Quimica: Red de Profesionales Bolivianos

Evaluación de un proceso químico con la ayuda de GCA (Green Chemistry Assistant)

2010-01-17T19:14:00.008-05:00

Rogelio Siles, Ph.D

Quimico Medicinal

The Johns Hopkins University

Baltimore, Maryland, USA

resiles@yahoo.com

En un anterior post publicado en este blog se hizo una introducción sobre los medidores químicos mas usados para la evaluación de la eficacia de un proceso químico desde el punto de vista ambiental y económico. En dicho post se dieron las definiciones (como ecuaciones matemáticas) de dichos medidores así como una breve explicación de sus limitaciones y usos. En este post deseo reportar el empleo de un sitio web funcional gratuito llamado GCA que fue elaborado por el Dr. Bob Hanson y Paul Campbell del St. Olaf College y la agencia de protección del medio ambiente (EPA). El objetivo principal de este sitio es el de ayudar al químico (tanto al químico de laboratorio como al de procesos) a evaluar en términos generales todo el proceso que será utilizado en la síntesis de varias etapas de un determinado compuesto. Con el uso de esta aplicación el químico puede ver gráficamente cuanto del material usado (input) se convierte en producto y cuanto se pierde de esta cantidad como desecho y/o cuanto puede ser recuperado. GCA cuenta con herramientas que son capaces de optimizar varios parámetros del proceso en diferentes etapas del mismo de tal manera que el profesional pueda optimizar el proceso de forma más eficiente desde el punto de vista económico y ambiental. La idea básica con el empleo de este sitio web es que uno tiene la opción de evaluar y comparar el diseño, la planificación y la ejecución de diferentes procesos antes de empezar la síntesis en la práctica.

Para poder ilustrar el uso de este web tomaré como ejemplo 5 etapas (de 9 totales) de la síntesis de un compuesto que inhibe la acción enzimática de un virus.

GCA cuenta con 5 módulos (presentados como pestañas en el menú principal) que van siendo llenados en orden para finalmente obtener el reporte de análisis del proceso verde. En cada modulo se calcula automáticamente diferentes medidores de la reacción según la naturaleza de los datos introducidos.

Para finalizar debo decir que esta aplicación puede satisfactoriamente ser usada en cursos de química general y orgánica como en sus respectivos laboratorios. Los conceptos teóricos involucrados en el mismo no solo incluyen conceptos básicos de cálculos estequiometricos sino también es un buen inicio para ensenar el concepto de la química verde y como esta área es aplicada en la actualidad a la investigación de importantes compuestos. Con la simplicidad en su uso constituye una herramienta computacional útil para el estudiante o investigador que desea evaluar varios procesos químicos desde el punto de vista de eficiencia, economia y medio ambiente.

Medidores de la eficacia de un proceso químico: ¿Cual es mejor?

2009-09-27T14:43:00.011-04:00

Rogelio Siles, Ph.D
Quimico Medicinal
The Johns Hopkins University
Baltimore, Maryland, USA
resiles@yahoo.com

Tradicionalmente los químicos sintéticos y en particular los orgánicos usan reacciones y condiciones que les permitan obtener un producto con máximo rendimiento y elevada selectividad tanto como sea posible. Esta tarea por lo corriente implica usar un exceso estequiometrico de más de un reactivo (1). Por si fuera poco, en la etapa de aislamiento y purificación del producto se usan auxiliares químicos adicionales (reactivos y/o solventes) que contribuyen más con los desechos al final de la reacción incrementando así el costo final de producción del compuesto (costo de síntesis mas costo de tratamiento de desperdicios químicos) y causando un mayor impacto ambiental.

Con el advenimiento de los 12 principios de la química verde (2-5) emitido por P. Anastas y J.C. Warner en 1998 se incentivo a la comunidad química a tomar mas conciencia ambiental en el diseño, planificación y ejecución de la síntesis de productos químicos. En los últimos 15 años se han publicado muchos trabajos sobre la optimización de reacciones químicas ya sea desarrollando catalizadores químicos (6, 11-12), biológicos o simplemente creando nuevos procedimientos sintéticos que reduzcan o eviten el uso de compuestos tóxicos y/o la generación de desperdicio químico. Adicionalmente, otros trabajos de investigación se concentraron en el desarrollo de procesos que permitan la conversión y el uso de materias primas renovables como biomasa para usarlos como materiales de partida en los procesos químicos. Si bien ahora el químico ya cuenta con mas herramientas para desarrollar rutas sintéticas mas “verdes” (benignas por diseño) y eficientes, aun queda pendiente la pregunta de ¿cómo el puede decidir por la ruta sintética más eficiente y conveniente desde el punto de vista ambiental, económico? Para responder a esta pregunta es necesario contar con ciertos medidores que nos permitan cuantificar la eficacia de varias estrategias sintéticas y compararlas entre ellas. En este post deseo hacer una introducción de los medidores de reaccion mas usados e ilustrar sus definiciones y aplicaciones con un ejemplo sencillo de una reacción de una etapa. En un futuro post mostrare como estos medidores se calculan para síntesis lineales y convergentes y como ellos se usan para decidir por el proceso mas conveniente entre varias opciones.

En 1991 Barry M. Trost de la universidad de Stanford publico en Science un articulo trascendental titulado “La economía atómica: Una búsqueda de la eficiencia sintética” en el cual menciona la necesidad de crear reacciones catalíticas selectivas que formen el producto con todos o la mayor parte de los átomos presentes en los reactivos usados (6). En su definición más simple, la economía atómica (AE) es un medidor de la cantidad de reactivo que se incorpora en el producto. Así un porcentaje de AE de 100% significa que absolutamente todos los reactivos forman parte de la estructura del producto. Un 30% AE significa que solo el 30% de la cantidad estequiometrica teórica de los reactivos se incorporo en la estructura del producto. El restante 70% de la cantidad inicial usada constituye coproductos o subproductos que se formaron en la reacción y en caso de no ser reciclados son considerados simplemente desecho químico. Si bien la AE es un buen medidor para hacer una evaluación rápida de las cantidades de desperdicio, al hacer uso de la misma hay que tener en cuenta las siguientes limitaciones (7-9): a) el calculo se hace en base a 100% de rendimiento (no toma en cuenta conversiones incompletas) b) se usa cantidades estequiometricas exactas (no considera exceso de reactivos) c) no se toma en cuenta auxiliares químicos como solventes, catalizadores, reactivos para el work-up, etc que no aparecen en la reacción balanceada. Para ilustrar matemáticamente la definición de AE y de otros medidores consideremos la siguiente reacción hipotética de una etapa mostrada arriba.

