universidad de murcia facultad de...

UNIVERSIDAD DE MURCIA

FACULTAD DE QUÍMICA

LA ESPERANZA VERDE DE LA QUÍMICA

LECCIÓN INAUGURAL Curso 2007-2008

Prof. Dr. José Luis Iborra Pastor

Enzymes find pastures greenerChemists put biological catalysts to work in clean industrial solvents.

17 April 2002 PHILIP BALL

In a move towards cleaner chemical processing, researchers in Spain have worked out how to use enzymes as catalysts using two 'green' solvents: one to dissolve the enzyme, the other to dissolvethe materials it transforms.

Jose Iborra of the University of Murcia in Spain and co-workers have used a combination of supercritical carbon dioxide and ionic liquids to help an enzyme transform some organic molecules. This is an ideal form of green chemistry, as it uses natural catalysts in clean solvents.

http://www.nature.com/nsu/profiles/aboutus.html#ball

LA ESPERANZA VERDE DE LA QUÍMICA

• La Química Verde o Tecnología Sostenible.

• Las enzimas son catalizadores verdes.

• Los solventes neotéricos: fluidos supercríticos y líquidos iónicos.

• ¿Cómo diseñar y realizar procesos continuos de síntesis química verde con enzimas y solventes neotéricos?

• Conclusiones.

¿Qué es la “Química Verde”?

√ La Química Verde o “Tecnología Sostenible” se ocupa del diseño de productos y procesos químicos que reducen o eliminan el uso y producción de sustancias peligrosas.

√ La Química Verde es:

• Lógica desde el punto de vista científico.

• Más segura que los procesos convencionales.

• De menor coste.

• Compatible con un desarrollo sostenible.

La esperanza verde de la Química

√ Término acuñado por Anastas en 1991 (Agencia de Protección Ambiental USA).

http://www.epa.gov/greenchemistry/index.html

¿Qué es la “Tecnología Sostenible”?

√ Término empleado por la industria química.

√ Es la tecnología necesaria para cubrir las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para conseguir sus propias necesidades.

√ Las diferencias entre ambos términos estriba en que la “Sostenibilidad” es el objetivo y la “Química Verde” es el medio para conseguirla.


Los 12 principios de la “Química Verde”

1. La prevención de formación de residuos en lugar de remediación. 2. Economía atómica.3. La reducción de productos químicos tóxicos/peligrosos.4. La generación de productos eficaces pero no tóxicos.5. La reducción del uso de solventes volátiles y tóxicos, y de

sustancias auxiliares.6. La disminución en el consumo energético.7. La utilización de materias primas renovables.8. La reducción del número de etapas de los procesos de síntesis y

en concreto de las reacciones de derivatización.9. La potenciación de la catálisis lo más selectiva posible, en lugar

de reactivos estequiométricos.10. La generación de productos biodegradables.11. El desarrollo de metodologías analíticas para la prevención de la

contaminación.12. La minimización del riesgo de accidentes químicos.



¿Qué es la economía atómica

√ Es la aceptabilidad ambiental de un proceso químico.

√ Se mide por varios factores: • El factor E.• La Eficacia atómica.• El rendimiento de masa efectivo (EMY).• La intensidad de masa (MI).• La productivad de masa (1/MI).

√ El factor E es la cantidad actual de residuo producido en el proceso de fabricación a excepción del producto deseado.

El factor E ideal es cero.

Los más utilizados


Sector IndustrialTonelaje de productoa)

kg residuob)/kgproducto

Refinería petróleo 106 – 108 <0,1Industria Química 104 – 106 <1 – 5

Química Fina 102 – 104 5→50Farmaceúticos 10 – 103 25→100

a) Rango de volumen de producción anual de un producto.b) Definido para todo residuo producido a excepción del producto deseado.

Valores del Factor E

Una de las principales causas es el uso excesivo de reactivos inorgánicos bajo la metodología “estequiométrica”.

La solución a este problema es la sustitución de la metodología estequiométrica clásica por alternativas catalíticas más limpias.

El verdor comienza con los catalizadores

ENZIMAS: PROTEÍNAS CATALÍTICAS DE LAS CÉLULAS VIVIENTESENZIMAS: PROTEÍNAS CATALÍTICAS DE LAS CÉLULAS VIVIENTES

!!Eficacia catalítica excelente!!

