Las técnicas físicas, como el ultrasonido y las microondas, se han convertido en recursos muy útiles y versátiles en la química verde. Un ejemplo que puede analizarse y comentarse es el caso de la síntesis de imidazoles.
El imidazol y sus derivados frecuentemente presentan actividad biológica diversa, lo que los convierte en “bloques de construcción” muy versátiles para la síntesis de productos naturales y agentes terapéuticos. En particular, los imidazoles 2,4,5-trisustituidos son biológicamente activos y se encuentran normalmente como herbicidas, fungicidas, así como también en una diversidad de aplicaciones farmacéuticas.
La síntesis de estos derivados de imidazol es de mucho interés en química orgánica y, en particular, en química verde. En el campus virtual se ha colocado dos artículos que reportan síntesis verdes de imidazoles 2,4,5-trisustituidos. Uno de ellos utiliza ultrasonido y un catalizador para promover la síntesis y, el segundo, utiliza irradiación de microondas y un líquido iónico.
Se presenta también dos artículos de química analítica verde. En uno de ellos se presenta la aplicación del acoplamiento en línea de ultrasonido de alta intensidad con un sistema de SIA/FIA. En el segundo artículo se describe y evalúa el desarrollo de metodologías analíticas enfocadas en el uso de técnicas de microextracción en fase líquida.
Esperamos que la discusión de estos temas sea tan interesante como el post anterior.
Ambas investigaciones introducen nuevas metodologías para una síntesis más “verde”. Considero que la metodología del artículo del (2007) podría considerarse más verde y amigable con el medio ambiente, pues aquí hacen uso de líquidos iónicos los cuales poseen características ventajosas, el líquido iónico utilizado actuó como medio de reacción y como catalizador, posteriormente se pudo reusar por cuatro veces obteniéndose rendimientos considerables, la síntesis se realizó a temperatura ambiente y el uso de microondas favoreció en cuanto al tiempo de reacción, con esta metodología se obtuvieron rendimientos altos y el tiempo fue menor (2-6min) a comparación de los métodos tradicionales(1-5 hr.), sin embargo este método no es muy favorable para aldehídos alifáticos .
De la metodología del artículo del(2008) considero algunas ventajas : el uso de catalizador Zr(acac)4, las condiciones de temperatura fueron las ambientales, además del uso de ultrasonido, que en conjunto de alguna manera contribuyeron en la obtención de buenos rendimientos, la eficiencia y la simplicidad de la síntesis, además que este método es aplicable para un amplio rango de aldehídos sustituidos, pero esta metodología no nos informa cual fue el destino final de catalizador, si se puede o no recuperar y finalmente si se puede volver a usar.
Si bien es cierto en la sintesis de imidazoles usando liquidos ionicos como catalizadores y MW o Ultrasonido como fuente de energia para la reaccion y las ventajas que mencionas, esta metodologia se basa solo en rendimientos y tiempos de analisis. Creo que se debe ampliar al uso de mas parametros que cumplan con los preceptos de la quimica verde con la finalidad de darnos una mayor certeza de que por ejemplo no se estan generando productos secundarios nocivos para el medio. Menciono esto porque el uso de MW y mas aun del Ultrasonido son tecnicas que aun no tienen mucho soporte cientifico de sobre su uso en sintesis.
Adicionalmente a ello sabemos que los liquidos ionicos que estan tratando de sustituir a los solventes organicos altamente nocivos, tambien son aun un mundo hasta cierto punto poco conocido en cuanto a sus propiedades fisicas y quimicas y a la forma en la que interactuaran con otros compuestos.
Yo diría que si se conocen las propiedades Físicas y Químicas de los líquidos iónicos, al menos de los que ya se han sintetizado hasta ahora, sin embargo lo que se desconoce es mas bien en que medida estos pueden ser bio-degradables después de su uso y reuso.
Solo se conoce el comportamiento de los ILs con ciertos compuestos falta realizar una mejor evaluacion de los mismos por eso menciono que son aun un tema que necesita una mayor investigacion. Dentro de lo que se encuentra el grado de biodegradabilidad. De los ILs se menciona que son hasta cierto punto de facil preparacion pero que el reto esta en la caracterizacion del compuesto formado. Aunque sin duda el gran merito de los ILs esta en que pueden ser sintetizados de acuerdo al uso que se le desea dar.