Como se puede apreciar, la formación del producto P viene acompañado de la formación del co-producto R y entonces deberíamos esperar que el % AE sea menor a 100. Matemáticamente el porcentaje de AE calculamos de la siguiente manera (7, 10):

% AE= (p*MWp*100) / (a*MWa + b*MWb)

Trost menciona que las reacciones altamente económicas son las reacciones de adición simple, las cicloadiciones y los rearreglos moleculares. Por el contrario, las reacciones de sustitución o de eliminación son reacciones de baja economía atómica (1). Las reacciones ideales entonces serian aquellas reacciones de adición que usen cantidades catalíticas de reactivos (lo cual ayuda a disminuir la generación de desecho y tratamiento) y formen el producto con elevado rendimiento, selectividad y 100 % AE (12). Las reacciones catalizadas por metales de transición interna son un ejemplo representativo de este tipo de reacciones de alta economía atómica las cuales son usadas en la formación de sistemas cíclicos, adiciones inter e intramoleculares, promovedores de cicloisomerizaciones, etc. (6,11-12) y en la actualidad constituyen un tópico importante de investigación.

A finales de los 80s, Roger Sheldon introdujo por primera vez el concepto de factor E (Environmental factor, E-Factor) el cual simplemente es un medidor de la cantidad de desperdicio producido en un proceso químico con respecto a la cantidad de producto formado (13). Por desecho entendemos como todo el material residual al final del proceso químico que no fue reciclado o reusado. Así entonces el desecho consistirá de reactivos en exceso, solventes, catalizadores, subproductos, aditivos usados en el aislamiento y purificación, etc. Sin embargo vale la pena aclarar que el agua usada en el proceso global (por ejemplo en el aislamiento) no es incorporada en el cálculo por ser considerada inocua y además para poder obtener resultados significativos (9). La definición matemática más sencilla del E-factor es:

E-factor = S (Kg) / z*MWp (Kg)

Donde S es la cantidad en Kilogramos de desperdicio producido por cada kilogramo de producto formado. Como puede deducirse de la formula, un valor alto de E significa que el proceso produjo bastante desecho y por lo tanto causa mayor impacto ambiental. En teoría, las reacciones verdes ideales son aquellas que tienen un E-factor de cero. La manera mas practica de calcular E-factor a nivel experimental es simplemente restando de la cantidad de materia prima usada (input of raw material) la cantidad de producto formado y dividiendo esta diferencia por la cantidad de producto formado (9).
A parte de estos dos medidores importantes (AE y E-factor), otros medidores alternativos se han propopuesto para poder medir la eficiencia de una reacción. A continuación se dan las definiciones de los mas importantes:

Experimental Atom Economy (Exp. AE):

% Exp. AE= (p*MWp*100) / (x*MWa + y*MWb)

Este medidor a diferencia de AE calcula la razon entre el rendimiento teorico y la masa experimental usada de los reactivos. Si consideramos que uno o mas de los reactivos estan en exceso entonces deberiamos esperar que %AE sea menor que el valor teorico de %AE.

Mass Intensity (MI)

(MI) = masa total usada en el proceso (Kg) / masa de producto (Kg)

MI= Mt / z*MWp

Considerando que Mt = S + z*MWp y dividiendo ambos miembros de esta ecuación por z*MWp obtenemos:

MI = E-factor + 1

Como se puede deducir de la formula, un valor ideal de 1 significa cero de desperdicio y por tanto MI indica que la reacción es ambientalmente benigna. Por el contrario valores mayores a 1 indican que la reacción produce desperdicios en un grado definido por E-factor.

% Carbon efficiency (CE):

(CE) = (z* #carbonos producto * 100) / (x* #carbonos en A + y* #carbonos en B)

Este medidor simplemente da cuenta de la cantidad de carbonos incorporados en el producto con respecto a los materiales de partida (tomando en cuenta los números de moles experimentales usados).

Mass productivity (MP), Generalized reaction mass effciency (gRME) o Process mass efficiency (PME):

MP = z*MWp / Mt = 1/ MI

Como se puede observar, este medidor indica la fracción que el producto representa con respecto al total de la materia prima usada (Mt) en todo el proceso. Comúnmente se expresa como porcentaje.

Reaction mass efficiency (RME) o Selectivity (S):

RME = (z*MWp *100) / (x*MWa + y*MWb)

Este medidor da cuenta de la masa de reactivos que se encuentran presentes en el producto. Como se puede apreciar, a diferencia del % AE, este medidor toma en cuenta las cantidades experimentales usadas de los reactivos y la cantidad de producto obtenido (lo cual incluye el rendimiento de la reacción y el exceso de reactivos).

A manera de ilustrar y ver de manera practica el uso de estos medidores, consideremos la siguiente reacción de formación del 4-metilbenzensulfonato de benzilo:

AE= (262.29 * 100) / (108.1 + 190.65 + 101.19) = 66 % de economía atómica

CE= (0.09 * 14 * 100) / [(0.10*7) + (0.115*7) + (0.149*6)] =69 % de eficiencia de carbono

RME= (23.6*100)/ (10.81+21.9+15) = 49 % de la masa total de reactivos usados

MI= (10.81+ 21.9+ 15+ 500) / 23.6 = 23.2 g/g = 23.2 Kg masa total / Kg producto formado

MP= 100/ MI = 4.3% de la masa total de todos los reactivos, solventes y auxiliares usados

E-factor= MI – 1 = 23.2 -1 = 22.2 Kg desecho generado / Kg producto formado

¿Cuál es el mejor medidor?

Para poder responder a esta pregunta todo depende que etapa del proceso estamos tomando en cuenta (14) y que resultados deseamos obtener. Por ejemplo, en la etapa inicial en la cual el quimico disena y planifica la ruta sintetica el aspecto mas importante que debe ser considerado es si qualitativamente la(s) reaccion(es) formara(n) el producto con elevado rendimiento desde el punto de vista quimio, regio y esteroselectivo. Si suponemos que se tiene mas de una reaccion con el mismo rendimiento el medidor mas apropiado de usar seria el %AE. La reaccion con mayor valor de AE seria aquella que la considerariamos mas eficiente a este nivel (produciria menos desecho y mayor cantidad de los reactivos estarian presentes en el producto).