Biocatálisis Estructura-3D

* Alta actividad, selectividad (Estéreo-, Quimo-).

* Condiciones suaves (H2O, 37ºC, pH=7,0).* Elevado número de enzimas (naturales y modificadas química- y genéticamente).

* Biodegradables. Lipasa B de C. antarcticaProtein Data Bank

¿Se pueden utilizar los BIOCATALIZADORES en los procesosquímicos?¿Se pueden utilizar los BIOCATALIZADORES en los procesosquímicos?

Condiciones duras para “la vida”Condiciones duras para “la vida”* Medios no acuosos.• Temperaturas elevadas.• pHs extremos.


• En la década de los 80, se descubrió que las enzimas eran capaces de actuar en solventes orgánicos (benceno, acetona, etc).

• En estos medios las enzimas muestran “nuevas” actividades, p.ej., las HIDROLASAS actúan como SINTETASAS.

• Son capaces de biotransformar “nuevos” sustratos, p.ej., penicilinas semisintéticas.

• Muestran actividades y especificidades buenas.

La biocatálisis en medios no acuososLa esperanza verde de

la Química

√ Sufren fenómenos de desactivación y desnaturalización.

√ Para evitar estos fenómenos se necesita:

1) Controlar los parámetros relacionados con el agua: Log P,

Aw, [H2O].

2) Estabilizar las enzimas.

0 20 40 60 80 1000

3

6

9

[ Solvent ] ( %, v/v )

Act

ivity

(U /

g so

p)

DMSDMFAcNAcetoneTHF

Comportamiento de enzimas en solventes orgánicos miscibles con agua

• La enzima quimotripsina inmo-vilizada en Celite mostró baja actividad en la síntesis del péptido Bz-Tyr-ArgOEt.

• A altas concentración de solventes orgánicos, su actividad fue nula.Act = 0

P. Lozano, T. De Diego & J.L. Iborra, (1997) Biotechnol. Lett., 19, 1005-1009.


• Existió un efecto de desactivaciónpor “stripping” de las moléculas de agua esenciales para la actividad de la enzima.

Comportamiento de enzimas en solventes orgánicos inmiscibles con agua

[H2O] ( v/v )0 1 2 3 4

Act

ivity

( U

/mg

)

0

15

30

45

60

150175

SIntesisHIdrólisis

A B C

Sist

ema

Bifá

sico

Soporte H2O Solvente

A B C

V. Levitsky, P. Lozano & J.L. Iborra, 2000. Enzyme Microb. Technol., 26, 608-613.

• La enzima quimotripsina inmovilizada en Celitemostró actividad en la síntesis del péptido Bz-Tyr-ArgOEt.

• El mejor medio fue Hexano (90 %) + Isopropanol (10 %).

• Existió una concentraciónde agua esencial para la máxima actividad sintéticade la enzima (1 %).• A concentraciones supe-

riores hubo hidrólisis.


¿Cómo solventar los inconvenientes de utilizar los solventes orgánicos?

* FLUIDOS SUPERCRÍTICOS (1985- …)* LÍQUIDOS IÓNICOS (2000- …)

* FLUIDOS SUPERCRÍTICOS (1985- …)* LÍQUIDOS IÓNICOS (2000- …)

Mediante los solventes neotéricos (nuevos)

⌦ Desarrollar procesos industriales limpios.

⌦ Evitar medios peligrosos de reacción.

⌦ Fácil recuperación de los productos.

⌦ REUTILIZACIÓN DE LOS SOLVENTES.

⌦ Biocatálisis en Solventes Neotéricos.

QUÍMICA FINA QUÍMICA VERDE


Publicaciones en líquidos iónicosFuente: ISI Web of Science

Ionic liquid in the title, abstract or keywords

Año de publicación

Núm

ero

de P

ublic

acio

nes

Publicaciones totalesPatentes


Los fluidos supercríticos como medio de reacción

VENTAJAS⌦ Transporte de materia elevado.

Difusividades de gases y densidades de líquidos.

⌦ Propiedades regulables como solventes(P, T, cosolventes, etc).

⌦ Fácil recuperación de productos.

⌦ Solventes “verdes”.

