχηματισμένους κρυστάλλους (π.χ. αυτούς που λαμβάνονται με grinding) της επιθυμητής φάσης. ΠΡΟΣΟΧΗ: Δεν πρέπει να διαλύεται όλο το υλικό / Ορισμένοι “πυρήνες” πρέπει να παραμείνουν αδιάλυτοι.
Page 88 Παραδείγματα Αντιδράσεων Ιntrasolid Από Οργανική Χημεία: [2+2] φωτοαντιδράσεις ολεφινών Ένα τετραπυρηνικό σύμπλοκο κατευθύνει τη [2+2] φωτοαντίδραση. Μ = μεταλλοϊόν μετάπτωσης
Page 89 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΗ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ Μικροκυματική Θέρμανση Αναλυτική Χημεία Οργανική Χημεία Υγρής Φάσης Ανόργανα Υλικά (ζεόλιθοι, μοριακά κόσκινα, νανοσωματίδια) Χημεία Συμπλόκων; Μικροκύματα λ = m, ν = GHz Μια συνηθισμένη Πλάνη μεταξύ των Συνθετικών Χημικών Τα μόρια του Η 2 Ο απορροφούν μικροκύματα σε ενεργειακά επίπεδα περιστροφής μοριακή κίνηση θέρμανση. Αυτό είναι σωστό μόνο για αέρια μόρια Η 2 Ο. Η θέρμανση προέρχεται από την αλληλεπίδραση της συνιστώσας του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος με φορτισμένα σωματίδια εντός του υλικού Αυτή η αλληλεπίδραση προξενεί δύο φαινόμενα, που θεωρούνται υπεύθυνα για τη θέρμανση: 1. Αν τα φορτισμένα σωματίδια είναι ελεύθερα να μετακινηθούν, π.χ. ηλεκτρόνια σε ένα δείγμα C, επάγεται ένα ρεύμα που “ταξιδεύει” σε φάση με το πεδίο. 2. Αν τα φορτισμένα σωματίδια περιορίζονται μέσα σε ορισμένες περιοχές, η συνιστώσα του ηλεκτρικού πεδίου θα προκαλέσει κίνηση τους, έως ότου αντίθετες δυνάμεις αντισταθμίσουν την ηλεκτρική δύναμη
Page 90 Michael Mingos Οι επιδράσεις των μικροκυμάτων στις χημικές αντιδράσεις δεν είναι τίποτα άλλο παρά επιδράσεις θέρμανσης. Αξιοσημείωτο Αυτές οι επιδράσεις προκαλούν απότομη αύξηση στη θερμοκρασία χωρίς βρασμό του διαλύτη (in-outwards) π.χ. το MeCN μπορεί να θερμανθεί μέχρι τους 120 C χωρίς να βράσει Μηχανισμοί Θέρμανσης Dipolar Polarization Conduction Mechanism Πλεονεκτήματα Μικροκυματικής (έναντι Συμβατικής) Θέρμανσης α. Συντόμευση του χρόνου αντίδρασης β. Αύξηση απόδοσης γ. Μικρές ποσότητες διαλύτη ή καθόλου διαλύτης δ. Καθαρά προϊόντα ε. Εκλεκτικότητα (σε ορισμένες περιπτώσεις)
Page 91 Είναι η Χημεία των Μικροκυμάτων Πράσινη; ΝΑΙ! 1. Μικροκυματική θέρμανση: άμεση Δεν υπάρχει απώλεια ενέργειας 2. Χρόνοι καθυστέρησης κατά τη θέρμανση: μικροί ταχύτατες μεταβολές στη θερμοκρασία Ένα παράδειγμα από τις ερευνητικές προσπάθειες [Fe III 8 O 4 (sao) 8 (py) 4 ]·4py Fe ΙΙ (O 2 CMe) 2 + saoH 2 py,αντιδραστήρας μικροκυμάτων (Τ = 120 C, 200 W, 130 psi), 2 min saoH 2 = μ 2 -sao 2- μ 3 -sao 2-
Page 92 4.Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων 4. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων Τα χημικά προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται έτσι, ώστε να είναι αποτελεσματικά για τον σκοπό που σχεδιάστηκαν με ελαχιστοποίηση της τοξικότητάς τους. τοξικό προϊόν Sevin:οργανοφωσφορικό εντομοκτόνο για την καταπολέμηση του δάκου της ελιάς (τοξικό προϊόν) – αρνητικό παράδειγμα Η απάντηση της Πράσινης Χημείας: Φερορμόνη ασφαλές προϊόν του δάκου: σεξουαλική Ορμόνη του Δάκου (ασφαλές προϊόν) Αρνητικό παράδειγμα: Agent Orange: πόλεμος του Vietnam, πρόσμιξη: διοξίνη