En el segundo nivel de analisis en el cual consideramos las cantidades experimentales de los reactivos, los medidores a tomar en cuenta serian el %Exp.AE y RME. Entre estos dos, posiblemente el ultimo constituye el mejor debido a que toma en cuenta el rendimiento y las cantidades experimentales de los reactivos usados. Un mayor valor de RME nos indicaria que esa reaccion seria mas eficiente a este nivel (menor exceso de reactivos y mayor rendimiento experimental). Si la reaccion seria 100% AE y obtuvieramos 100% de rendimiento sin exceso de reactivos el valor maximo de RME seria de 1 (100%), tipico de una reaccion ideal eficiente.

En el tercer nivel de analisis de un proceso sintetico se debe tomar en cuenta los solventes, auxiliares y otros reactivos usados en la etapa de aislamiento y purificacion del producto. Como se puede notar en los dos anteriores niveles los medidores usados no toman en cuenta estas cantidades en su calculo. Los medidores que se usan aca son E-Factor, MI y MP. Posiblemente el mejor medidor es el primero debido a que da una idea directa acerca de la cantidad de desecho global que se genera cuando se forma el producto. Idealmente una reaccion con E-factor de 0 seria la mas eficiente.

Es necesario senalar que la optimizacion de una reaccion o en general de un proceso quimico complejo depende asi mismo de otros parametros como ser la temperatura, tiempo de reaccion, velocidad de agitacion, velocidad de adicion de reactivos, etc. Otros aspectos no tecnicos tambien influyen en la toma de decision como aspectos economicos, politicos y sociales. Sin embargo, el conocimiento de estos medidores son de gran ayuda no solo para el quimico experimental sino tambien para el quimico de procesos e Ingenieros quimicos. Si vemos el proceso global desde un punto de vista mas ambiental (verde) es necesario tener un dominio de todos los medidores pues en definitiva nos daran una idea de cuan benigno y costoso todo el proceso podria ser y que implicaciones podria tener para nuestra sociedad. La experiencia ha demostrado que en la actualidad es en muchos casos mas conveniente dejar de usar las antiguas reacciones clasicas (ineficientes) y enfocarse mas en desarrollar nueva metodologia sintetica que permitan obtener no solo el producto en forma mas eficiente sino mas barata y verde. Espero que este post sea de incentivo para las nuevas generaciones de quimicos que puedan desarrollar este tipo de reacciones (green reactions) para el bien de la humanidad y de nuestro planeta en general.

REFERENCIAS

(1) C.J. Li and B.M. Trost, PNAS, 2008, 105(36), 13197-13202
(2) P. T. Anastas and J.C. Warner, “Green Chemistry, theory and practice” (1998), Oxford, Great Britain
(3) P. T. Anastas and I. J. Levy and K. E. Parent, “Green Chemistry Education: changing the course of chemistry” (2009), ACS, USA
(4) S.L.Y. Tang, R.L. Smith and M. Poliakoff, Green Chemistry, 2005, 7, 761-762 (5) http://bpnquimica.blogspot.com/2009_06_01_archive.html
(6) B.M. Trost, Science, 1991, 254, 1471-1477
(7) Marco Eissen et al, Helvetica Chimica Acta, 2004, 87, 524-535
(8) D.J.C Constable, A.D. Curzons and V.L. Cunningham, Green Chemistry, 2002, 4, 521-527
(9) Roger A. Sheldon, Chem. Commun., 2008, 3352-3365
(10) Jacques Auge, Green Chemistry, 2008, 10, 225-231
(11) B.M. Trost, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1995, 34, 259-281
(12) B.M. Trost, Acc. Chem. Res., 2002, 35(9), 695-705
(13) Roger A. Sheldon, Green Chemistry, 2007, 9, 1273-1283

(14) http://fusion.stolaf.edu/gca/ (accedido 1/17/2010)

Entrevista con Quimicos Organicos Notables

2009-08-11T23:28:00.003-04:00

Es probable que en el transcurso de nuestras carreras muchos de nosotros hemos leido y quedado muy contentos y pasmados con los papers de grandes eminencias en quimica como Ronald Breslow, Madeleine Joullie, K. C. Nicolaou, Peter Stang y muchos mas. Pero en realidad como son ellos como personas fuera de lo profesional??? La division de quimica organica, recientemente lanzo una serie de videos en los cuales se entrevista a 10 notables quimicos organicos para conocerlos mas como personas. Si desean ver estos videos vayan al siguiente link: http://www.layingthegroundwork.com/chemists/

Aplicación de la química verde (Green Chemistry) y sus 12 principios para construir un futuro más sostenible

2009-06-21T00:40:00.016-04:00

Rogelio Siles, Ph.D
Medicinal Chemist
Department of Biology
The Johns Hopkins University
Baltimore, Maryland, USA
resiles@yahoo.com

Se estima que para el año 2040 la población mundial llegara a los 9 billones (1) y con ello habra una demanda por insumos quimicos y muchos servicios basicos que se reflejaran en la disminución considerable de las reservas de los recursos no renovables (principalmente los combustibles fósiles). Con el advenimiento de la revolución industrial el hombre aprendió a convertir las materias primas en productos de forma más rápida y automatizada reduciendo así los costos de producción y aumentando cuantiosamente los ingresos. Es indudable que la creación de industrias y fábricas ha producido grandes cambios socio-económicas, tecnológicos y culturales en la humanidad. Sin embargo, al correr de los años el hombre ha usado indiscriminadamente las materias primas no-renovables y ha vertido al medio ambiente cantidades colosales de compuestos peligrosos y tóxicos que ponen a riesgo no solo la salud humana sino también de generaciones futuras de toda especie biológica existente en la tierra.

No fue sino hasta principios de la década de los 60s que el hombre se dio cuenta que la actividad industrial traía consigo consecuencias negativas tanto para el como para el medio ambiente.

Por ejemplo, en 1962 Rachael Carson publico su libro llamado “Silent Spring” en el cual por primera vez reporta el efecto que tenían los pesticidas sintéticos en los huevos de diversas aves y como esto afectaba negativamente a través de la cadena alimenticia. A partir de ese momento diferentes gobiernos de diferentes países empezaron a considerar que el impacto ambiental de los compuestos químicos era un problema serio y había que establecer regulaciones de la manera en la que un compuesto químico se hacia, se usaba y se desechaba. En 1985 la agencia de protección al medio ambiente (EPA) empezó a publicar anualmente reportes de toxicidad de compuestos químicos vertidos al medio ambiente (conocidos como TRI, Toxics Release Inventory) en la cual se muestra las cantidades de los principales compuestos tóxicos producidos por los principales sectores industriales (química, papelera, gasífera, refinería, minera, etc.). Por ejemplo, en el año 2007 el reporte mostro que 4.1 billones de libras de aproximadamente 650 compuestos tóxicos fueron dispersados al medio ambiente (2) y de esta cantidad la industria química (incluyendo metalurgia) es la que mas aporta con desechos químicos (3,8).

