Química Verde (Green Chemistry, Química Sustentável) Fernanda Neumann Isabela Lacerda de Paiva Paola Araújo Pedro Ivo Rodrigues Moraes Raiane Lopes
A Química Destaca-se por sua presença desde combustíveis aos mais complexos medicamentos. A produção química Gera inúmeros inconvenientes, como a formação de subprodutos tóxicos e a contaminação do ambiente e do próprio homem. As indústrias químicas Deve-se aprimorar o desenvolvimento de processos, que sejam cada vez menos prejudiciais ao meio ambiente. Grande volume de efluentes tóxicos Pode ser minimizado através de diversos caminhos, como: o emprego de reagentes alternativos apropriados, o aumento da seletividade para maximizar o uso dos materiais de partida, a utilização de catalisadores para facilitar a separação do produto final da mistura, bem como a reciclagem dos reagentes e catalisadores empregados no processo. 2 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003
Histórico 1972: ocorreu a conferência de Estocolmo sobre o meio ambiente. O direito ambiental passou a ser reconhecido como ramo jurídico. Alertou-se o mundo para os malefícios que a deterioração do ecossistema poderia causar à humanidade como um todo. Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA): o licenciamento de qualquer atividade modificadora do meio ambiente dependerá da elaboração do estudo do impacto ambiental (EIA) e respectivo relatório de impacto ambiental (RIMA), que devem ser aprovados por órgãos estaduais competentes e pelo IBAMA. 3 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
No artigo 225, a Constituição de 1988 traz leis no que diz respeito à proteção ambiental. OsparágrafosIVeVfalamdanecessidadedeseexigirumestudo prévio para a realização de atividades potencialmente causadoras de poluição e do controle da produção, comercialização, emprego de técnicas e substâncias que possam acarretar riscos à qualidade devidaedomeioambiente. 1992: no Rio de Janeiro foi elaborado um documento chamado Agenda 21, onde os países se comprometiam em prezar pelo chamado desenvolvimento sustentável. 21 de setembro de 1999: o Decreto 3.179 prevê desde multas até a suspensão parcial ou total das atividades para as infrações ou crimes ambientais. 4 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
Atualmente: entre as diversas normas internacionais de gestão (ISO), encontramos a ISO 14000 que se aplica à gestão ambiental. Estas normas contêm requisitos técnicos sobre gestão ambiental que podem ser auditados para fins de certificação, registro e/ou autodeclaração. Após um processo químico normalmente geram um lixo tóxico que precisa ser tratado(resíduo): encaminhar os resíduos para as estações de tratamento, reciclar ou reutilizar os resíduos e incinerar os resíduos tratados. 5 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
A Química Verde, também conhecida como Química Limpa, é um tipo de prevenção de poluição causada por atividades na área de química. Visa desenvolver metodologias e/ou processos que usem e gerem a menor quantidade de materiais tóxicos e/ou inflamáveis. Os riscos seriam minimizados e, uma vez que o processo fosse implantado, os gastos com tratamento de resíduos seriam menores. 6 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
Definição "Química Verde consiste na utilização de um conjunto de princípios que reduzem ou eliminam o uso ou a geração de substâncias perigosas durante o planejamento, manufatura e aplicação de produtos químicos". (Livro Química Verde: teoria e prática, lançado em 1998 pela Oxford University Press). "Química Verde é o uso da química para prevenir a poluição. Mais especificamente, é o planejamento de produtos e processos químicos que sejam saudáveis ao ambiente". (EPA, Agência de Proteção Ambiental). Paul T. Anastas. John C. Warner. 7 http://meioambientetecnico.blogspot.com.br/2011/10/quimica-verde.html, acessado em 05 de Novembro de 2013.
Colocam a nova ciência como aquela que evita a fabricação de produtos poluentes. A EPA é mais enfática e preconiza a fabricação de produtos benéficos ao ambiente. Paul T. Anastas. John C. Warner. Quase a mesma coisa, mas não exatamente a mesma Química. 8 http://meioambientetecnico.blogspot.com.br/2011/10/quimica-verde.html, acessado em 05 de Novembro de 2013.
