p A indústria química foi responsável por inúmeros avanços tecnológicos, mas também muitos problemas ambientais e desastres. Princípios aplicados por meio do que é chamado de química verde buscam reduzir ou eliminar substâncias perigosas no projeto, fabricação e uso de produtos químicos. p Esses princípios são agora amplamente apresentados como a solução para tornar a química um campo que se desenvolve de forma mais sustentável. Os alunos de química de hoje esperam ser educados tendo em mente o impacto ambiental. A pesquisadora de educação em química Julie Haack, da Universidade de Oregon, observa que os métodos de laboratório que levam a resultados mais ecológicos são essenciais para a forma como os educadores em química equipam os químicos para hoje e para o futuro.

p Como membro do corpo docente de química e pesquisador do ensino de química verde na Universidade de Winnipeg, com meu colega Michael Weibe, descobri que há vários benefícios no desenvolvimento de novos experimentos que incorporam os princípios e métricas da química verde.

p Quando os alunos praticam química verde, eles aprendem a pensar criticamente sobre o impacto global de seu campo - e fortuitamente, eles também se apaixonam por estudar de perto os princípios e técnicas envolvidos na transformação química.

p Ao apresentar comparativamente os princípios e métricas da química verde para alunos de graduação, os instrutores podem incutir a consideração dos princípios e métricas da química verde nas rotinas diárias dos futuros químicos. Eles podem desafiar os químicos em treinamento a sempre procurar por rotas alternativas, e inspirar curiosidade significativa e proposital.

p Produtos químicos perigosos

p Por exemplo, na lição seguinte, os alunos podem aprender que um desenvolvimento aparentemente pequeno em como os químicos escolhem sintetizar produtos químicos pode significar manter grandes volumes de produtos químicos perigosos fora do fluxo de resíduos no nível industrial.

p Uma reação chamada substituição nucleofílica aromática é um exemplo de experimento de laboratório que os alunos de graduação em química orgânica geralmente podem realizar em cerca de uma hora.

p A imagem abaixo é uma representação esquemática dessa reação. Os químicos que trabalham na indústria podem fazer esta síntese como uma das várias etapas na produção de produtos farmacêuticos, plásticos ou têxteis.

p Nesta etapa, o bromo (Br) é simplesmente substituído por um composto orgânico de nitrogênio (N).

p Agora, o impacto ambiental resultante de uma reação como esta geralmente não é o próprio composto alvo (2, 4-dinitro-N, N-dietilanilina). Em vez disso, os perigos relacionados são mais prováveis ​​de serem os reagentes, solventes e energia que são necessários para o sucesso da transformação. Este experimento tradicionalmente usa tolueno como solvente, que é tóxico, e requer um catalisador chamado brometo de tetrabutilamônio (TBAB). Há também a energia necessária para ferver o tolueno por uma hora até um ponto de ebulição alto.

p Considere as alternativas

p Em laboratórios de graduação em química, os alunos aprendem rapidamente que o desenvolvimento de novos processos requer uma ética de trabalho metódica e comprometida. Os alunos entendem que pode levar meses ou anos para o químico desenvolver rotas menos perigosas para as mesmas moléculas-alvo.

p Desenvolvendo novos, menos perigoso, as rotas podem não parecer práticas ou possíveis, especialmente quando os alunos consideram as expectativas de fatores externos, como supervisores acadêmicos ou empregadores que podem não estar comprometidos com a química verde.

p Em vez de ficar satisfeito com o sucesso dos métodos tradicionais de risco, todos os químicos devem ser treinados para inspecionar alvos e experimentos de perto e fazer a si mesmos as seguintes perguntas:

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• O rendimento (a quantidade de produto obtido) pode ser aumentado?
• Por que foram usados ​​reagentes ou solventes específicos? No exemplo acima, o tolueno tóxico foi usado porque é um solvente orgânico de alto ponto de ebulição apropriado para a alta temperatura necessária para essa transformação acionada pelo calor. O TBAB utilizado é um catalisador de transferência de fase que permite que a reação ocorra de forma mais rápida e com maiores rendimentos. Mas poderia ser usado um sistema de solvente mais benigno, ou outras medidas tomadas para impactar o ritmo e o rendimento do experimento?
• Quantos materiais são necessários para formar o produto final - e por associação, quanto vai para o lixo? Por exemplo, os químicos podem determinar a economia de átomos (AE) dessa reação. Um alto AE significa um processo químico mais sustentável, enquanto um AE baixo significa um processo com mais desperdício. Esta etapa é chamada de determinação de métricas de química verde.

p No exemplo acima, o átomo de Br e o TBAB não estão no produto final. Eles acabam na corrente de resíduos, o que diminui o EA experimental dessa reação. Resumindo:é menos sustentável.

p Uma rota mais verde

p Com meus colegas, Estou desenvolvendo técnicas experimentais que incorporam os princípios e métricas da química verde e também levam a um maior interesse dos alunos em examinar criticamente seu trabalho de laboratório e os resultados.

p Um exemplo é um experimento que treina os alunos a comparar a síntese assistida por micro-ondas com a técnica tradicional de fervura (descrita acima).

p Os alunos descobrem que essa rota é consistentemente bem-sucedida na produção da mesma molécula-alvo do experimento mais tradicional:ela leva à mesma síntese e é mais ecológica e fácil.

p Entre as outras vantagens, este método tem um tempo de reação de cinco minutos, em comparação com uma hora de fervura, junto com uma avaliação de reação muito mais rápida. Ele usa a mistura de solvente mais benigna de etanol / água (o tolueno é uma neurotoxina e embriotoxina); tem um maior rendimento e um maior AE, o que significa que menos reagentes são necessários para a síntese desejada.

p Economia do átomo

p Quando eu ensinei este experimento alternativo, Descobri que os alunos compreendem imediatamente os benefícios do aumento do rendimento e da mistura de solventes benignos. E, o aumento da AE da rota auxiliada por microondas estimula discussões importantes.

p Este experimento ilustra a oportunidade de orientar os alunos a explorar o impacto ambiental do pequeno aumento nesta métrica de química verde. Os instrutores podem discutir como tal ajuste poderia funcionar na química industrial aplicada:por exemplo, só nos EUA, as empresas químicas estão produzindo atualmente entre 100, 000 a 500, 000 libras de TBAB como intermediário para facilitar a produção de outros compostos.

p Remover este composto de uma rota sintética remove automaticamente todos os reagentes, solventes e energia na produção, e descartar, esse mesmo composto.

p O aprendiz de químico aprende que um desenvolvimento de pesquisa que leve a um aumento na economia de átomos pode ter um impacto ambiental profundo em um ambiente industrial.

p Para mudar a mentalidade da indústria química de uma orientação econômica para uma orientação para a sustentabilidade, os cientistas devem desenvolver novos processos científicos que priorizem as considerações ambientais. p Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.