En 1987 la comisión mundial de desarrollo y medio ambiente (Brundtland Commission) de las naciones unidas, definió desarrollo sostenible como aquel que satisface las necesidades del presente sin comprometer las necesidades vitales de generaciones futuras (4,5). Esto implica que los gobiernos actuales son responsables de hacer leyes que regulen el uso y la explotación de materias primas, la síntesis y estudio toxicológico de nuevos compuestos introducidos a la sociedad y la manera más segura en la cual serian desechados al medio ambiente con el fin de no poner en riesgo a las generaciones actuales ni futuras.

En este afán de construir un futuro más sostenible, los químicos y en particular los químicos sintéticos jugamos un papel muy importante porque llevamos la responsabilidad de desarrollar métodos sintéticos en los cuales se use de preferencia materiales de partida de fuentes renovables, de alta selectividad (formación solo del producto deseado), eficiencia (de alto rendimiento) y que en general durante todo el proceso de síntesis no se use o sea mínimo el uso de solventes benignos (como el agua).

Sin embargo la responsabilidad del químico no debería solo concentrarse en la química en si misma sino que requerirá tener conocimiento de toxicología para que pueda estimar el grado de toxicidad del compuesto que pretende sintetizar de tal manera que tenga el conocimiento suficiente de decidir si vale la pena hacer un compuesto menos activo (es decir no tan bueno para el objetivo principal para el cual se ha sintetizando) y hacer otro menos activo pero ambientalmente mas aceptable (anticipar el riesgo ambiental). Finalmente, el químico sintético deberá tener conocimiento en química ambiental y los posibles mecanismos de degradación que el compuesto sintetizado podría tener. Es entonces necesario tener conocimiento del ciclo de vida de dicho compuesto que involucra desde la adquisición de la materia prima, fabricación, distribución, usos y el fin de su vida útil (7). Los químicos estamos capacitados para poder manipular y transformar la materia a nuestra conveniencia y de ahí es que tenemos el poder de reducir o eliminar cualquier riesgo potencial asociado con la síntesis de un compuesto.

En 1990 Paul T. Anastas y John C. Warner introdujeron por primera vez el concepto de química verde (conocida también como síntesis química ambientalmente benigna o rutas sintéticas alternativas para la prevención de contaminación o química limpia) como una excelente alternativa para hacer frente al problema de contaminación ambiental generada por industrias químicas. De manera simple, la química verde se define como la invención, el diseño y la aplicación de productos químicos y procesos que tienen el objetivo de reducir o eliminar el uso y generación de substancias peligrosas (3,6). El objetivo final de la química verde es de reducir la generación de desperdicio químico toxico y se basa en la premisa de que es mejor prevenir la formación de desecho que tratarlo una vez que sea formado. En 1997 ambos científicos propusieron lo que se conoce como “los 12 principios de la química verde” y que a través de ellos se estimula a los científicos, empresarios e industriales a que diseñen procesos más eficientes y seguros en los cuales se involucren materias primas renovables (tanto como sea posible) y se evite el uso y la generación de reactivos y solventes peligrosos o tóxicos (4). En el 2003, Anastas y Julie B. Zimmerman ampliaron estos conceptos y publicaron “los 12 principios de la ingeniería verde” que básicamente siguen los mismos principios de la química verde pero escrita desde un punto de vista ingenieril (4,7).

Los 12 principios de la química verde (3,4):

1) Prevención

Es mejor prevenir la producción de desperdicio químico que tratarlo o degradarlo una vez que ha sido formado.

2) Economía atómica

Los métodos sintéticos deben ser diseñados para maximizar la incorporación de todos los materiales usados en el proceso en el producto final.

3) Síntesis química menos peligrosa

Cuando sea posible y práctico, nuevos métodos sintéticos deben ser diseñados para usar y generar sustancias que posean poca o ninguna toxicidad para la salud humana y el medio ambiente.

4) Diseño de compuestos químicos más seguros

Los productos químicos deben ser diseñados para efectuar la función deseada manteniendo baja su toxicidad

5) Solventes y aditivos más seguros

El uso de compuestos auxiliares (como solventes y agentes de separación) no deben ser usados cuando sea posible o si son usados deben ser lo mas inofensivos posibles.

6) Diseño para obtener eficiencia de energía

Los requisitos de energía para procesos químicos deben ser seleccionados de acuerdo a su impacto ambiental y económico y deben ser minimizados si es posible. Las reacciones químicas deben ser ejecutadas a temperatura y presión ambiental.

7) El uso de materia prima renovable

El material de partida debe ser renovable en vez de usar fuentes no renovables siempre y cuando técnica y prácticamente sea posible.

8) Reducción de derivados

La derivatización innecesaria (el uso de grupos protectores, modificación temporaria de procesos físico químicos, etc.) debe ser minimizada o evitada si es posible debido a que estas etapas extras usan reactivos adicionales que pueden generar más desperdicio.

9) Catálisis

Los reactivos catalíticos (lo más selectivo posible) son superiores a reactivos estequiometricos.

10) El diseño para la subsecuente degradación

Los productos químicos deben ser diseñados de tal manera que al final de su función ellos puedan ser descompuestos en productos inofensivos y que no persistan en el medio ambiente.

11) Análisis en tiempo real para prevenir la contaminación

Metodologías analíticas necesitan ser desarrolladas para permitir el monitoreo y control en tiempo real de la formación de sustancias toxicas o peligrosas.

12) Procesos químicos más seguros para prever accidentes

Las sustancias y la forma en la que estas son usadas en procesos químicos deben ser cuidadosamente escogidas de tal manera de minimizar posibles accidentes químicos tales como derrames, explosiones y fuegos.

Tradicionalmente la manera en la que la industria y la sociedad a través de leyes ambientales han reducido el riesgo es disminuyendo la exposición a las sustancias toxicas (3,9)

Riesgo= f (peligro, exposición)

Sin embargo, la química verde postula que mas que disminuir la exposición a sustancias toxicas es mejor evitar sintetizarlas o manipularlas desde la primera etapa de sus síntesis.