⌦ Capacidad de extracción alta.

⌦ Elevado coste de los equipos apropiados de alta presión

p.e. CO2: Tc =31,3 ºC; Pc = 72,9 bar; δc= 0,47 g/mL

Temperature ( ºC )

Pres

sure

( b

ar )

Tc

Pc

SOLIDLIQUID

GASTriple Point

Critical Point

SUPE

RCRI

TICA

L

INCONVENIENTES


Temperature ( ºC )

Pres

sure

( b

ar )

Tc

Pc

SOLID

LIQUID

GASTriple Point

Critical Point

SUPE

RCRI

TICA

L

P T

LIQ

UID

CO

2

MO

TOR

REACTOR

HEAT

P

COLDHPP

PRODUCTS

SUBSTRATES

CELITE-ENZYME PARTICLE

Esquema experimental de un reactor enzi-mático en dióxido de carbono supercrítico


Comportamiento de enzimas en dióxido de carbono supercrítico, inmiscible con agua

Time ( min )

0 50 100 150 200

Con

cent

ratio

n (%

)

0

20

40

60

80

100

VBBBBuA

SCCO2 Density (g/mL)

0.2 0.4 0.6 0.8

Act

ivity

(U/m

g IM

E)

0

1

2

3

4

540 ºC50 ºC60 ºC

Lozano et al., 2004. J. Supercrit. Fluids, 29, 121-128.

• La enzima lipasa CAL B inmovilizada en Celite mostró un 100% de conversión en la síntesis del éster butirato de etilo.

• El medio fue SCCO2 (100 bar, 50 ºC).

• También fue necesaria una concentración de agua esencial para la máxima actividad sintética de la enzima (1 %).


Los líquidos iónicos como medio de reacción

Polaridad.Viscosidad.Densidad.Miscibilidad con H2O.

NO son VOLÁTILES, ni inflamables. Alta estabilidad térmica.Amplio rango de temperatura en fase líquida.Buenos solventes.Propiedad como solvente regulable.Carga eléctrica deslocalizada.

Excelente medio no acuoso para las biotransformaciones.

Son líquidos formados completamente por iones.

[Bmim]+

[PF6]-

Ethanol


Poole, C.F. (2004). J. Chromatogr. A, 1037, 49-82.

Inmisciblescon H2O

Alta polaridad.

Inmiscibilidad con H2O.

¡Preservan las moléculasde H2O esenciales para la actividad de las enzimas!

H2O

Reichardt's Scale Polarity0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Bmim CF3SO3

MeOH

EtOH

CH2Cl2

AcN

Heptane

Bmim BF4

Omim BF4

Bmim NTf2

Bmim PF6

Omim PF6

Omim NTf2

Odmim NTf2

DMSODMF

Me4Si

Propiedades principales de los LILa esperanza verde de

la Química

Enzima(SE or IME)

Líquido Iónico Reacción

ProteasesTermolisinaα-QuimotripsinaAlcalasaLipasesC. antarcticaM. MieheiP. cepaciaC. RugosaOtrasOther enzymesPeroxidasasLacasa CCitocromo C oxidasaAlcohol DHasaMorfina DHaseβ-GalactosidasaEpóxido hidrolasaMandelato racemasaPenicilina acilasa

[bmim][PF6][omim][PF6][emim][NTf2][bmim][NTf2][C4tma][NTf2][C6tma][NTf2][emim][BF4][bmim][BF4] [omim][BF4] [epy][CF3CO2] : H2O[emim][BF4] : H2O[mmim][MeSO4]:H2O[bmim][OctSO4]:H2OOtros

Síntesis de Z-aspartame Síntesis de ésteres de aminoácidosResolución de ésteres de aminoácidosSíntesis de ésteres alifáticosResolución de 1-feniletanolAcilación de alcoholes alílicosSíntesis de poliésterResolución de rac-2-pentanolResolución de sec-lalcoholes arílicosSíntesis de palmitato de ascorbiloEsterificación of S-IbuprofenoOxidación de SiringaldazinaOxidación de GuayacolActividad redox Fe(III)/Fe(II) Reducción de 2-octanonaSíntesis de oxicodonaSíntesis de N-acetilgalactosaminaHidrólisis de óxido de β-metilestirenoResolución del ácido rac-mandélico

Utilización de enzimas en líquidos iónicosLa esperanza verde de

la Química

¿Cómo diseñar procesos catalíticos con líquidos iónicos?