Page 93 4.Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων 4. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων ΔΙΟΞΙΝΕΣ (αρνητικό παράδειγμα) Οι διοξίνες είναι οι πιο τοξικές χημικές ενώσεις, που έχουν εμφανιστεί στη γη και παράγονται κατά την καύση οργανικών ενώσεων, που περιέχουν χλώριο. Θεωρείται ότι δεν υπήρχαν στη φύση, αλλά τώρα πλέον μπορούν να ανιχνευθούν (σε ελάχιστες συγκεντρώσεις) παντού. Κύριες πηγές εκπομπής διοξινών –Καύση σκουπιδιών, ξύλου, προϊόντων πετρελαίου –Χλωρίωση του χαρτοπολτού κατά την κατεργασία του προς παραγωγή ανακυκλωμένου χαρτιού –Δασικές Πυρκαγιές Βλάβες που προκαλούν Βλάβες που προκαλούν –Ανωμαλίες του νευρικού συστήματος –Καρκίνο του θυρεοειδούς και γενικά όλα τα είδη καρκίνου
Page 94 4.Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων 4. Σχεδιασμός ασφαλέστερων χημικών προϊόντων Με τον όρο διοξίνες χαρακτηρίζονται: οι πολυχλωριωμένες διβενζο-π-διοξίνες (PCDD) τα πολυχλωριωμένα διβενζο-φουράνια (PCDF) τα ανάλογα διοξινών πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCB)
Page Είναι οι πιο τοξικές ενώσεις που έχουν εμφανιστεί στη Γη Επιφέρουν τοξικές επιδράσεις σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις (χαμηλότερες από οποιεσδήποτε άλλες χημικές ουσίες) Η καρκινογόνος δράση τους τεκμηριώθηκε επιδημιολογικά μετά την καταστροφή του Seveso. Διοξίνες, PCBs 100 kg διοξινών διασκορπίστηκαν από τον αμερικάνικο στρατό στις ζούγκλες του Βιετνάμ. Προκάλεσαν σοβαρές βλάβες στους κατοίκους και, ακόμα και σήμερα, είναι αυξημένα τα ποσοστά καρκίνου σε νέα άτομα και τα κρούσματα τερατογενέσεων.
Page 96 Τι είναι οι τασενεργές ενώσεις και που χρησιμοποιούνται; Ανιονικές (καθαριστικά, γαλακτωματοποιητές, διαβρέχτες, πρόσθετα στις βαφές) Κατιονικές (αντιστατικά, απολυμαντικά, βακτηριοστατικά, μαλακτικά, πρόσθετα στις βαφές) Μη ιονικές (καθαριστικά, πρόσθετα στις βαφές) Τύποι μικηλλίων (Tadros, 2004)
Page 97 Που καταλήγουν; Διάθεση τασενεργών ενώσεων στους υδάτινους αποδέκτες μέσω των αποχετεύσεων Βιοαποδόμηση αερόβια (μέρες) και αναερόβια (μήνες) 50% Ρόφηση από αιωρούμενα σωματίδια 25% Διαλυμένη μορφή 25% Εως 90% αποβάλλεται με τη λάσπη του βιολογικού (Lara-Martin et al., 2008 )
Page 98 Επιπτώσεις τασενεργών Υδάτινη τοξικότητα Εδαφική τοξικότητα Διαταραχές στο ορμονικό σύστημα 100% θνησιμότητα
Page 99 Κατηγορία ενώσεων ΈνωσηΕπιπτώσεις Ανιονικές Π.χ. LAS, γραμμικές αλκυλοβενζολοσουλφο νικές Τοξικές για άλγη, ψάρια και έδαφος, δεν βιοαποδομούνται αναερόβια, καταστρέφουν τις ρίζες των φυτών, επηρεάζουν το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης, διαταράσσουν το ορμονικό σύστημα Κατιονικές Π.χ. QAC, ενώσεις τεταρτοταγούς αμμωνίου Τοξικές για άλγη και οργανισμούς Μη ιονικές Π.χ. NPEΟ, αιθοξυλικές νονυλοφαινόλες Τοξικές για βενθικούς οργανισμούς, διαταράσσουν τις ορμόνες των ψαριών Επιπτώσεις τασενεργών
Page 100 Επιπτώσεις τασενεργών Ανίχνευση τασενεργών ενώσεων στους υδάτινους αποδέκτες Η συγκέντρωση των τασενεργών στην υδάτινη στήλη διαφέρει από περιβάλλον σε περιβάλλον. Τα ABS χρησιμοποιήθηκαν στις ΗΠΑ από το 1940 ως το Σε έρευνα που έγινε τη δεκαετία του ’80 βρέθηκε υψηλή συγκέντρωση των ενώσεων αυτών στην υδάτινη στήλη και στα υπόγεια ύδατα Αν και απαγορεύτηκαν πολλές τασενεργές ενώσεις εξακολουθούν να εντοπίζονται σημαντικές συγκεντρώσεις τους σε ποτάμια και λίμνες Σε 32 πόλεις των Η.Π.Α., παρατηρήθηκε ότι το πόσιμο νερό περιείχε από 15 έως 34μg/L ένωσης ABS (Eichhorn et al., 2001) Όρια Ευρωπαϊκής και Ελληνικής Νομοθεσίας: στο πόσιμο νερό 200 μg/L. για τα νερά κολύμβησης 300 μg/L.