Implementación de la química verde en industrias Bolivianas

Enseñanza de la química verde en colegios y universidades Bolivianas

Si deseamos alcanzar un verdadero futuro sostenible es necesario empezar por cambiar lo que se ensena y como se ensena. Es importante empezar a reestructurar los curriculums tanto de colegios como las universidades. Nuestras instituciones academicas deben preparar nuevas generaciones de profesionales que esten capacitados para afrontar los problemas actuales ambientales y prevenirlos en el futuro.

En lo que concierne a la carrera de quimica y areas anexas, se puede redisenar por completo los experimentos de laboratorio usando materias primas renovables y/o evitando usar reactivos, solventes y cualquier quimico que sea peligroso o muy toxico. La incorporacion de estos nuevos experimentos deben ser hechos de tal manera de minizar en todo el proceso la acumulacion de desperdicio quimico. Este topico no solo concierne a los quimicos ni a un grupo reducido de profesionales sino que tiene que ver con toda una sociedad y mundo entero en general que esta deseosa de tener un equilibrio sano con la naturaleza. Por esta razon empezando por el gobierno debe impulsar la capacitacion en quimica verde a profesionales que no solo trabajan en instituciones academicas sino tambien en industrias y fabricas donde se desechan cada dia cantidades colosas de quimicos.

Materiales educativos y sitios web sobre química verde (10,11)

Actualmente se cuenta con varios sitios web y materiales educativos que poseen información gratuita y de gran utilidad en la enseñanza de la química verde. A continuación se dan a conocer las fuentes mas conocidas e importantes en esta área de la química.

1) La base de datos GEMs desarrollada por la universidad de Oregón (http://greenchem.uoregon.edu/Pages/Search.php)

2) Greening across the chemistry curriculum home page (http://academic.scranton.edu/faculty/CANNM1/dreyfusmodules.html)

3) Instituto de química verde de la sociedad Americana de química (http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_TRANSITIONMAIN&node_id=830&use_sec=false&sec_url_var=region1&__uuid=100cced5-9ff2-424c-89ce-7947c7acaf21)

4) The green chemistry expert system (GCES) diseñada por la EPA (http://www.epa.gov/gcc/pubs/tools.html)

5) The green chemistry assistant (GCA) elaborada por St. Olaf College juntamente con EPA (http://fusion.stolaf.edu/gca/)

6) Real world cases in greeen chemistry http://academic.scranton.edu/faculty/cannm1/greenchemistry.html

7) Green chemistry resources (http://www.epa.gov/greenchemistry/)

8) Green chemistry network (http://www.rsc.org/chemsoc/gcn/index.htm)

9) Sustainability in the organic chemistry lab course (http://www.oc-praktikum.de/?lang=en)

Becas para estudiar o capacitarse en química verde (10)

Informacion sobre talleres, simposios y conferencias sobre quimica verde puede encontrar en los siguientes links:

1) http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_SUPERARTICLE&node_id=1429&use_sec=false&sec_url_var=region1&__uuid=

2) http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_SUPERARTICLE&node_id=1343&use_sec=false&sec_url_var=region1&__uuid=5e0afb80-0d65-46a5-9fa4-40ab0f046da9

3) https://www.collegedata.com/cs/data/scholar/scholar_pg01_tmpl.jhtml?scholarshipId=7693592

4) Center for Workshops in Chemical Sciencies (http://chemistry.gsu.edu/CWCS/)

Referencias

1) http://en.wikipedia.org/wiki/World_population (Sitio web accedido el 15 de Junio del 2009)

2) http://www.epa.gov/TRI/tridata/tri07/brochure/brochure.htm#others (Sitio web accedido el 20 de Junio del 2009)

3) P. T. Anastas and J.C. Warner, “Green Chemistry, theory and practice” (1998), Oxford, Great Britain

4) S. K. Ritter, C& EN, 2008, August 18, 59-68

5) V. H. Grassian, G. Meyer, et al, Environmental Science & Technology, 2007, July 15, 4840-4846

6) P. Tundo, V. Esposito, “Green Chemical Reactions” (2008), Springer, The Netherlands

7) P.T Anastas and J.B. Zimmerman, Environmental Science & Technology, 2003, March 1, 95A-101A

8) R. Mestres, Environ Sci & Pollut Res, 2005, 12 (3) 128 – 132

9) Y. He, L. Tang, X. Wu, X. Hou and Y. Lee, Applied Spectroscopy Reviews, 2007, 42, 119-138

10) D. L. Hjeresen, D.L. Schutt and J.M. Boese, Journal of Chemical Education, 2000, 77(12), 1543-1547

11) P. T. Anastas and I. J. Levy and K. E. Parent, “Green Chemistry Education: changing the course of chemistry” (2009), ACS, USA

Futuras Perspectivas en Quimioterapia

2009-05-14T18:34:00.014-04:00

Maria-Grazia Mendoza-Ferri

ferrimgf@yahoo.fr

Nuevas estrategias son evaluadas diariamente en la investigación del desarrollo de compuestos químicos con propiedades antitumorales y que tienen menores efectos secundarios que los compuestos actualmente utilizados clínicamente. De hecho, en este momento solamente pocos compuestos químicos (particularmente a base platino) como el cisplatino, carboplatino y oxaliplatino están aprobados para su uso clínico. Estos compuestos presentan un uso limitado porque por un lado son eficaces solamente en ciertos tipos de cáncer y además tienen varios efectos secundarios en los pacientes, razón por la cual las dosis administradas son limitadas y en algunos casos, una resistencia a estos compuestos pueden manifestarse durante el tratamiento (1,2).

Una de las estrategias utilizadas con el fin de disminuir los efectos colaterales es la explotación del hecho de que las células cancerigenas presentan un pH más acídico comparado con las células normales. Así esta observación a dado lugar a la preparación de compuestos inactivos (conocidos como prodrogas) en condiciones de acidez fisiológica, pero que van hacer activados en un medio acido. La primera clase de compuestos a base de platino que han demostrado un comportamiento dependiente del pH tienen como ligando dos quelatos de ditiocarbonato de O-alquilo. Por ejemplo, el complejo tioplatino tiene dos grupos ditiocarbonato de O-etilo. Varios experimentos han demostrado que este complejo es activado en un medio acido a través de un proceso de apertura del anillo del ligando (2,3).

Otra estrategia desarrollada para superar el problema de los efectos secundarios es la utilización de un sistema de liberación macromolecular que va a trasportar y liberar el compuesto químico específicamente en los tumores. Dos categorías de sistemas están actualmente en estudio: el primero es el uso de nano-partículas que contienen el compuesto químico y el segundo es el manejo de polímeros (sintéticos o naturales) donde el complejo químico y el polímero son conectados de manera covalente. El primer complejo polímerico que está en evaluación clínica es el co-polímero de la doxorubicin-HPMA (HPMA= N-(2-hidroxipropil)metacrilamida). Estudios preliminares han mostrados que la dosis toleradas del co-polímero doxorubicin-HPMA por los pacientes son cincos veces mas elevadas que en el caso de la administración de la doxorubicin pura (4).

