Para reducir el costo de una reacción convencional, los investigadores recurren a la química verde y al vino para crear las condiciones adecuadas.

Todo químico está familiarizado con la química verde, cuyo objetivo es minimizar la huella de carbono y los subproductos peligrosos de los procesos químicos a escala industrial y de laboratorio.

«La química verde, en general, es el concepto de diseñar y operar procesos químicos de una manera que reduzca el uso y la generación de contaminantes», explicó Paweł Chmielarz, profesor y director del Departamento de Química Física de la Universidad Tecnológica de Rzeszow, Polonia.

Basado en los doce principios de la química verde desarrollados por Paul Anastas y John Warner en 1998, el concepto es un marco para el uso de reactivos y solventes ecológicos, no tóxicos y reutilizables y tecnologías que reducen el consumo de energía. «La química verde se refiere a la fabricación de productos con propiedades deseables con el menor impacto ambiental posible», dice Chmielarz.

Una alternativa de química verde

La polimerización por radicales de transferencia atómica (ATRP) es una reacción convencional utilizada para producir moléculas poliméricas de cadena larga que han encontrado una amplia aplicación industrial y se utilizan en todo, desde la fabricación de ropa y utensilios de cocina hasta dispositivos médicos e implantes desde el descubrimiento de la ATRP por Krzysztof Matyjaszewski. en 1994.

Inspirándose en los principios de la química verde, Chmielarz y sus colegas propusieron un solvente bastante inusual para una reacción ATRP: ¡el vino!

«Nuestra solución propuesta aborda el desafío de poder sintetizar polímeros insolubles en agua sin tener que usar solventes orgánicos tóxicos», dijo Chmielarz. «[It] ofrece una alternativa ecológica a la capacidad de polimerizar monómeros inmiscibles en agua”.

Este tipo de reacciones requieren la preparación de emulsiones que contengan dos líquidos inmiscibles para ayudar a disolver todos los reactivos en solución. Esto crea un entorno de reacción con dos «fases» separadas que facilitan la unión de dos reactivos (por ejemplo, dos moléculas de monómero que se unen para formar una cadena de polímero).

La belleza de estos tipos de polimerizaciones por radicales de transferencia de átomos es su capacidad para polimerizar una amplia gama de monómeros en una variedad de medios de reacción, como agua no tratada, solventes orgánicos o líquidos iónicos. Por supuesto, dice Chmielarz, el siguiente paso es hacerlos más sostenibles.

Condiciones de reacción a base de vino

La emulsión a base de vino utilizada en este estudio, recientemente publicado en Revista de ciencia aplicada de polímeros, tiene el beneficio adicional de no solo ser una alternativa a los solventes tradicionales, sino también de tener sus propios reactivos incorporados. “Una mini emulsión a base de vino [is] rico en sustancias químicas como [antioxidants] que permiten la síntesis controlada de polímeros”, explica Chmielarz.

«Hasta la fecha, los procesos típicos de polimerización por radicales de transferencia de átomos utilizan agua y requieren medios externos o internos para garantizar la regeneración del complejo catalítico», continuó. El catalizador al que se refiere es un complejo de cobre que impulsa la reacción.

Para encontrar el maridaje perfecto, el equipo probó una variedad de vinos, incluido un vino dulce rojo rubí, un vino blanco semidulce, un vino seco rojo oscuro y un vino de frambuesa casero. Cada uno de los vinos tenía un precio de hasta $7 por litro, mientras que un solvente orgánico típico como la dimetilformamida puede costar más de $200 por litro.

En todos los vinos probados, el equipo observó la formación de los polímeros deseados. Sólo la polimerización en vino casero no dio resultados satisfactorios. «A diferencia de los vinos comerciales, que fueron fortificados con sulfitos o ácido ascórbico durante el proceso de producción, el vino casero utilizado en el estudio, según el fabricante, no contenía aditivos y resultó en una mala polimerización», dijo Chmielarz.

Los aditivos son cruciales

Son los aditivos que se encuentran en el vino comercial los que ayudaron a estimular la reacción. Moléculas como el ácido ascórbico y los sulfatos (todos aprobados por la FDA) minimizan la necesidad de reactivos y solventes adicionales y ayudan a reducir la toxicidad general del proceso de polimerización.

“Se ha demostrado repetidamente que los sulfitos inorgánicos añadidos al vino durante el proceso de producción pueden reducir eficazmente el Cu(II). [used to catalyze the polymerization] lo que conduce al inicio de la reacción y conduce a la síntesis de polímeros bien definidos”, dijo Chmielarz.

El equipo encontró ácido ascórbico en el vino casero como resultado de las frambuesas utilizadas para hacerlo. «Sin embargo, la cantidad de ácido ascórbico presente en la fruta en este caso era demasiado baja para permitir la síntesis (reduciendo CuII a CuI) y conducir a la formación del polímero», agregó Chmielarz.

Aunque el uso de la tierra y el agua asociado con el cultivo de uvas para estos procesos requiere una evaluación adicional para etiquetar una práctica verdaderamente sostenible, el enfoque es un paso hacia la reducción del costo de este proceso y el reconocimiento de los inquilinos de la química verde, lo que permite a los químicos de polímeros poner el vino sobrante al buen uso.

Referencia: Monika Flejszar, et al., El rojo es el nuevo verde: miniemulsión a base de vino seco como medio de reacción ecológico para la polimerización por radicales de transferencia atómica sostenida, Journal of Applied Polymer Science (2022). DOI: 10.1002/aplicación.20222220

Imagen destacada: Kelsey Knight en Unsplash

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