Os 12 princípios Prevenção, é melhor prevenir a formação de subprodutos do que tratá-los posteriormente; Economia de átomos, os métodos sintéticos devem ser desenvolvidos para maximizar a incorporação dos átomos dos reagentes nos produtos finais desejados; Sínteses com compostos de menor toxicidade, sempre que possível deve-se substituir compostos de alta toxicidade por compostos de menor toxicidade nas reações químicas; Desenvolvimento de compostos seguros, os produtos químicos deverão ser desenvolvidos para possuírem a função desejada, apresentando a menor toxicidade possível; 9 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003
Diminuição de solventes e auxiliares, a utilização de substâncias auxiliares (solventes, agentes de separação, etc) deverá ser evitado quando possível, ou usadas inócuas no processo; Eficiência energética, os métodos sintéticos deverão ser conduzidos sempre que possível à pressão e temperatura ambientes, para diminuir a energia gasta durante um processo químico que representa um impacto econômico e ambiental; Uso de substâncias recicladas, os produtos e subprodutos de processos químicos deverão ser reutilizados sempre que possível; Redução de derivativos, a derivatização (uso de reagentes bloqueadores, de proteção ou desproteção, modificadores temporários) deverá ser minimizada ou evitada quando possível, pois estes passos reacionais requerem reagentes adicionais e, consequentemente, podem produzir subprodutos indesejáveis; 10 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003
Catálise, a aplicação de catalisadores para aumentar a velocidade e o rendimento dos processos químicos; Desenvolvimento de compostos para degradação, produtos químicos deverão ser desenvolvidos para a degradação inócua de produtos tóxicos, para não persistirem no ambiente; Análise em tempo real para a prevenção da poluição, as metodologias analíticas precisam ser desenvolvidas para permitirem o monitoramento do processo em tempo real, para controlar a formação de compostos tóxicos; Química segura para a prevenção de acidentes, as substâncias usadas nos processos químicos deverão ser escolhidas para minimizar acidentes em potencial, tais como explosões e incêndios. 11 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003
Áreas de atuação i. No uso de reagentes alternativos e renováveis, com o objetivo central de diminuir os reagentes tóxicos e não biodegradáveis; ii. No uso de reagentes inofensivos durante o processo de síntese para evitar perdas indesejáveis, aumentando o rendimento da produção; iii. Na mudança de solventes tóxicos por outros solventes alternativos; iv. No melhoramento dos processos naturais, tais como biosínteses, biocatálises; v. No desenvolvimento de compostos com baixa toxicidade; vi. No desenvolvimento de condições reacionais para se obter maior rendimento e menor geração de subprodutos e, vii. Na minimização do consumo de energia. 12 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003
Aplicações 1. Economia atômica: 1991: o conceito foi introduzido por Trost e é um parâmetro para medir a eficiência sintética de uma reação. Segundo ele, a reação ideal seria aquela onde toda a massa dos reagentes está contida no produto. Desta forma, teríamos um melhor aproveitamento das matérias-primas e, conseqüentemente, seriam gerados menos resíduos. A adição de Diels-Alder é um excelente exemplo de uma reação com 100% de economia atômica, já que toda a massa dos reagentes é incorporada ao produto. 13 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
Este conceito é economicamente importante para a indústria, já que este setor é o maior gerador de resíduos que contaminam o meio ambiente. 14 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
2. Solventes: Uma área importante da Química Verde está na investigação do meio reacional. Um dos principais problemas da indústria química está relacionado com a utilização de solventes orgânicos (voláteis ou não) em seus processos, já que, dependendo do solvente utilizado, sua manufatura, transporte, estoque, manuseio e descarte representam aspectos que demandam cuidado e capital. A Química Verde estuda estratégias para minimizar estes problemas. Atualmente, as reações orgânicas utilizando água como solvente são consideradas uma estratégia importante. 15 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
3. Reações catalíticas: Quaisquer reações catalíticas são excelentes do ponto de vista de menos substâncias envolvidas para se realizar uma reação. Uma simples hidrogenação catalisada por pequena quantidade de um metal ou reações com zeólitas são sempre bem vistas, pela baixa geração de resíduos. Atualmente, muitas reações tradicionais estão sendo feitas com catalisadores. Epoxidaçãode olefinas não funcionalizadas por água oxigenada e catalizador de rutênio. 16 Stoop, R. M.; Mezzetti, A.; Green Chemistry 1999, 1, 39.
3.1) Biocatálise Assimétrica: As áreas industrial e acadêmica têm, há longo tempo, interesse em reações catalisadas por enzimas. A partir de 1980 houve um aumento exponencial no interesse na área de biotransformação. Podemos utilizar tanto enzimas como células íntegras. Baixo custo; Contém tanto as enzimas quanto as coenzimas para o processo; Menor perda de atividade. ₓ Podem ocorrer reações laterais; ₓ Permeabilidade do substrato pela membrana. 17 Roberts, S. M.; Turner, N. J.; Willetts, A. J.; Turner, M. K.; Introduction to BiocatalysisUsing Enzymes and Micro-organisms, Cambridge University Press, 1995. Paiva, L. M. C.; Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil, 1992.
A utilização de enzimas em síntese orgânica tem muitas vantagens em relação a muitas reações da química orgânica convencional: as enzimas apresentam alta quimiosseletividade, regiosseletividade e estereosseletividade, além de possibilitar a geração de produtos com atividade ótica; enzimas podem promover reações que dificilmente podem ser simuladas pelas técnicas da síntese orgânica convencional; enzimas são catalisadores naturais que trazem benefícios comerciais e/ou ecológicos. Esterificação enzimática 18 Faber, K.; Biotransformations in Organic Chemistry, Springer-Verlag: Berlin, 1992. Tramper, J.; Vermuë, N. H.; Beeftink, H. H.; von Stockar, U.; Biocatalysisin Non-conventionalMedia,, ElsevierScience: Amsterdam, 1992.