Por otro lado, la elaboración de compuestos a base de otros metales aparte del platino se ha desarrollado con mayor interés. En efecto, modificando el metal de transición se obtienen varias ventajas. Por ejemplo, las diferencias de afinidad del ligando, los procesos de hidrólisis, así como la cinética del complejo pueden tomarse en cuenta durante la preparación de nuevos complejos. En los últimos años, complejos a base de varios metales de transición como el arsénico, titanio, vanadio, rutenio, rodio o de oro se han preparado y sus propiedades antitumorales han sido evaluadas.

Particular atención se ha desarrollado para la preparación de compuestos de rutenio, porque presentan en general una baja toxicidad para el organismo, debido en parte a su semejanza con el átomo de hierro. En efecto, los compuestos a base de rutenio son capaces de interactuar con muchas biomoléculas como la transferrina y la albúmina y debido a que las células cancerigenas presentan un mayor numero de receptores a la transferrina, la incorporación de estos complejos es más específica en las células tumorales (5).

Los complejos a base de rutenio (III) o de rutenio (IV) son considerados “Prodrogas”, porque se observa que estos son reducidos en rutenio (II) preferentemente en las células tumorales, donde hay un fuerte ambiente reductor. Estas observaciones han sugerido el desarrollo de una nueva clase de compuestos a base de rutenio (II) conocidos como complejos de Rutenio(II)-Areno. Estos complejos presentan la típica geometría pseudo-octaédrica, llamada corrientemente estructura "mitad sandwich" o piano-stool, donde el grupo Areno que está coordinado a través de enlaces p ocupa tres sitios de coordinación. Este grupo puede ser un simple benceno o un benceno sustituido como por ejemplo el bifenil o el dihidroantraceno. El grupo p-Areno que está fuertemente conectado estabiliza el rutenio en oxidación +2. Además, la presencia del grupo Areno en el complejo permite dar un carácter lipofílico, que puede promover el transporte del complejo con las biomoléculas, así como aumentar su penetración celular (6).

Actualmente varios grupos de investigación trabajan en la preparación de estos complejos modificando tanto el Areno, así como los tres ligandos (X, Y, Z) con un centro metálico que puede ser reemplazado por metales como el osmio o el rodio para poder sintetizar complejos con actividades antitumorales teniendo pocos efectos secundarios. Este es el grial de los químicos que trabajan en el campo del cáncer.

Figura 1: Estructuras de los tres complejos a base de platino más utilizados en quimioterapia y estructura general de los Rutenio(II)-Areno complejos.

Referencias:

1) Wong, E., Giandomenico, C.M. Current Status of Platinum-Based Antitumor Drugs. Chemical Reviews 1999, 99, 2451-2466
2) Galanski, M., Jakupec, M.A., Keppler B.K., Update of the preclinical situation of anticancer platinum complexes: novel design strategies and innovative analytical approaches. Current medicinal chemistry 2005, 12, 2075-2094.
3) Galanski, M., Arion V.B., Jakupec, M.A., Keppler, B.K., Recent development in the fiel of tumor-inhibiting metal complexes. Current Pharmaceutical Design 2003, 9, 2078-2089.
4) Haag, R., Kratz, F. Polymeric therapeutics: concepts and applications. Angewandte Chemie, International Edition 2006, 45, 1198-1215.
5) Allardyce, C.S., Dyson, P.J., Ruthenium in medicine: Current clinical uses and future prospects. Platinum Metals Review 2001, 45, 62-69.

6) Yan, Y.K., Melchart, M., Habtemariam, A., Sadler, P.J. Organometallic chemistry, biology and medicine: ruthenium arene anticancer complexes. Chemical Communications 2005, 4764-4776

Tomografía por Emisión de Positrones (TEP)

2009-05-01T17:43:00.006-04:00

Ana Carola Valdivia
Research PostDoctoral Fellow
Radiochemistry, PET Centre
University of Ottawa Heart Institute
anacarolavaldivia@hotmail.com

La Tomografía por emisión de Positrones es una técnica por imagen utilizada para determinar in vivo de forma cuantitativa procesos bioquímicos y fisiológicos por medio del uso de radiotrazadores.

Un radiotrazador es un compuesto al cual se le ha incorporado por medio de síntesis un isótopo radioactivo como ser: 11C (t ½ = 20 min.), 13N (t ½ = 10 min.), 15O (t ½ = 2 min.) y 18F (t ½ = 110 min.), los cuales son emisores de positrones. Estos isótopos son detectados a través de la energía que se libera en forma de fotones cuando un positrón y un electrón se aniquilan. Debido a que estos isótopos tienen una vida media muy corta es que deben ser producidos in situ.

Los centros de Tomografía por Emisión de Positrones se encuentran equipados con un ciclotrón, un acelerador de partículas cargadas, en el cual isótopos radioactivos como 11C, 13N, y 18F son producidos. Estos centros funcionan gracias al trabajo conjunto de las áreas de química, medicina, farmacia y física.

Uno de los usos principales del TEP es cuantificar el metabolismo en el miocardio. En personas que padecen de enfermedades del corazón este metabolismo es anormal, es decir que en ciertas regiones del miocardio existe muy poca absorción de glucosa. El radiotrazador utilizado en este caso es el [18F]-fluor-deoxiglucosa (FDG), un derivado de la glucosa en el cual un grupo hidroxilo ha sido reemplazado por un átomo de fluor radioactivo (Figura 1). El FDG se absorbe de forma similar que la glucosa en las células.

Figura 1. Radiosíntesis del FDG a través de una reacción de sustitución nucleofílica (SN1)

Para que una persona pueda ser sometida a un examen TEP es primordial que ésta este en ayunas, en este estado el metabolismo de la glucosa en el miocardio y en otros órganos, se encuentra suprimido y por lo tanto la fuente de energía en este caso proviene del metabolismo de los ácidos grasos. Una hora antes del examen el paciente es inyectado con glucosa y 45 minutos más tarde se le inyecta el radiotrazador (FDG), el cual ha sintetizado aproximadamente 30 minutos antes del examen y se procede con la toma de imágenes en una cámara TEP (Figura 2). En ayunas y al ser inyectados con glucosa se activa la producción de insulina en el páncreas y por lo tanto la absorción de glucosa. En estas condiciones el FDG es absorbido por un miocardio saludable mientras que poco en un miocardio isquémico y nada en el miocardio muerto.