Page 101 Πράσινες λύσεις 1. Αντικατάσταση τασενεργών ενώσεων 2. Αλλαγή στη σύνθεση των τασενεργών 3. Αντικατάσταση τασενεργών από νέες μεθόδους
Page 102 Ένζυμα Πρωτεάσες (βακτήρια, μύκητες, έντομα, ψάρια) 35% αγοράς 900 tn (2002) Λιπάσες (διάφορους μικροοργανισμούς) 1000 tn (1996) Αμυλάσες (διάφορους μικροοργανισμούς) Αντικατάσταση των τασενεργών 1. Ένζυμα
Page 103 Αντικατάσταση των τασενεργών Ομάδα ενζύμουΠλεονεκτήματαΜειονεκτήματα ΠρωτεάσεςΥδρολύουν λεκέδες από αίμα, αυγό, γάλα, χόρτο, βιοαποδομήσιμα, μεγάλη απόδοση, χαμηλό κόστος, μικρότερη κατανάλωση ενέργειας Προκαλούν αλλεργίες και ερεθισμούς, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μετάξι ή μαλλί εξαιτίας της πρωτεϊνικής φύσης της ίνας ΛιπάσεςΥδρολύουν λιπαρούς λεκέδες (βούτυρο, έλαια, σμήγμα), βιοαποδομήσιμα, μικρότερη κατανάλωση ενέργειας Προκαλούν αλλεργίες και ερεθισμούς, έχουν αργή δράση και υψηλό κόστος ΑμυλάσεςΥδρολύουν λεκέδες από άμυλο, βιοαποδομήσιμα, μικρότερη κατανάλωση ενέργειας Προκαλούν αλλεργίες και ερεθισμούς, έχουν αργή δράση και υψηλό κόστος, προκαλούν αστάθεια και δε δρουν παρουσία άλλων ενζύμων
Page 104 Αντικατάσταση των τασενεργών 2. Ανανεώσιμες πηγές Ανανεώσιμες πηγές Αμινοξέα αιθερικά παράγωγα της γλυκερίνης με αμινοξέα Υδατάνθρακες από γλυκόζη, APG Φυτικά έλαια σογιέλαιο, ηλιέλαιο, καρυδέλαιο, φοινικέλαιο, ραδίκια κ.ά.
