Potenciales de optimización de reacciones de laboratorio -

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1 Potenciales de optimización de reacciones de laboratorio - Reglas básicas para síntesis sostenibles En el curso de la investigación sobre algunas reaccione incluidas en NOP se han podido identificar algunos puntos débiles. Estos afectan particularmente a la energía así como al consumo de recursos de las reacciones de laboratorio. Empleando acciones sencillas pueden reducirse o evitarse los problemas reconocidos durante el planteamiento de las reacciones. Con este propósito se han crado las siguientes reglas básicas para síntesis sostenibles [1]. Estas reglas pueden contribuir a una forma de pensar holíestica, es decir, incluyendo los procesos preliminares y posteriores, y para mejorar las Sostenibilidad de una reacción desde un punto de vista ecológico. Reglas básicas para síntesis sostenibles minimizar el consumo de energía El impacto medioambiental de las reacciones de laboratorio se ve afectado principalmente por la electricidad consumida durante el proceso experimental y por los efectos sobre el medio ambiente ocasionados por el suministro de dicha energía. El elevado consumo de energía de las reacciones examinadas tiene su origen predominantemente en las elevadas pérdidas de energía en el medio circundante duránte la síntesis. Las reglas básicas para síntesis sostenibles que se definen a continuación conducen, al ser aplicadas, a una reducción de las pérdidas de energía en el caso de las reacciones de laboratorio. Aislamientos térmico Regla básica 1: aislamiento térmico El montaje del experimento debe star aislado de la mejor manera posible. El coeficiente de transmisión de calor (valor-k) puede reducirse por aislamiento. Esto lleva a una transferencia menor de calor y por tanto a pérdidas de energía reducidas. Esta pérdida puede reducirse aún más haciendo menor el gradiente de temperatura entre el medio de la reacción y el exterior. Dado que la pérdida de energía también depende del tiempo, la duración del experimento tiene una gran influencia en esta minimización. Por esta razón, el conocimiento exacto desl proceso de la reacción es esencial. 1

2 condiciones experimentales Regla básica 2: condiciones experimentales La temperatura de la reacción así como su duración deben limitarse al grado necesario. Otro parámetro que afecta a la pérdida de energía es la superficie del experimento, que separa la mezcla de reacción del exterior. Cuanto menor es la superficie, menor es la pérdida de energía por conducción o por radiación de calor. La relación entre superficie y volúmen debe escogerse prudentemente. elección del equipo Regla básica 3: elección del equipo El montaje experimental debe adaptarse a la cantidad requerida. Las diferencias de consumo energético encontradas para los diferentes métodos de suministro de energía pueden deducirse de las dos reglas básicas mencionadas anteriormente aislamiento y condiciones experimentales. Dado que no suele ser posible un completo aislamiento del medio calefactor, deben preferirse los métodos favorables de suministro de energía. suministro de energía Regla básica 4: suministro de energía Es preferible el uso de una manta de calefacción a una placa de calefacción con un baño de aceite. Los nuevos métodos de suministro de energía (p.ej. microondas o ultrasonidos) pueden tener efectos positivos. Además de las elevadas pérdidas de energía por transferencia de energía térmica al medio ambiente, hay otros factores que contribuyen al consumo energético de las reacciones de laboratorio. Así, los materiales auxiliares afectan a la energía necesaria para calentar y mantener la temperatura de la reacción. c p materiales auxiliares Los materiales auxiliares deben tener una capacidad calorífica específica lo más pequeña posible. Regla básica 5: capacidad calorífica específica de los materiales auxiliares 2

3 Entre los materiales auxiliares de atención especial se ha de pagar a los disolventes, ya que por lo general constituyen una gran parte de la mezcla de reacción. Por esta razón, los requisitos a los disolventes se ponen en su propia norma fundamental. c p del disolvente Los disolventes deben seleccionarse de forma que tengan una capacidad calorífica específica pequeña a la temperatura necesaria para la reacción. Regla básica 6: capacidad calorífica específica del disolvente El uso de materiales auxiliares también puede optimizarse con respecto al consumo de energía de otra manera. Es muy importante la correlación entre el consumo de recursos y el consumo de energía. Reglas básicas para síntesis sostenibles minimización del consumo energético y de recursos El uso extensivo de materiales auxiliares dentro de la reacción y el procesado afecta negativamente el consumo de recursos. Además, la cantidad de materiales auxiliares empleados contribuye al consumo de energía por ejemplo necesitando energía adicional para su calentamiento. Esto afecta al consumo de suministros y energía en la preproducción, lo que es importante esde un punto de vista holístico. A menudo se usan materiales auxiliares en exceso. Cantidades de materiales auxiliares Regla básica 7: cantidades de materiales auxiliares Las cantidades de materiales auxiliares deben reducirse a la cantidad realmente necesaria. Los experimentos preliminares ayudan a determinar la cantidad correcta. Si es posible debe integrarse en la reacción la eliminación de materiales auxiliares. El agua de refrigeración tiene gran importancia similar a la del disolvente debido a su parte del consumo de materiales. 3