1. Enzimas libres en líquidos iónicos como mediode reacción.

2. Enzimas inmovilizadas en soportes sólidos, recubiertas con líquidos iónicos.

3. Enzimas inmovilizadas en soportes sólidoscon líquidos iónicos unidos covalentemente.

IL Phase

+

+

Cl-

Cl-

N N

NN

ACTIVIDAD Y ESTABILIDAD

Experimentación

PAPEL DEL SOPORTE


¿Cómo realizar reacciones enzimáticas en líquidos iónicos?

Fase LI

Enzima

Fase LI

Ps P

Fase LI

P Ps

P

s

Fase LI

Disolvente orgánico

Fase LIs

Fase LI

ss

Sustratos

PP P Ps

P

ss

Reacción Extracción

P

Reciclado del líquido iónico y la enzima

Sistema bifásico

Reacción

OOC-R1

CH3-CHO

R1-COO-CH=CH2

LIPASA

R2-OH

R1-COO-R2

Lozano et al., (2006). In Immobilization of Enzymes and Cells (2nd Ed.). 23, 257-268. Humana Press

¡OJO!


Síntesis de éster de aminoácido

Éster propílico de la L-tirosina

Síntesis de éster de aminoácido

Éster propílico de la L-tirosina

Síntesis de ésteres alifáticosAcetato de butilo C6Propionato de butilo C7Butirato de butilo C8Propionato de hexilo C9Butirato de hexilo C10Propionato de octilo C11

Síntesis de ésteres alifáticosAcetato de butilo C6Propionato de butilo C7Butirato de butilo C8Propionato de hexilo C9Butirato de hexilo C10Propionato de octilo C11

Resolucionescinéticas

2 - Pentanol1- FeniletanolGlicidol

Resolucionescinéticas

2 - Pentanol1- FeniletanolGlicidol

Resolución cinéticadinámica

1 Feniletanol

Resolución cinéticadinámica

1 Feniletanol

I.L.

Actividad y enantioselectividadelevadas

Estabilidad extremadamente elevada

Actividad y enantioselectividadelevadas

Estabilidad extremadamente elevada

ENZIMASLipasasProteasas

ENZIMASLipasasProteasas

Procesos químicos analizados con enzimas libres en líquidos iónicos.


Synt

hetic

Act

ivity

(U/m

g)

0

2

4

6

Yiel

d ( %

)

0

20

40

60

80

100

A B C D E F

En las mejores condiciones, la enzima lipasa CALB en H2O (2% v/v) y a 50ºC resolvíó el alcohol secundario S-1 fenil etanol de la mezclaracémica, con muy elevado rendimiento y exceso enantiomérico.

CNN+

e.e. > 99.9 %

VISCOSIDADHIDROFOBICIDAD

A: HexanoB: [C3OHtma] [NTf2]

Líquidos iónicos funcionalizados

C: [C3CNtma] [NTf2]

D: [C5CNtma] [NTf2]

E: [C4tma] [NTf2]

F: [C6tma] [NTf2]

CNN+

OHN+

N+

Resolución cinética de rac-feniletanol con líquidos iónicos funcionalizados


EfectoProtector =

t1/2 (LI)

t1/2 (Hexano)

¡SOBRE-ESTABILIZACIÓN!

A: HexanoB: [C3OHtma] [NTf2]C: [C3CNtma] [NTf2]D: [C5CNtma] [NTf2]E: [C4tma][NTf2]F: [C6tma][NTf2]

Hal

f-life

tim

e ( d

)

0

50

100

150

200

250

300

A B C D E FPr

otec

tive

Effe

ct0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,2 2

HIDROFOBICIDAD

Lozano et al., (2004). Biotechnol. Prog., 20, 661-669.

Estabilidad de la enzima en la resolución de rac-feniletanol con los LIF


Efecto de los líquidos iónicos sobre la estructura de las enzimas

• Incremento de la termo-estabilidad (hasta 2.800 veces).

• Incremento del tiempo de vida media (hasta 280 días a 60 ºC).