Page 105 Αντικατάσταση των τασενεργών Πλεονεκτήματα ανανεώσιμων πηγών Βρίσκονται σε αφθονία Χαμηλό κόστος πρώτης ύλης Είναι βιοαποδομήσιμες Μη τοξικές Μη ερεθιστικές Παράγονται σε μικρές ποσότητες Υψηλό κόστος παραγωγής ποσοτήτων Μειονεκτήματα ανανεώσιμων πηγών
Page 106 Αντικατάσταση των τασενεργών 3. Βιοτασενεργά Βιοτασενεργά ΓλυκολιπίδιαΦωσφολιπίδια Λιποπεπτίδια και λιποπρωτεΐνες Πολυ μερή
Page 107 Αντικατάσταση των τασενεργών Πλεονεκτήματα βιοτασενεργών Έχουν μικρή απόδοση Απαιτείται μεγάλο κεφάλαιο επένδυσης Απαιτείται αποστείρωση Δημιουργούνται προβλήματα στον έλεγχο της διαδικασίας, για παράδειγμα αφρισμός Δημιουργούνται προβλήματα στην απομόνωση των προϊόντων και τον καθαρισμό τους Υπάρχουν δυσκολίες στην ανάλυση των τελικών προϊόντων εξαιτίας της σύνθετης φύσης τους Γίνεται χρήση μικροοργανισμών Έχουν καλές επιφανειοδραστικές ιδιότητες Χαμηλή τοξικότητα Είναι βιοαποδομήσιμα Είναι αποτελεσματικά σε ακραίες συνθήκες Μειονεκτήματα βιοτασενεργών
Page 108 Αντικατάσταση των τασενεργών 4. Φωτοδιασπάσιμα τασενεργά Τα ανιονικά τασενεργά φωτοαποδομούνται παρουσία ηλιακού φωτός σε υδατικά διαλύματα TiO 2 To δωδεκυλο-βενζολο-σουλφονικό νάτριο φωτοκαταλύεται παρουσία οξειδωτικού παράγοντα Το κατιονικό βενζυλο-δωδεκυλο-διμέθυλο αμμωνιούχο χλωρίδιο φωτοαποδομείται
Page 109 Αντικατάσταση των τασενεργών Πλεονεκτήματα φωτοδιασπάσιμων τασενεργών 1. Αποδομούνται παρουσία φυσικού φωτός σε μη τοξικές ενώσεις Μειονεκτήματα φωτοδιασπάσιμων τασενργών 1. Μη εφαρμόσιμα προς το παρόν
Page 110 Αλλαγή στη σύνθεση των τασενεργών Σύνθεση αλκυλοβενζολίων Ζεόλιθοι (παράγονται λίγα παραπροϊόντα, ανακτώνται και ανακυκλώνονται εύκολα, παράγονται λίγα απόβλητα, είναι δραστικοί καταλύτες, έχουν καλή εκλεκτικότητα, δεν είναι τοξικοί) Καταλύτης ζιρκονίου (έχει καλή δραστικότητα και εκλεκτικότητα, δίνει μεγάλη απόδοση κατά την αλκυλίωση) Αλκυλίωση με ολεφίνες των 12C (είναι βιοαποδομήσιμες) Ενθυλάκωση του AlCl 3 (o καταλύτης στο τέλος διαχωρίζεται με απλή διήθηση) Κάψουλες AlCl 3 (Srirattnai et al., 2002)
Page 111 Αναπαράσταση γαλακτωματοποίησης με τη χρήση υπερήχων, (Sivakumar et al., 2008) Καθαρισμός ινών πολυαμιδίου χωρίς χρήση υπερήχων και με χρήση υπερήχων (Vouters et al., 2004) Αντικατάσταση των τασενεργών από νέες μεθόδους 1. Υπέρηχοι Πλεονεκτήματα Μικρή κατανάλωση χημικών προϊόντων Εξοικονόμηση νερού (20%) και ενέργειας (30%) Αντιμικροβιακές ιδιότητες Δε «μαζεύουν» και δε ξεβάφουν οι ίνες Μειονεκτήματα Απαιτεί μεγάλο ποσοστό νερού / ρούχο νέο σχεδιασμό πλυντηρίων
Page 112 Αντικατάσταση των τασενεργών από νέες μεθόδους 2. Υπερκρίσιμο CO 2 Πλεονεκτήματα Είναι άφλεκτο, και άοσμο Προέρχεται από τους φυσικούς πόρους που βρίσκονται εν αφθονία καθώς και από τα παραπροϊόντα των βιομηχανικών διεργασιών, Δεν παράγονται απόβλητα Μειονεκτήματα Απαιτείται εφαρμογή μεγάλης πίεσης για την μετατροπή του CO 2 σε υπερκρίσιμο ρευστό Απαιτείται κατάλληλος εξοπλισμός μεγάλου κόστους
Page 113 Συμπεράσματα Η υπέρμετρη χρήση των τασενεργών ενώσεων οδήγησε σε πολλά περιβαλλοντικά προβλήματα. Γίνονται προσπάθειες για τη βελτίωση των τασενεργών ενώσεων. Η Πράσινη Χημεία προτείνει λύσεις οι οποίες θα περιορίσουν σημαντικά τη ρύπανση από τις τασενεργές ενώσεις. Πολλές από τις λύσεις ήδη εφαρμόζονται (π.χ. ένζυμα). Μερικές λύσεις δεν είναι άμεσα εφαρμόσιμες (π.χ. υπέρηχοι, ανανεώσιμες πηγές, βιοτασενεργά) αλλά εκτιμάται ότι με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας σε λίγα χρόνια θα αντικατασταθούν οι συμβατικές τασενεργές ενώσεις.