4. Desenvolvimento de compostos de menor toxicidade: O aprimoramento de compostos comerciais com o objetivo da diminuição de sua toxicidade. O ancoramentode agroquímicoscomerciais em superfícies de sílica. Aumento da sua efetividade; Diminuição de perda por lixiviação; Efetiva diminuição de toxicidade; Maior durabilidade do material evitando aplicações excessivas; Não afeta gradativamente a microbiota dos solos. Ancoramentodo agroquímico picloramem cloropropilssílica. 19 Prado, A. G. S.; Airoldi, C.; Pest Manage. Sci. 2000, 56, 419. Prado, A. G. S.; Airoldi, C.; J. Colloid Interface Sci. 2001, 236, 161.
5. Líquido iônico: Características: 1. Líquidos sob uma ampla faixa de temperatura; 2. Densidades elevadas; 3. Desprezível inflamabilidade; 4. Baixa toxicidade (Química Verde); 5. Boa estabilidade química e térmica; 6. Ampla janela eletroquímica de potencial. Aplicações: 1. Extração de compostos; 2. Processos Eletroquímicos; 3. Reações Catalíticas; 4. Biocatálise; 5. Substituição de solventes orgânicos. 20
Tabela 1.Ânions presentes em Líquidos Iônicos(LI). FRANZOI,A.C; BRONDANI,D;ZAPP.E;MOCCELINI,S.K;FERNANDES,S.C;VIEIRA,I.C. Incorporações de Líquidos Iônicos e Nanopartículas metálicas na construção de sensores eletroquímicos. Quim. Nova, V.34,n.6,p.1042-1050,2011. NAVARRO,J.M;ROSA. Mais que uma moda? Líquidos Iônicos à temperatura ambiente. Caparica, p.29-35 21
6. Fontes renováveis: Um dos princípios da Química Verde fala sobre processos que usem matérias-primas de fontes renováveis. Um exemplo importante neste sentido, em termos nacionais, está na utilização de cana-de açúcar. A sua fermentação para a produção de álcool, que pode ser usado como combustível em substituição a combustíveis fósseis, tem sido motivo de discussão no país desde a década de 70 com o Proálcool, levando a muitos progressos. Além disto, alguns benefícios do álcool no Brasil é o pioneirismo na total eliminação de chumbo tetraetila da gasolina, que foi substituído pela adição de álcool. 22 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
7. Química Verde nos cursos de química: Muitos cursos de química apresentam a química ambiental em seus currículos. Porém, poucos apresentam os conceitos laboratoriais sobre a prevenção da geração de subprodutos indesejáveis e tóxicos ao ambiente, que é o princípio fundamental da química verde. O código de conduta da American Chemical Society afirma: Os químicos têm a responsabilidade profissional de servir ao interesse público e ao bem-estar, através dos seus conhecimentos científicos. Os químicos deverão ter cuidados com a saúde e o bem-estar dos companheiros de trabalho, consumidores e da comunidade; deverão compreender e antecipar as consequências ambientais do seu trabalho. Os químicos têm a responsabilidade de evitar a poluição e proteger o meio ambiente. 23 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003
Presença brasileira Green Chemistry (revista científica): já existe a participação brasileira no desenvolvimento da ciência verde. Desenvolvimento de catalisadores sólidos, com o objetivo de aumentar o rendimento da reação e diminuir a formação de subprodutos; Desenvolvimento de sistemas de fluxo sequencial para a diminuição do uso de reagentes, através do seu tratamento; Produtos comerciais modificados para serem menos tóxicos; O ancoramento de substâncias quelantes em matrizes sólidas para a remoção de contaminantes de solventes; A modificação de procedimentos sintéticos para o aumento do rendimento das reações, bem como para eliminação de solventes orgânicos usados durante os processos. 24 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005
Conclusões A Química Verde é, na realidade, uma filosofia que busca o desenvolvimento sustentável. Um processo de conscientização com relação ao meio ambiente; O homem explorou de maneira desmedida a natureza, de forma inconsciente; O planeta Terra já dá sinais claros de seu esgotamento, diminuindonosdiasdehojeaqualidadedevida; Assim, visamos a cada dia o maior aprimoramento dos objetivos propostos pela química verde. 25
Conclusões E a sua utilização efetiva e cotidiana é o grande desafio a ser vencido: Cada vez que conseguimos cumprir necessária a formação de com alguns dos pessoal com consciência em quesitos da Química um desenvolvimento Verde, estamos sustentável; caminhando para uma a regulamentação utilização mais de leis rígidas consciente no âmbito dos ambiental; nossos o recursos desenvolvimento naturais e para de processos a manutenção verdes da vida mais econômicos, no planeta. os quais são os pilares para o enraizamento desta filosofia científica. 26
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