Es verdad se debe ampliar al uso de mas parámetros que cumplan con los preceptos de la química verde, nos hemos dado cuenta que todos los trabajos que hemos analizado en clase solo enfocan el uso de algunas métricas de la química verde por ende solo se cumplen algunos principios de la química verde.
De las técnicas de micro-extracción en fase liquida
Las técnicas de micro-extracción en fase liquida, por ejemplo SDME, HF-LPME, DLLME, SFODME entre otras permiten la separación y extracción diferentes analitos en diferente concentración, en diferentes matrices con buenos rendimientos y en tiempos menores.
Sin embargo por ejemplo el uso de líquidos iónicos en LMPE muestra cierta desventaja, pues éstos no son biodegradables en muchos y su preparación puede ser peligrosa para el operador y para mejorar el rendimiento LMPE puede usarse materiales poliméricos porosos y también membranas.
A si el impulso hacia técnicas de extracción mas verdes cobra relevancia en estos últimos años, aunque no sea posible eliminar los disolventes orgánicos por completo ha sido posible reducir notablemente los volúmenes empleados, así una micro-gota es suficiente para los análisis posteriores de una determinada muestra.
Justamente, pienso que las nuevas investigaciones sobre sintesis y metodologias analiticas que estamos abordando serviran como base para nuevas investigaciones y mejoras en este campo. Concuerdo contigo al mencionar que si bien es cierto no se ha logrado eliminar por completo el uso por ejemplo de solventes los trabajos realizados estan tendiendo a reducir y/o eliminar los mismos.
Respecto al articulo sobre el uso del Ultrasonido de alta intensidad acoplado a sistemas de inyeccion de flujo secuencial podemos decir que si bien es cierto cumple con criterios que la quimica vede exige como son: La automatizacion de procesos para evitar posibles contaminaciones, gasto de energia, etc. asi como el menor uso de sustancias toxicas durante el proceso entre otros. La tecnica en mencion tiene aun problemas que enfrentar como son:
1.- Llegar a estandarizar el tamaño de la sonda o capilar ultrasonico con la finalidad de que sirva para un volumen determinado de muestra que se requiere en cada analisis sin perder de vista la performance del metodo.
2.- Buscar la manera de que las vibraciones producidas durante la sonicacion no afecten a la sonda o capilar por donde se traslada la muestra porque esto afecta al analisis
Por ultimo y en particular para este articulo donde analizamos el “Hg” inorganico y organico aun no se tiene suficiente informacion para determinar de que manera se descompone el mismo y que tipo de componentes secundarios se podrian estar formando durante el proceso de sonicacion.
Por tanto pienso que si bien es cierto se deben optimizar procesos tambien se tiene que tener certeza de que tipo de residuos se pueden estar formando y que estos no sean dañinos para el medioambiente.
Además de ello se han analizado diversas sustancias que pueden interferir análisis, sería más factible si posteriormente conociendo influencias las influencias de ciertos compuestos se analizara en matrices reales por que finalmente los análisis se van a llevar a cabo en muestras reales. Cabe resaltar la incorporación de la técnicas de ultrasónico de alta intensidad acoplados a su vez con SIA/FIA reduce considerablemente el uso de reactivos lo cual es un beneficio tanto económico como para el medio ambiente estando dentro del marco de la QAV, el uso de pequeñas cantidades de muestra hace que se produzcan menos residuos.
Lo que faltaría es profundizar el estudio como ya has mencionado en los subproductos que se forman así conociendo ello realizar el tratamiento adecuado o en el mejor de los casos variar algún parámetro para disminuir ello.
Adicionalmente uno de los reactivos con el que se trabaja en esta metodologia es el NaClO que si bien es cierto puede ser minimizado por efectos de la sonicacion aun se encuentra presente en el proceso y sabemos que es un compuesto es toxico.