De Diego et al., (2005). Biomacromolecules, 6, 1457-1464.


t = 0

300 325 350 375

Fluo

resc

. Int

ensi

ty (%

)

0

50

100

150

200

Wavelength (nm)

300 325 350 375 400

Water

Hexane

Water

Hexane

[Btma][NTf2]

[Btma][NTf2] t = 4 d

Wavelength ( nm )190 200 210 220 230

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

[ θ] (

deg

cm2 dm

ol-1

)·10-3

Seco

ndar

y St

ruct

ure

(%)

0

10

20

30

40

50

α -He

lixβ -

Stra

ndTu

rns

Unor

dere

d

Water, t = 0

Hexane, t = 4 d

[Btma][NTf2], t = 4 d

Water

Hexane

[Btma] [NTf 2]

√ Los espectros de fluorescencia revelan que se preserva la estructura secundaria.

√ Los espectros de dicroismocirculan sugieren que mantienen la conformación activa.

Nivel de actividad de enzimas en líquidos iónicos según su solubilidad en agua

ENZIMALÍQUIDOS IÓNICOS

[H2O] < 3 % v/v

SOLUCIONESIÓNICAS

[H2O] > 50 % v/v

MISCIBLE EN H2O

-

-

-

INMISCIBLE EN H2O

MISCIBLE EN AGUA

LIOFILIZADA ++ +SOLUCIÓNACUOSA +++ +

INMOVILIZADA +++ +

H2O

WA

TER

STR

IPPI

NG

*


++

++

+

--

--

-

++

++

+--

--

-

++

++

+

--

--

-

++

++

+--

--

-

+

+

--

+

-

--

H H

H

H H

H H

H H

Estructura supramolecular poliméricaunida por enlaces de hidrógeno

Estructura 3-D de LIs

+-

+- +

-+

-+

-+

-

+-

+- +

-+

-+

-+

-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+- +

-+

-+

-+

-

-

+

+

+-

+-

+-

+-

+- -

+-

-+

+

-

+-

+- +

-+

-+

-+

-

+-

+- +

-+

-+

-+

-

+-

+- -

+ +-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

-

+

+

+- -

+-

+- -

+-

-+

+

-

+-

+

+- -+

-+

+- -

+-

+-

+ -

+-

+-

+ +- -

+-

+-

+ -

+-

+- -

CO

SOLVEN

TE

0 %

99.9 %

Líquido iónicopuro

Agregadossupramoleculares

con huecos(inclusión de cosolvents,

compuestos, etc)

Iones triples

Pares iónicos

Dilución infinita

Estructura molecular de los líquidos iónicos

Dupont, J. 2004. J. Braz. Chem. Soc., 15, 341-350.Dupont, J. 2004. J. Braz. Chem. Soc., 15, 341-350.


CA

LOR

LÍQUIDA (>0 ºC)

LÍQUIDA (<100 ºC)

GAS (>100 ºC)

SISTEMAS VIVOS

SISTEMAS VIVOS

SÓLIDA (< 0ºC)H O

H

HO

H

HO

HH O

H

HO

OH

HO

H

HO

HO

H

OH

HO

H

HO

HO

H

OH

HO

H

HO

HO

H

OH H

OHO

H

H HO

HO

H

H HO

O

H

HO

H

HO

HO

HO

HO

HH O

H

HO

O

H

O

HO

H

HO

HO

H

OH H

OHO

H

H HO

HO

H

H HO

O

H

HO

H

HO

HO

H HO

H

H

H

HO

HO

HH O

H

O

H

HO

H

HO

HO

H

OH

H OH

HO

H

HHO

H

H

OH

OH

H

H

HO

H

HO

H

HO

H

HO

H

HO

H

HO

H HO

H

HO

H

HO

H

HH

Estructuraorganizada

Huecos estructurales

Organizaciónal azar

Agua libre

H

Organización estructural del aguaLa esperanza verde de

la Química

H2O ORGANIZADA

MEDIO ACUOSOMEDIO ACUOSO

Calor

Sorbitol

OHOH

OHOH

HO

OH

LIQUIDOS IÓNICOS INMISCIBLES CON AGUALIQUIDOS IÓNICOS INMISCIBLES CON AGUA

Calor

H2OOrganizada

H2O Libre

Lozano et al., (2005). Biocatal. & Biotransform., 23, 169-176.