Page Πολυμερή (θετικό παράδειγμα) Πολυμερή για ελεγχόμενη απελευθέρωση φαρμάκων Σκοπός των συστημάτων ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκων είναι να διατηρούν τις ποσότητες των φαρμάκων στο αίμα, σε όσο το δυνατό σταθερά θεραπευτικά επίπεδα για μεγάλη χρονική περίοδο, και, να απελευθερώνουν τα φάρμακα στους στόχους που πρέπει να δράσουν (π.χ. καρκινικά κύτταρα). πολυουρεθάνε ς σιλικόνες
Page πολυ(μεθακρυλικός μεθυλεστέρας), PMMA πολύ(βινυλική αλκόλη) πολύ(μεθακρυλικός υδροξυαιθυλεστέρας (PHEMA) πολυακρυλαμίνη πολυορθοεστέρες πολυ(γαλακτικό οξύ) (PLA) Πολυμερή για ελεγχόμενη απελευθέρωση φαρμάκων
Page διάχυσης απελευθέρωση ινσουλίνης με σύστημα μοριακών πυλών διόγκωσης και διάχυσης βιοδιάσπασης Μηχανισμοί απελευθέρωσης φαρμάκων
Page 117 Πολυμερή με την προσέγγιση της Πράσινης Χημείας: Βιοδιασπώμενα πολυμερή Βιοδιάσπαση είναι η αποικοδόμηση χημικών ουσιών, η οποία προκαλείται κυρίως από τη βιολογική δραστηριότητα διαφόρων μικροοργανισμών του εδάφους και η οποία έχει σαν αποτέλεσμα τη διάσπαση αυτών σε απλά μόρια που υπάρχουν ήδη στο περιβάλλον, π.χ. H 2 O, CO 2, CH 4 και ανόργανες ενώσεις.
Page 118 Κατηγορίες βιοδιασπώμενων πολυμερών: Βιοδιασπώμενα πολυμερή με πρώτη ύλη το άμυλο Βιοδιασπώμενοι πολυεστέρες Φωτοβιοδιασπώμενα πολυμερή Πολυμερή με πρόσθετα ελεγχόμενης αποσύνθεσης
Page 119 Βιοδιασπώμενα πολυμερή αμύλου Το άμυλο είναι ένας πολυσακχαρίτης ευρύτατα διαδεδομένος στο φυτικό βασίλειο και αποτελεί αποταμιευτικό υλικό των φυτών.
Page 120 Συντίθεται από τα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση Είναι δε ένα γραμμικό πολυμερές που δομείται από μόρια D-γλυκόζης, που συνδέονται με α(1- 4)-γλυκοζιτικούς δεσμούς Αλυσίδα αμύλου
Page 121 Κατηγορίες βιοδιασπώμενων πολυμερών αμύλου: Θερμοπλαστικά προϊόντα αμύλου Μίγματα πολυεστέρων-αμύλου Μίγματα αμύλου-πολυβινυλικής αλκοόλης
Page 122 Βιοδιασπώμενοι πολυεστέρες Οι σπουδαιότερες κατηγορίες αυτών είναι: πολυεστέρες αλειφατικών υδροξυ-οξέων (ΡΗΑ) πολυεστέρες του γαλακτικού οξέος (PLA) πολυεστέρες της ε-καπρολακτόνης (PCL) πολυβουτυλενοεστέρες του ηλεκτρικού οξέος (PBS) Μίγματα αλειφατικών-αρωματικών συμπολυεστέρων (AAC)
Page 123
Page 124 Φωτοβιοδιασπώμενα πολυμερή Είναι πολυμερή στα οποία έχουν ενσωματωθεί φωτοευαίσθητα χημικά πρόσθετα, που εξασθενούν τους δεσμούς των πολυμερών με την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV), διευκολύνοντας την αποσύνθεσή τους.