Figura 2. Cámara de Tomografía por emisión de positrones (TEP).

Gracias a las imágenes obtenidas con el TEP es posible diagnosticar si el paciente necesita un transplante de corazón, una angioplastia o el tratamiento más apropiado.

Hoy en día nuevos radiotrazadores están siendo desarrollados y TEP ahora forma parte del descubrimiento, diseño y evaluación de nuevos fármacos a través de la cuantificación de los parámetros fisiológicos que se obtienen con las imágenes.

Nano-materiales: Nuevos Materiales del Siglo XXI

2009-04-08T12:14:00.003-04:00

Vladimir Lavayen
Departamento de Física, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso 2390123, Chile
Área de Ciências Naturais e Tecnológicas, Centro Universitário Fransiscano, Santa Maria, 97010-032, RS, BrazilE-mail address corresponding author: vladimir.lavayen@usm.cl

Los tiempos actuales muestran vientos favorables y oportunidades para los bolivianos, algo que muchos países no lo tienen, una de ellas es las reservas gasiferas que se encuentran en diversas partes del país, con ello se puede crear y desarrollar la industria petroquímica en un país que necesita salir adelante de la situación en la que se encuentra.

Otra área de las ciencias, que está acaparando mucha atención y se está llevando en algunos países; la que puede ser denominada como “La Segunda Revolución Industrial”. Que es la investigación en el área de Nanociencia- Nanotecnología.

Según H. Terrones uno de los más prominentes científicos en el área, la Nanociencia consiste en la capacidad de controlar átomos y moléculas para formar nuevas estructuras y nuevos materiales de acuerdo con nuestras necesidades específicas. El prefijo Nano se refiere a escalas de tamaño mil millones más pequeñas que las que observamos a simple vista (1 x 10-9m) [1].

Esta área es muy promisoria porque materiales hechos en base de hojas de grafeno enrollados en el orden de los nanómetros pueden presentar propiedades conductoras o semiconductoras, los cuales son increíblemente rígidos, como resultado, la formación de un material hasta 100 veces más resistente que el acero y seis veces más ligero. La aplicación de la Nanociencia se le llama Nanotecnología.

No solo existen estructuras de carbono, el cual es el más conocido, si no hay otras estructuras en el orden de los nanómetros en base a compuestos inorgánicos.
A diferencia de lo que sucedió en el siglo XX, donde la mayoría de los científicos trabajaban de manera uni-disciplinaria - como islas - de forma independiente y con barreras entre la teoría y la experimentación.

Esta nueva área, necesita el conocimiento científico que involucra la interacción multidisciplinaria sin obstáculos entre experimento, teoría y aplicación de diversas áreas como la química, física, ingeniería eléctrica, mecánica, biología molecular, biotecnología.

Hasta aquí parece todo lo explicado como un cuento de hadas, pero cuando él autor se pregunta: Podrá existir Nanociencia y Nanotecnología en Bolivia? O pasara lo mismo que en décadas pasadas, como los 70s con el estaño, los 80s con el litio y la energía geotérmica y ahora con los campos gasiferos, solo retorica y además solo nos dedicaremos a ser observadores y no hacer nada, esperando el apoyo gubernamental culpándolo por lo sucedido.

Para responder esta pregunta se debe conocer los siguientes puntos:
- Esta nueva área tiene no más de 15 años en el mundo.
- Se tiene un grupo pequeño pero capaz de profesionales bolivianos con diversas especializaciones que quieren contribuir por su país y que están por todos los rincones del planeta y en Bolivia.

- Hay pocos investigadores e instituciones en el país, los cuales pueden ser enfocados para este tipo de trabajos multidisciplinario.

- Los nanotubos de carbono por su potencialidad han sido declarados como estratégicos, es así que a vieja idea de “importar a precios elevados y apretar el botón de encendido”, que se realiza frecuentemente en Bolivia no pueda ser aplicada.

- Alrededor del mundo se está invirtiendo gran cantidad de recursos económicos para desarrollar la Nanociencia y la Nanotecnología.

- Estados Unidos duplico el gasto público en investigación en nanotecnología de $u$ 250 millones a 500 millones de dólares en tres años (1997-2000) - el año 2005, fueron de $u$ 800 - Japón gastó $u$ 128 millones en 1997 y en Europa occidental 120 millones de dólares en el mismo periodo [1].

- Países latinoamericanos como México y Brasil poseen contados grupos de clase mundial en esta nueva área de trabajo, además se cuenta con el Centro Brasilero-Argentino de Nanotecnología-CBAN.

Con todo lo expuesto, todavía se está a tiempo para poder entrar en esta “Segunda Revolución Industrial” y así crear nuevos materiales para el siglo XXI.

Todavía Bolivia puede tener una oportunidad única de hacer ciencia en un área que promete mucho y que solo se ha visualizado muy poco.

Estamos a tiempo para poder preparar recursos humanos, crear lazos entre la poca industria que se tiene en el país y el gobierno.
Si bien en el pasado llegamos tarde para participar en casi todas las áreas del desarrollo científico y solo nos dedicamos a ser observadores pasivos.

Es tiempo para pasar a jugar un rol más activo, para poder hacer algo en el país para poder comenzar a crear condiciones, adecuadas que junto a diversos factores puedan crear una masa crítica en esta área en el país.

Para terminar, me cabe dos preguntas: Sera que podremos crear nano-materiales en Bolivia?, nuevamente desaprovecharemos otra oportunidad como país para salir de la pobreza y atraso en la que está sumida Bolivia?

Referencias
[1] H. Terrones, M. Terrones, The Shape of Carbon: Novel Materials for the 21st Century, Advanced In Nano-engineering electronics Materials and Assembly, Royal Society Series on Advances in Science, 1793-1827. 2007.
[2] Colin Macilwain, Nature 400, 95, 1999.

ARCILLAS NATURALES (MOTMORILLONITA) EN LA REMOCION DE METALES PRESENTES EN AGUAS CONTAMINADAS POR LA ACTIVIDA MINERA EN ZONAS RURALES DE BOLIVIA

2009-04-05T11:11:00.017-04:00

ARCILLAS NATURALES (MOTMORILLONITA) EN LA REMOCION DE METALES PRESENTES EN AGUAS CONTAMINADAS POR LA ACTIVIDA MINERA EN ZONAS RURALES DE BOLIVIA.