A mi parecer si bien es un compuesto muy tóxico la cantidad que se usa es muy pequeña ( 0.01% v/v), El reto estaría en la búsqueda de un compuesto que cumpla las mismas funciones de degradación para su aplicación, pues de acuerdo a los estudios hechos el uso de este compuesto favorece la determinación de mercurio orgánico.
Lo que podemos rescatar del artículo del 2008 es la versatilidad de la síntesis se puede aplicar a diversos derivados de aldehídos así como también a derivados de bencilos, desde mi punto de vista es una síntesis verde pues la reacción se lleva a condiciones suaves, se evita el uso de solventes tóxicos, además con el uso de radiación por ultrasonido proporciona excelentes rendimientos mucho más que por método tradicional (reflujo) reduciendo considerablemente el tiempo de reacción. Si bien no mencionan si el catalizador Zr(acac)4 es reciclado o no, se usan en pequeñas cantidades, se sabe que el catalizador es nocivo para la salud, puede causar irritaciones a la piel y ojos pero con una adecuada manipulación esto es resuelto.
Tambien para acotar que no solo se debe tener cuidado al manipular los compuetos quimicos de partida y/o productos intermedios y finales de las reacciones si no tambien se debe tener cuidado al manipular los equipos : MW y Ultrasonido. Para esto se debe tener un conocimiento claro de su funcionamiento.
En el artículo del 2007 usa el líquido iónico pues evita el uso de solventes orgánicos así como catalizadores, además la utilización de irradiación por microondas favorece no solo porque produce altos rendimientos a tiempos cortos sino también por que el uso es más benigno pues el reflujo a muy altas temperaturas puede ser muy peligroso. La contraparte podría ser que aún no se conocen con exactitud la toxicidad de estos compuestos (ILs), agregando la preparación de estos con lleva a la manipulación de compuestos tóxicos siendo además costosos si bien es reutilizable hasta cuatro veces el rendimiento de la reacción va disminuyendo. Habría que ver ahí si conviene su reutilización viendo desde el punto de vista economico y su contribucion a la sintesis verde.
Cierto. Justamente a eso me referia al mencionar que en la mayoria de investigaciones se esta tomando en cuenta mas que nada rendimientos y tiempos de reaccion mas no residuos, toxicidad, economia de atomos, sustentabildad de materia prima, etc. que nos lleven a pensar que realmente la tecnica es benigna al medioambiente.
Sin embargo pienso que hay signos fuertes de que se esta comenzando a tomar conciencia de la reingenieria que se tiene que realizar con muchas tecnicas analiticas clasicas y/o de sintesis.
Exacto, si bien estos derivados son utilizados en ámbito farmacéutico y posteriormente se desearía hacerlo a escala industrial quizá podría resultar muy costoso el uso de estos líquidos iónicos ya que son relativamente caros como mencionas, ademas muchos de estos líquidos iónicos en su composición contiene especies químicas que pueden ser tóxicos al momento de su degradación y posterior descarga .
Justamente averiguando un poco más acerca de los líquidos iónicos hay algunos reportes acerca de alteraciones morfológicas de algunos líquidos iónicos en pescados, aun los experimentos son in vitro pero hay indicios de que produciría una alteración a las células. Si bien las aplicaciones de los ILs amigables para el ambiente pues reduce el uso de solventes tóxicos habría ser cuidadosos con la aplicación y la disposición de estos,
(http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2013.03.002)
les dejo una referencia por si desean informarse mas.
Gracias por compratir el articulo. Investigando sobre este tema se menciona que la mayoria de los ILs que se han investigado hasta ahora son irritantes y presentan toxicidad muchas veces comprables a los solventes convenconales que usamos. No obstante hay estudios que han demostrado que se pueden fabricar estos con compuestos con baja o nula toxicidad y que ello depende mas que nada de la eleccion del cation y anion que conformaran el IL. De acuerdo a test biologicos se ha determinado que al parecer la toxicidad viene fundamentalmente determinada por el tipode cation. Asi por ejemplo se ha demostrado que los ILs con sustituyentes alquilicos mas cortos en el cation normalmente presentan menor toxicidad. Tambien se ha demostrado que algunos ILs son biodegradables especialmente si presentan un grupo ester en la cadena alquilica lateral del cation.