Page 125 Πρόσθετα ελεγχόμενης αποσύνθεσης Είναι πρόσθετα γνωστά σαν προδιασπαστές, που προστίθενται σε πολυμερή υλικά και προκαλούν την ελεγχόμενη αποσύνθεση αυτών. Βασίζονται γενικά σε ενώσεις των μεταβατικών στοιχείων, όπως στεατικό κοβάλτιο ή μαγγάνιο
Page 126 Μέθοδος σύνθεσης αδιπικού οξέος «Πράσινες» συνθέσεις πολυμερών 1974 Σοβαρό ατύχημα στο Flixborough (Αγγλία)Flixborough
Page 127
Page 128 «Πράσινες» παρασκευές αδιπικού οξέος Σαν πρώτη ύλη χρησιμοποιείται η γλυκόζη, που παραλαμβάνεται από την ζύμωση αμύλου, κυτταρίνης, κ.λ.π. Στη συνέχεια η γλυκόζη με τη βοήθεια ενός γενετικά σχεδιασμένου βιοκαταλύτη (Escherichia coli) μετατρέπεται σε κατεχόλη και αυτή μετατρέπεται με βιοκατάλυση σε αδιπικό οξύ. α)Μέθοδος Draths-Frost
Page 129 Πλεονεκτήματα της μεθόδου Draths-Frost: Χρήση ανανεώσιμων πρώτων υλών και όχι πετρελαίου Αποφυγή εκπομπής Ν 2 Ο (αέριο θερμοκηπίου) Αποφυγή έκθεσης των εργαζομένων σε τοξικές ουσίες Αποφυγή ρύπανσης του περιβάλλοντος με επικίνδυνα χημικά
Page 130 β) Μέθοδος Asahi Corp. Στηρίζεται στην ενυδάτωση του κυκλοεξενίου σε κυκλοεξανόλη, χρησιμοποιώντας σαν καταλύτη έναν ειδικά σχεδιασμένο ζεόλιθο (high silica H- ZSM-5) και η οποία στη συνεχεία οξειδώνεται σε αδιπικό οξύ.ζεόλιθο
Page 131 Σύνθεση γαλακτικού οξέος και πολυεστέρων του (PLA) Το γαλακτικό οξύ και οι πολυστέρες του παρασκευάζονται με πρώτη ύλη προϊόντα του πετρελαίου (μη ανανεώσιμη πρώτη ύλη)
Page 132 «Πράσινη» σύνθεση γαλακτικού οξέος και πολυεστέρων του (PLA) Σαν πρώτη ύλη χρησιμοποιείται δεξτρόζη, η οποία λαμβάνεται από την ζύμωση αμύλου, κυτταρίνης, κ. ά. ανανεώσιμων πρώτων υλών και η οποία με ζύμωση μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ. Στη συνέχεια αυτό μετατρέπεται σ’ ένα κυκλικό διμερές (γαλακτίδιο) που με πολυμερισμό με άνοιγμα δακτυλίου δίνει γαλακτικούς πολυεστέρες.
Page 133 Πλεονεκτήματα της μεθόδου: Χρησιμοποίηση ανανεώσιμων πρώτων υλών και όχι πετρελαίου Aποφυγή χρήσης επικίνδυνων χημικών ουσιών για την υγεία και το περιβάλλον Περιορισμός της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων με τη χρήση (ανανεώσιμης) λιγνίνης (αρνητικό φαινόμενο του θερμοκηπίου- περιορισμός)
Page 134 Η σύνθεσή της γίνεται σήμερα με πρώτη ύλη βενζόλιο ή κυκλοεξάνιο, που με οξείδωση μετατρέπεται σε κυκλοεξανόνη, η οποία με επίδραση υδροξυλαμίνης μετατρέπεται στην οξίμη της που με μετάθεση Beckman μετατρέπεται σε ε-καπρολακτάμη: Σύνθεση της ε-καπρολακτάμης Η ε-καπρολακτάμη είναι σημαντική πρώτη ύλη για την σύνθεση πλαστικών, χρωμάτων, αρωμάτων και κυρίως του νάιλον 6
Page 135 «Πράσινη» σύνθεση ε-καπρολακτάμης Σ’ αυτήν χρησιμοποιείται ένας ειδικά σχεδιασμένος ζεόλιθος, ο οποίος καταφέρνει σ’ ένα μόνο στάδιο χωρίς διαλύτη, να συνθέσει την οξίμη και την ε-καπρολακτάμη από κυκλοεξανόνη και ένα μίγμα αέρα και αμμωνίαςζεόλιθος
Page 136 «Πράσινη» σύνθεση ε-καπρολακτάμης Η μέθοδος αυτή είναι πιο συμφέρουσα και από ενεργειακής και από οικονομικής άποψης και πολύ πιο φιλική στο περιβάλλον.