¿Cómo se estabilizan las enzimas en los LI?La esperanza verde de

la Química

¿Cómo realizar procesos continuos de síntesis química VERDE con enzimas

Fase LI

Enzima

Fase LI

Ps P

Fase LI

P Ps

P

s

Fase LI

Solvente orgánico

Fase LIs

Fase LI

ss

Sustratos

PP P Ps

P

ss


P

Reciclado del líquido iónico y la enzima

Sistema bifásico

Reacción

LIPASA

OOC-R1

CH3-CHO

R1-COO-CH=CH2

R2-OH

R1-COO-R2

¡El empleo de solventes orgánicosROMPE el criterio de

proceso integral verde!


¿Cómo desarrollar procesos químicos continuos verdes?

Blanchard et al., en el año 1999, establecieron que: • El scCO2 se solubilizaba en los líquidos iónicos.• Los líquidos iónicos eran insolubles en el scCO2.

Blanchard et al., en el año 1999, establecieron que: • El scCO2 se solubilizaba en los líquidos iónicos.• Los líquidos iónicos eran insolubles en el scCO2.

Solvente Enzima Sustrato

Actividad Estabilidad Transporte de materia

LÍQUIDOS IÓNICOS

scCO2

S

P

scCO2

PAR

TÍC

ULA

SO

POR

TE

LíquidoIónico

S

PFl

ujo

REACTOR ENZIMÁTICO BIFÁSICOFASE CATALÍTICA: Enzima + Líquido Iónico

FASE EXTRACTIVA: scCO2

Estrategia UMU: Utilización combinada de solventes neotéricos.


Diseño experimental del proceso verde

5 % Flujo

95 % Flujo

Flujo Total = 2 mL/min

RestrictorTermostatizado

REA

CTO

R

P T F V

CO 2

Líqu

ido

T

Sustratos

PRODUCTOS

Disolución ENZIMA - H2 O - L.I.ADSORBIDA SOBRE CELITE

BOMBAHPLC

BOMBAJERINGA


Temp.(ºC)

Pres.(bar)

δ(g/mL

Activ.(U/mg)

Sel.(%)

t1/2*(ciclos)

40 150 0,78 44 96 284

50 125 0,62 62 98 101

100 150 0,34 71 99 12

*Ciclo: 4 h operación en scCO2 + 20 h condiciones ambiente

Water content: 2 % (v/v)

Lozano, De Diego, Carrié, Vaultier & Iborra, (2002) Chem. Commum., (7), 692-693

Actividad L.I.-scCO2 < Actividad L.I.

Estabilidad OperacionalEstabilidad Operacional

Ciclos de Operación

2 4 6 8 10Act

ivid

ad S

inté

tica

( % )

0

20

40

60

80

100 40 ºC, 150 bar

100 ºC, 150 bar

50 ºC, 125 bar

Comportamiento de enzimas en el proceso químico continuo verde

La enzima lipasa soluble en líquido iónico–scCO2 cataliza la síntesis de butirato de butilo (aroma alimentario).


Comportamiento de enzimas en el proceso químico continuo verde

Operation Cycles1 2 3 4 5

Act

ivity

( %

)

0

20

40

60

80

100Free CALB

Novozym 435

Lozano et al., (2003) Biotechnology Progress, 19, 380-382.

e.e. producto ≈ 100 %

√ Hiper-estabilización de la enzima en condiciones ex-tremas.

√ ¿Son las enzimas catali-zadores “débiles” para la industria química?

1 ciclo = 4 horas de operación a 100 bares y 150 ºC, y 20 horas en

condiciones ambientales.

La enzima lipasa en forma soluble e inmovilizada realiza la resolución cinética de s-1-feniletanol en scCO2 y líquido iónico.


Enzimas inmovilizadas en líquidos iónicosunidos covalentemente a soportes.


+

+

Cl-

Cl-

N N

NN

VENTAJASVENTAJAS√ Reduce el consumo de líquido iónico

(elevado coste).√ Proporciona un microambiente de

líquido iónico permanente a las enzimas.√ Aumenta los tiempos de operación en el

reactor.√ Reduce las limitaciones de transporte de

sustratos y productos.