Respecto a la tecnica de microextraccion en fase liquida se puede ver que los mismos investigadores hacen notar que los ILs son aun bastante desconocidos y que alguno de ellos tienen un grado de toxicidad pero lo mas resaltante es que muchos no son biodegradables y que los reactivos base o precursores de estos son nocivos. Ademas tambien de acuerdo a teoria estudiada se sabe que muchos de ellos tienen alta viscosidad lo que hace que no tengan un buen desempeño como solventes.
Adicionalmente a ello se menciona que hasta el momento hay poca aplicacion de esta tecnica de microextraccion acoplada al uso de MW y ULTRASONIDO lo que hace que sea este trabajo un incentivo a realizar trabajos de investigacion en este campo para conocer mejor sus posibles ventajas.
La aplicación del acoplamiento en línea de ultrasonido de alta intensidad con un sistema de SIA/FIA puede ser automatizado permitiendo así desarrollar metodologías analíticas más verdes hacia el medio ambiente.
Esta metodología en particular presenta un inconveniente en cuanto la sonda, si bien la sonda está experimentando vibraciones ultrasónicas en la mayoría de puntos a lo largo de su longitud sin embargo, hay un punto nulo en el que la intensidad de vibración disminuye pudiendo afectar el posterior análisis, el tamaño de la sonda es otro aspecto a considerar para diferentes volumenes de muestra, son detalles que se deben mejorar para que la automatización de este método sea completa.
Rescato de esta metodología, el que se use menor cantidad de sustancias nocivas al medio ambiente y el que esta metodología no afecte las figuras de merito; además esta metodología puede ser usado con ICP,ICPMS, AFS en cualquier sistema SIA o FIA siendo una ventaja a considerar.
Si bien es cierto en la actualidad se esta tendiendo a automatizar los procesos por todas las ventajas indicadas no se debe perder de vista que al automatizar un proceso surgen nuevos problemas que afrontar como son la falla del sistema durante lectura de muestras como por ejemplo por oclusion. De acuerdo a la metodologia menciona que no tuvieron ese problema pero es bastante frecuente en este tipo de sistemas. Esto puede traer como consecuencia tener que re-hacer el proceso con un gasto de muestra y reactivos.
y otra observación para este tipo de sistemas es el cambio continuo de bombas, ademas que no debe existir equivocación alguna en el desarrollo de la metodología, por que implicaría volver a realizar el proceso.
Es interesante los aportes a la técnica de micro extracción en fase liquida si bien inicialmente fue para mejorar la robustez y la eficacia de la técnica pues el pre tratamiento de la muestra es fundamental para la exactitud y confiabilidad de los resultados, se ha visto también que el esfuerzo por generar metodologías más verde ha ido teniendo cada vez más importancia tratando de usar solventes menos tóxico, en mi punto de vista está dentro del contexto de lo que exige la QAV para hacer más “verde” un método no solo la reducción del uso de solventes o el reemplazo de estos por unos más benignos si no también que facilita el trabajo, disminuye el tiempo, evita la exposición del operador, tiene en cuenta también el efecto en el medio ambiente, en conclusión de ah tratado de hacer balance entre estas cosas que el análisis sea más verde sin dejar de lado las figuras de mérito de lo contrario no tendría sentido la aplicación de la técnica.
Adicionalmente si bien hay algunos estudios acerca de las fases extractoras como los ILs, fases acuosas y solventes supramoleculares que son muy atractivos para su aplicación aunque todavía hay ciertos inconvenientes, sería motivo para profundizar los estudios en estos.
El sistema de análisis de inyección en flujo y la inyección secuencial acoplado al análisis de ultrasonido tiene ventajas como la que puede se automatizado en línea, disminuyen enormemente los volúmenes de reactivos y de muestra, así como el pre-tratamiento de la muestra en los diferentes enfoques (extracción sólido en líquido, etc.), el equipo consta de bombas peristálticas con las cuales se puede producir la reacción en forma automática tanto en forma secuencial como en flujo, el paso final es la lectura en absorción atómica para las determinaciones de mercurio, las cuales se observan en la pantalla de un computador, como las cantidades de muestra y reactivos son mínimas, también los residuos producidos son mínimos y los riesgos de exposición a estos reactivos son mínimos.