4 Agua de refrigeración Regla básica 8: agua de refrigeración El flujo de agua de refrigeración debe ajustarse al mínimo necesario. El empleo de recirculadores de agua de refrigeración puede afectar favorablemente el impacto medioambiental de una reacción. El consumo de agua de refrigeración puede reducirse empleando un recirculador o un criostato, lo que aumenta sin embargo el consumo energético. Si es necesario el empleo de hielo para enfriar reacciones, su uso debe ser limitado igualmente a la cantidad necesaria debido al alto consumo de energía requerida para su producción. hielo Regla básica 9: hielo El hielo para enfriar reacciones debe usarse considerando una seguridad de la reacción lo más económica posible. Además de las cantidades de los materiales auxiliares empledos también tienen influencia sus características en el impacto medioambiental de las síntesis de laboratorio. A continuación se formulan las reglas básicas para minimizar los impactos medioambientales. El interés se centra en los materiales auxiliares Reglas básicas para síntesis sostenibles minimización de los potenciales de toxicidad Cuando se crean reglas para minimizar potenciales de toxicidad no suelen tenerse en cuenta los eductos. Generalmente suele ser deseable la optimización hacia materiales de partida no tóxicos, pero no siempre es posible la variación de los eductos para la síntesis de un determinado compuesto. Los problemas al seleccionar los materiales auxiliares empleados son menos significativos. Aquí parece más sencillo tener en cuenta los considerables efectos potenciales. 4

5 Toxicidad de los disolventes Al seleccionar los disolventes también hay que considerar su toxicidad potencial. Estas sustancias no deben llegar al medio ambiente. Regla básica 10: toxicidad de los disolventes Toxicidad de los materiales auxiliares Regla básica 11: toxicdad de los materiales auxiliares Al seleccionar los materiales auxiliares debe tenerse en cuenta su toxicidad potencial. Después de su uso estos materiales deben reciclarse o eliminarse de forma benigna para el medio ambiente. Como se ha mencionado en capítulos anteriores, también se pueden originar grandes impactos medioambientales a partir de los procesos previos y posteriores a una reacción en concreto. El considerar la preproducción de los eductos asignados y los materiales auxiliares puede ayudar a reducir el impacto medioambiental desde un punto de vista holístico. Reglas básicas para síntesis sostenibles consideración de la preproducción Dentro de la producción de compuestos químicos a menudo se generan diferentes impactos medioambientales dependiendo de la complejidad de la molécula. Muy a menudo, no se puede influir en estos impactos medioambientales. Sin embargo, el experimentador puede reducir el suministro de compuestos químicos a la cantidad necesaria para la reacción. En los últimos años se han incrementado los esfuerzos para proporcionar balances de flujo de material para diferentes productos químicos. De esta forma en el futuro será más sencillo considerar la preproducción de los eductos y los materiales auxiliares. Es posible optimizar las reacciones seleccionando los materiales con bajo impacto medioambiental en la preproducción. preproducción Deben considerarse las cargas de los eductos y materiales auxiliares en los procesos preliminares al seleccionar el material. Regla básica 12: consideraciónde los procesos preliminares 5

6 En la siguiente tabla (Tab. 1) se presentan nuevamente de forma resumida todas las "reglas básicas para síntesis sostenibles". Además, cada una de las reglas básicas tiene asignado un pictograma que puede facilitar su aplicación, de forma similar a los símbolos de peligrosidad. La consideración de estas reglas de optimización puede ayudar a reducir el consumo de recursos y de energía de las reaccuiones de laboratorio así como sus impactos medioambientales. Además, los que decidan en el futuro pueden ser sensibilizados por el interés por un desarrollo sostenible por una aplicación fundamentada de las "reglas básicas para síntesis sostenibles" en su aprendizaje. Aislamiento térmico Condiciones experimentales El montaje del experimento debe star aislado de la mejor manera posible. La temperatura de la reacción así como su duración deben limitarse al grado necesario. Elección de equipo El montaje experimental debe adaptarse a la cantidad requerida. Suministro de energía c p materiales auxiliares c p disolvente Cantidades de materiales auxiliares Agua de refrigeración hielo Es preferible el uso de una manta de calefacción a una placa de calefacción con un baño de aceite. Los nuevos métodos de suministro de energía (p.ej. microondas o ultrasonidos) pueden tener efectos positivos.. Los materiales auxiliares deben tener una capacidad calorífica específica lo más pequeña posible. Los disolventes deben seleccionarse de forma que tengan una capacidad calorífica específica pequeña a la temperatura necesaria para la reacción. Las cantidades de materiales auxiliares deben reducirse a la cantidad realmente necesaria. Los experimentos preliminares ayudan a determinar la cantidad correcta. Si es posible debe integrarse en la reacción la eliminación de materiales auxiliares. El flujo de agua de refrigeración debe ajustarse al mínimo necesario. El empleo de recirculadores de agua de refrigeración puede afectar favorablemente el impacto medioambiental de una reacción. El hielo para enfriar reacciones debe usarse considerando una seguridad de la reacción lo más económica posible. 6

7 Toxicidad de los disolventes Toxicidad de los materiales auxiliares preproducción Al seleccionar los disolventes también hay que considerar su toxicidad potencial. Estas sustancias no deben llegar al medio ambiente. Al seleccionar los materiales auxiliares debe tenerse en cuenta su toxicidad potencial. Después de su uso estos materiales deben reciclarse o eliminarse de forma benigna para el medio ambiente.. Deben considerarse las cargas de los eductos y materiales auxiliares en los procesos preliminares al seleccionar el material.. tab.1: reglas básicas para síntesis duraderas [1] Diehlmann, A., Kreisel, G., Gorges, R. (2003). Contribución a Developing Sustainability in Chemical Education. The Chemical Educator, 8 7

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