Page 137 Πολυμερή και υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα Διοξείδιο του άνθρακα σε συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης πάνω από το κρίσιμο σημείο του (θ=31 ο C, P=73,8 bar), αποκτά μια καινούργια φάση, στην οποία καμμία διακριτή υγρή ή αέρια φάση δεν μπορεί να υπάρξει και η οποία παρουσιάζει ιδιότητες και των δύο φάσεων μαζί (υπερκρίσιμη φάση).
Page 138 Χρήσεις του υπερκρίσιμου διοξειδίου του άνθρακα Αντικατάσταση οργανικών διαλυτών στη σύνθεση των πολυμερών (όπως π.χ. των χλωροφθορανθράκων CFC)π.χ. των χλωροφθορανθράκων CFC Xρήση του ταυτόχρονα και σαν διαλύτη και σαν αντιδραστηρίου στην σύνθεση πολυμερών (όπως π.χ. πολυκαρβονικών εστέρων)π.χ. πολυκαρβονικών εστέρων
Page 139
Page 140
Page 141 Πολυμερή και υπέρηχοι Η ηχητική δημιουργία κοιλοτήτων στα σώματα, από υπέρηχους υψηλής ισχύος, είναι η βάση της Χημείας των Υπερήχων (Sonochemistry) Οι υπέρηχοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν: στην εκτέλεση καθαρών και ποσοτικών συνθέσεων στην παραγωγή πολυμερών με βελτιωμένες ιδιότητες
Page 142 Σύνθεση πολυμερών με κατάλυση μεταφοράς φάσης Είναι μια πρωτοποριακή τεχνολογία, με την οποία πραγματοποιούνται αντιδράσεις ανάμεσα σε χημικές ουσίες διαλυτές σε οργανική φάση και σε άλλα αντιδραστήρια διαλυμένα σε υδατική. Με τη βοήθεια καταλύτη μεταφέρεται στην οργανική φάση το υδατοδιαλυτό αντιδραστήριο και πραγματοποιείται η σύνθεση του πολυμερούς.
Page 143 Πλεονεκτήματα-Χρήσεις Εξοικονόμηση ενέργειας λόγω χαμηλής θερμοκρασίας πραγματοποίησης της αντίδρασης Αποφυγή χρήσης ακριβών διαλυτών Πραγματοποίηση αντιδράσεων που είναι αδύνατον να γίνουν σε μια φάση Με την τεχνολογία αυτή παράγονται πολυμερή με μοναδικές ηλεκτρο-οπτικές ιδιότητες που βρίσκουν εξαιρετικές εφαρμογές.
Page 144 Τα πολυμερή σαν καταλύτες Τα πολυμερή σαν καταλύτες (ιονανταλλακτικές ρητίνες) χρησιμοποιούνται σε μεγάλο εύρος καταλυτικών εφαρμογών στη βιομηχανία. Χρησιμοποιούνται κυρίως ρητίνες με βάση το πολυστυρόλιο
Page 145 Τα πολυμερή σαν υποστηρικτικά υποστρώματα αντιδραστηρίων Αυτά αποτελούνται από ένα πολυμερές συνήθως πολυστυρόλιο με κατάλληλες λειτουργικές ομάδες, όπως ιόντα, μόρια ή ακόμη και ένζυμα. Τέτοια υποστρώματα εξασφαλίζουν: εύκολο διαχωρισμό αντιδρώντων και προϊόντων μεγάλη δυνατότητα επιλογής διαλυτών ποσοτική πραγματοποίηση της αντίδρασης προστασία του περιβάλλοντος
Page 146 Ζεόλιθοι Οι ζεόλιθοι είναι κρυσταλλικές αργιλοπυριτικές ενώσεις που αποτελούνται από αλληλοσυνδεόμενα τετράεδρα SiO 4 και AIO 4,με «σπηλαιώδη» δομή. Στις κοιλότητες (ή πόρους) των ζεολίθων υπάρχουν εγκλωβισμένα κατιόντα και μόρια νερού, τα οποία έχουν ελευθερία κίνησης, επιτρέποντας ιονανταλλα- γή και αντιστρεπτή αφυδάτωση
Page 147 Χρήσεις των ζεολίθων Αντικατάσταση όξινων καταλυτών στην ομογενή κατάλυση (π.χ. H 2 SO 4, AICI 3, HF) Επιλεκτική απορρόφηση και επιλεκτικός διαχωρισμός ανάλογα με το σχήμα, μέγεθος και πολικότητα των μορίων Ιονανταλλαγή ( π.χ. στην «αποσκλήρυνση» του νερού)
Page Μικρή μεταβολή στη στερεοδομή ενός μορίου τροποποιεί ριζικά ή και καταργεί τη λειτουργία του. Στερεοχημεία και βιολογικές ιδιότητες Η μορφή του μορίου μιας ουσίας είναι καθοριστικός παράγοντας για την βιολογική της δράση. Η χοληστερόλη περιέχει 8 ασύμμετρα άτομα άνθρακα, θα μπορούσε να υπάρχει υπό τη μορφή 2 8 =256 στερεοϊσομερών όμως στη φύση παράγεται μόνο ένα Πολλά χειρόμορφα μόρια στη φύση απαντούν με τη μορφή ενός μόνο εναντιομερούς.