En la lectura de la síntesis del derivado imidazolico en microondas con líquidos iónicos: Los líquidos iónicos tienen baja volatilidad, baja presión de vapor, estabilidad térmica y pueden ser reusados, son más ventajosos que el ácido sulfúrico o el acético que son ácidos más fuertes usados en sistemas de análisis a reflujo en el que se lleva más tiempo la reacción de condensación comparado con la fuente de microondas. La síntesis orgánica asistida con microondas con el uso de líquidos iónicos libres de catalizadores es una buena elección para un alto rendimiento, mejores tiempos de reacción y menos contaminación debido a que en la síntesis (en este caso del 2,4,5-trimetilimidazolio) forma parte del producto y el medio de reacción (HMIM)BF4 puede ser reusado en una nueva reacción, esto ayudado a la energía del microondas, el tiempo de síntesis se redujo de varias horas a unos pocos minutos según las tablas presentadas y los esquemas diferentes muestran el grado de dificultad de la síntesis cuando el aldehído es alifático o aromático y los tiempos de síntesis no varían mucho , así como su rendimiento.
Un comentario adicional es necesario lograr una síntesis no complicada ni prolongada en la preparación de líquidos iónicos, cuya preparación, reactivos y residuos no sean contaminantes. En la lectura se compara los tiempos de reacción calentando a 100 ºC y en microondas y se observa que los tiempos disminuyen con el microondas. Una desventaja que observo es que igualmente se calienta y eso significa gasto o consumo de energía.
3. La síntesis orgánica asistida con Ultrasonido se ha desarrollado en función al costo de los reactivos, algunas veces, más caro que con líquidos diferentes ((HMIM)BF4, por ejemplo), además de tener buen rendimiento y tiempos de reacción con una limitante en la síntesis de heterocíclicos en el que todavía no se ha investigado profundamente. En este tipo de síntesis se ha usado el Acetoacetato de circonio (IV) debido que es un catalizador altamente eficiente, las reacciones se llevan a temperatura ambiente, las reacciones se llevan a cabo con líquido iónico Acetato de amonio bajo irradiación ultrasónica, en la lectura se ha comparado la reacción con la irradiación ultrasónica y sin ella y los tiempos mejoran con el ultrasonido, también se comparan los derivados aldehídos alifáticos y aromáticos, las reacciones se desarrollan a temperatura ambiente, se usa etanol como medio de reacción, aunque los tiempos de reacción son más largos que los de la lectura que se observa con el microondas. Los rendimientos se mejoran en el caso de la irradiación ultrasónica.
En esta lectura se muestra la evolución de la de la extracción en fase líquida de analitos, comenzando por la extracción líquido en líquido, microextracción de una gota en solventes no miscibles con agitación y en fluido continuo en donde la muestra es bombeada continuamente, también desarrollaron un extracción líquido líquido líquido según la solubilidad de la gota y es realizado con la ayuda de una micro jeringa y sirve después para un análisis en cromatografía líquida o electroforesis capilar. Luego se ha desarrollado una microextracción usando una fibra hueca (polipropileno) que tiene una mayor área de contacto para realizar la extracción de analitos ionizables y se puede usar con agitación o en fluido dinámico, la microextracción con espacio de cabeza se usa para extraer analitos volátiles o semivolátiles, se desarrolló luego una técnica en donde no se usa la microjeringa sino ahora la microgota está suspendida o precipita por acción de la centrifugación, siempre la microgota extractiva debe ser inmiscible en la muestra, esto le da mayor superficie de contacto con la muestra. Luego el enfoque de la microextracción en fase líquida se centró en el uso de fases extractantes más amigables con el ambiente observándose en líquidos iónicos como una alternativa en reemplazo a los solventes orgánicos. El siguiente enfoque fue el uso de energía limpia que se puede usar para la microextracción en donde las posibilidades fueron la irradiación UV, ultrasonido y microondas son empleadas y finalmente la automatización con el acoplamiento de la cromatografía de gases, el espectro de absorción atómica, sistema de inyección secuencial se proponen para usar.