INCONVENIENTEINCONVENIENTE√ Laboriosidad en la preparación de los líquidos iónicos inmovilizados.


M-SILP: Monolitos con superficie de líquido iónico y

enzima adsorbida

Dispositivo experimental con M-SILP

N

N+

N

N+

N

N+

N

N+

Cl-

Cl-

Cl- Cl

-

Sustratos

scCO2

Producto

scCO2

FLUJO FLUJO

M-SILP

S P

CALB


Restrictortermostatizado

Productos

BombaJeringa

BombaHPLC

Sustratos

CO2


Lozano et al., (2007) Advances in Synthesis & Catalysis. 349, 1077-1084.

Operation time ( d )

0.0 0.2 1.0 1.2

Prod

uctiv

ity ( μ

mol

min

-1 m

g En

z-1)

0

5

10

15

20

25

2.0 2.2 3.0 3.2 4.0 4.2 5.0 5.2 6.0 6.2

40 ºC 60 ºC 80 ºC 100 ºC M1 M2 Silica-Butilo

TON: 35,8 104 mol producto/mol enzima

Comportamiento de enzimas en el M-SILP

La lipasa adsorbida en M-SILP catalizó la síntesis de ésteres de citronelol en scCO2 a 100 bares con excelente actividad y estabilidad operacional.

CONCLUSIONESLa esperanza verde de

la Química

1. Las enzimas son catalizadores activos y estables en los solventes neotéricos. Son una de las esperanzas verdes de la Química.

2. La tecnología enzimática con líquidos iónicos y fluidos supercríticos como solventes permite la realización de múltiples reacciones químicas de forma eficaz, continua y bajo los principios de la Química Verde.

DESAFÍOS DE LA QUÍMICA VERDELa esperanza verde de

la Química

EN EDUCACIÓN:

• Los estudiantes de todos los niveles deben de educarse en la filosofía y la práctica de la Química Verde.

• Los educadores necesitan de las herramientas apropiadas, entrenamiento y materiales para integrar la Química Verde en su enseñanza e investigación.

• Los legisladores deben de educarse en los beneficios de la Química Verde.


la Química

Los planes de estudio deben de incluir:• El reconocimiento sistemático del riesgo/toxicidad como una

propiedad físico/química de la estructura molecular, que puede ser diseñada y manejada.

• El desarrollo y la utilización de experimentos de laboratorio para ilustrar los principios de la química verde.

• La introducción de ecuaciones equilibradas en los libros de texto y la sustitución de la magnitud “rendimiento” por “economía atómica”.

• La introducción de conceptos básicos de toxicología química y las bases moleculares del riesgo.

• La incorporación de temas sobre química verde en los cursos y exámenes de certificación profesional.


la Química

DE INVESTIGACIÓN:• Desarrollo de metodologías sintéticas que incluyan la

economía atómica y sean benignas para la salud humana y el medio ambiente.

• Desarrollo de una “toxicología preventiva”, en la que incremento del conocimiento de los mecanismos de sus acciones biológicas y medioambientales se incorporen de manera continua en el diseño de los productos químicos.

• Manufacturación de células fotovoltaicas que sean más eficaces.

• Diseño de plásticos y polímeros biodegradables y sin aditivos.

AGRADECIMIENTOS

P. Lozano

I. Martínez T. De Diego

A. Manjón

M. Cánovas

P. Arense C. Bernal V. Bernal

R. Piamtongkan

J.L. Iborra

Grupo de Biotecnología E-060-04Dpto. Bioquímica y Biología Molecular “B” e Inmunología

Facultad de Química


M.E.C (Refs.: CTQ2005-01571 and CTQ 2005-08016)FUNDACIÓN SENECA (Ref.: 02910/PI/05)BIOCARM (Ref.: BIO-BMC 06/01-0002)

CNRS–Univ. Rennes1M. VaultierS. GmouhD. Carrié

COLABORADORES

ENTIDADES FINANCIADORAS

E. G. Verdugo,N. Karbass,

M.I. BurgueteS.V. Luis


IEM-Univ. Montpellier-2G.M. Ríos

M.P. BellevilleD. Paulucci

AGRADECIMIENTOS

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCIÓN


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