Page Δύο εναντιομερή μόρια φαρμακευτικών ουσιών μπορεί να διαφέρουν σημαντικά στη βιολογική τους δράση. Το εναντιομερές D(-) της ισοπρεναλίνης (βρογχοδιασταλτικό φάρμακο) είναι 800 φορές δραστικότερο από το L(+) Το εναντιομερές S της ιβουπροφαίνης (φάρμακο για τους ρευματισμούς) έχει φαρμακευτική δράση ενώ το R είναι αδρανές Στερεοχημεία και βιολογικές ιδιότητες
Page Ένα εναντιομερές της πενικιλίνης V, απαντά στη φύση και έχει βιολογική δράση Στερεοχημεία και βιολογικές ιδιότητες Το ένα εναντιομερές της θαλιδομίδης έχει ευεργετική δράση σαν υπνωτικό και αντιεμετικό το άλλο προκαλεί τερατογενέσεις
Page Το trans ισομερές της διαιθυλοστιλβεστερόλης (φάρμακο που δρα όπως η οιστρογόνος ορμόνη εστραδιόλη) είναι πολύ πιο δραστικό από το cis ισομερές. trans-διαιθυλοστιλβεστερόληcis-διαιθυλοστιλβεστερόλη εστραδιόλη Στερεοχημεία και βιολογικές ιδιότητες Η απόσταση μεταξύ των ομάδων –ΟΗ της trans μορφής είναι παραπλήσια με αυτήν των ομάδων –ΟΗ στην εστραδιόλη
Page 152 Καθαρή σύνθεση « Συνεχής εφαρμογή μιας προληπτικής περιβαλλοντικής τακτικής, τόσο σε διαδικασίες όσο και σε προϊόντα, ώστε να ελαττωθεί ο κίνδυνος προς τον άνθρωπο και το περιβάλλον » Εξυγίανση: επιδιόρθωση ζημιάς που προκλήθηκε στο παρελθόν από ανθρώπινη δραστηριότητα Τεχνολογία Καθαρισμού: μείωση της περιβαλλοντικής ζημιάς Καθαρή Τεχνολογία: περιβαλλοντική αντιμετώπιση της ρύπανσης στην πηγή της δημιουργίας της Οι καθαρές διαδικασίες (τεχνολογίες) είναι δυνατό να επιτευχθούν μέσω: 1. καταλυτικών συστημάτων 2. εναλλακτικής σύνθεσης 3. ελάττωσης των βημάτων σύνθεσης 4. εξάλειψης της ανάγκης αποθήκευσης ή μεταφοράς τοξικών ενδιάμεσων προϊόντων ή αντιδραστηρίων 5. καινοτόμων μεθόδων απόδοσης ενέργειας
Page 153 Σύνοψη Χημικές-Τεχνολογικές Διαδικασίες Αναπτύσσουν και βελτιώνουν την ποιότητα της ζωής του ανθρώπου Δημιουργούν περιβαλλοντικά προβλήματα «ΚΑΘΑΡΕΣ» ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ» Ανάπτυξη ποιότητας ζωής χωρίς τη δημιουργία περιβαλλοντικών προβλημάτων
Page 154 Solvent selection? Atom efficiency? Route selection? Reagent toxicity? Energy efficiency? Safety? Greening of Academic Research
Page 155
Page 156 Can green chemistry change the world ?? Impossible is nothing