Ultrasonido: promovió la síntesis más verde de imidazoles 2,4,5- trisustituidos catalizadas por Zr ( acac )4en condiciones ambientales; este trabajo muestra una novedosa y eficiente metodología para la síntesis de 2,4,5 – imidazoles trisustituidos a través de la reacción de condensación de aldehídos, bencilos y acetato de amonio a través de una Zr (acac)4 catalizada por la irradiación de ultrasonido. Además de la eficiencia y sencillez, este método proporciona una síntesis verde “, cabe resaltar que en ninguna parte del trabajo se realiza una evaluación si esta síntesis cumple con los parámetros para ser considerada una síntesis verde, aunque presenta una tabla en la que compara dos métodos de síntesis y su respectivo rendimiento. Además el procedimiento experimental mencionado es notablemente sencillo y no se usó disolventes orgánicos tóxicos se necesitaría involucrasr los principios de la química verde para poder decir que es una síntesis verde.
Una nuevo líquido iónico neutral/catalizador libre de disolvente para la síntesis de 2,4,5 trisustituidos – imidazoles bajo irradiación de microondas; el presente artículo menciona el impacto que ha generado el uso en conjunto de los líquidos iónicos y del microondas en el campo de la síntesis química principalmente para aquellas síntesis en las que no se emplean disolventes, entre los principales valores agregados del microondas encontramos la disminución del tiempo de reacción, una mejora significativa de los porcentajes de rendimiento y finalmente dos aspectos muy importantes en la química verde que son; disminución del impacto ambiental y la seguridad en las operaciones.
[ HeMIM ] BF4 ; fue el mejor candidato por su buen rendimiento y menor tiempo para la reacción esto debido a dos acciones que cumplió : disolvente y catalizador, esto además generó el no usar un catalizador adicional lo que proyecta como un ahorro en el proceso. Al igual que otros artículos no se evalúan los principios de la química verde para considerarlo como un método sintético verde.
El artículo; Sistema de análisis de flujo de Inyección Secuencial Junto a Ultrasonido de alta intensidad : Metodología verde para el análisis de trazas de mercurio en Aguas y orina por Espectrometría de Absorción Atómica , como se conoce cuando se habla de trazas llegan a la mente las unidades que suelen ser ppm o ppb, para lo cual cualquier método analítico debe tener como principal figura de mérito un límite de detección que puede encontrase alrededor de esos valores y un límite de cuantificación muy similar, en lo referente a las desviaciones permitidas estas pueden encontrarse alrededor del 10% ya que cuando los valores con los que se trabajarán son muy pequeños 10% es un valor muy aceptable.
Siendo el mercurio un compuesto químico peligroso los métodos involucrados en su análisis deben ser los más automatizados posibles, para lo cual el uso de herramientas analíticas como el ultrasonido , los sistemas análisis de inyección secuencial(SIA) y flujo de inyección (FIA), son de mucha utilidad, éstos fueron usados durante el desarrollo de este trabajo, encontrándose en los resultados las figuras de mérito tales como; sensibilidad, límite de detección alrededor de los 0.0005 ppm y cuantificación alrededor de 0.0017 ppm .
El artículo :Técnica de microextración en fase líquida(LPME) aplicada en Química verde, menciona como LPME, evolucióno en el tiempo así como los diversos trabajos de investigación realizados usando esta técnica, además de la versatilidad que posee LPME al ser fácilmente acoplada a otras metodologías analíticas como por ejemplo la radiación UV, radiación por Ultrasonido o Microondas.
LPME, también nos permite relacionar los pre-tratamientos, logrando en estos un rendimiento muy bueno, lo que no se menciona en este artículo son datos que nos permitan con cifras saber el verdadero valor de la aplicación de LPME frente a los métodos convencionales para de esa forma tomar las decisiones más idóneas en el proceso analítico de nuestras muestras en el laboratorio.