MSc. Lic. Jenny Rojas C
Universidad Mayor de San Simón, Facultad de Ciencias y Tecnología, Cochabamba, Bolivia
jennymrojas@hotmail.com

Una de las actividades comerciales más importantes en Bolivia durante varias décadas, ha sido la mineria; en la actualidad la producción es a menor escala y está organizada en una pequeña minería bajo sistema cooperativizado, con la explotación de minerales de Zinc (Zn), Plomo(Pb), Plata(Ag) y Antimonio (Sb), conteniendo además Cadmio(Cd), Cobre(Cu), Bismuto(Bi) y Arsénico(As); una minería mediana desarrollada por compañías mineras que explotan Estaño(Sn) y Sb y una nueva minería en la cual compañías extranjeras, introdujeron nuevas tecnologías para la extracción de Oro(Au), Ag, Zn y Pb, principalmente.

Esta actividad genera residuos líquidos ácidos con elevada turbidez, que contienen principalmente metales, sulfatos y cloruros, residuos que en la mayoría de los casos, no reciben tratamiento alguno y que junto a lixiviados de residuos sólidos , acumulados a la intemperie por varias décadas, son descargados a cuerpos de agua o al medio ambiente, constituyéndose en una de las principales fuentes de contaminación de aguas en zonas mineras, como es la cuenca del Rio Chayanta en el Norte de Potosí, Bolivia.
Investigaciones realizadas muestran la presencia de elevadas concentraciones de metales entre otros, As (6 -24 μg/l), Cd (260-2620 μg/l), Pb (10-21 μg/l) en cuerpos de agua que reciben descargas de la minería, como el Rio Chayanta , a diferencia de ríos de referencias (ríos que no reciben descargas mineras), que contienen bajas concentraciones de metales As ( < 5 μg/l), Cd (< 1 μg/l), Pb (< 2 μg/l), entre otros (1).
Las poblaciones en el Norte de Potosí sufren de escasez de agua durante gran parte del año, por las condiciones climáticas secas de la región, por lo que habitantes de poblaciones como Quila Quila (situada a aproximadamente 70 Km de los centros mineros) utilizan aguas de la cuenca del rio Chayanta para consumo humano con elevadas concentraciones de Cd (23 -63 ppb) y en la irrigación de sus cultivos agrícolas, afectando probablemente a la salud de las personas, ya que encuestas realizadas muestran que el 80% de la población encuestada adolecen permanentemente de dolores estomacales.
Considerando que los procesos de tratamiento convencionales de remoción de metales, como son la precipitación química, intercambio iónico a través de resinas, uso de membranas entre otros, se constituyen en tecnologías inviables a ser utilizadas en comunidades rurales, por su elevado costo y la complejidad de su manejo , en el Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental de la Universidad Mayor de San Simón, Cochabamba, Bolivia, se viene desarrollando investigaciones dirigidas al uso de arcillas naturales como es la Motmorillonita, para la remoción de metales en aguas contaminadas por la actividad minera, como una alternativa de tratamiento eficiente, de bajo costo y de posible aplicación en comunidades rurales del Norte de Potosí.
El uso de materiales arcillosos durante los últimos años están siendo estudiados como una alternativa eficiente en la remoción de metales, por la elevada superficie especifica, capacidad de adsorción e intercambio que estos poseen, la cual puede ser considerablemente incrementada con tratamientos químicos y térmicos; sin embargo para fines de aplicación en comunidades rurales se optó por investigar el proceso de remoción de metales utilizando arcilla (motmorillonica) en su forma natural, previamente caracterizada a través de análisis fisicoquímicos y difracción y fluorescencia de rayos X .
Varias investigaciones han sido realizadas utilizando arcilla en polvo como material adsorbente de los metales presentes en el agua; lo cual no podría aplicarse en comunidades rurales por la considerable generación de lodos, el cual requieren de un manejo adecuado. Por lo anterior, las investigaciones que se están realizando utilizan arcilla en forma de pellets, los cuales son fabricados mezclando arcilla molida, carboximetilcelulosa como aglutinante y agua, pasados por un extrusor y cocidos a una temperatura de 900°C.
Inicialmente se realizó ensayos de remoción de cadmio, utilizando soluciones estándar, previa determinación de variables como la concentración del metal, el pH optimo de remoción y el tiempo de contacto del metal con el material adsorbente. El rango de concentración de cadmio estudiado fue de 0,1 a 5 ppm de Cd, en rango de pH entre 4 a 8 , para diferentes tiempos de contacto . Los resultados obtenidos muestran en las condiciones experimentales y con el material adsorbente, que el pH óptimo esta en el orden de 6, y que para un tiempo de contacto de 2 horas, se alcanzan remociones próximas al 60%, bajo sistema discontinuo (2).
En la actualidad se vienen desarrollando investigaciones que permitan establecer la influencia de estos metales y aniones en el proceso de adsorción sobre arcillas de motmorillonita en forma de pellets, considerando que en aguas contaminadas con la actividad minera, el cadmio se encuentra junto a otros metales en concentraciones considerables, entre ellos el plomo y el cobre y aniones como sulfatos y cloruros.

Referencias
1) Rojas J., VandeCasteele C., Influence of mining activities in the north of Potosi, Bolivia on the water quality of the Chayanta river, and its consequences. Environmental Monitoring and Assessment.(2007) 132:321-330.
2) Encinas E., Zubieta E., Rojas J. Remoción de cadmio proveniente de la actividad minera mediante materiales arcillosos. Congreso Internacional sobre desarrollo , medio ambiente y recursos naturales. Vol. II, pp 873- 880, Cochabamba, Bolivia (2007)

Solicitud de informacion quimica

2009-03-26T00:51:00.002-04:00

Le escribo para pedirle un favor y es el siguiente, requiero de patrones de isoflavonas (geisteina , daidzeina y gliciteina) y queria saber cuanto esta costando ahi (USA) y cuanto mas me saldria el envio para ver si puedo acceder a la compra. Bueno gracias por su colaboracion y espero su repuesta, mil gracias

Litzie Coca

Biblioteca virtual en quimica

2009-03-15T20:03:00.026-04:00

Que tiempos aquellos cuando uno tenia que ir a la biblioteca a sacar los escasos libros existentes de quimica. Para la epoca de examenes aun recuerdo que era toda una competencia ir desde el aula hasta la biblioteca para adquirir al menos un ejemplar que pudiera ayudarte para el examen. Si uno andaba de suerte podia solo sacar libros de ediciones pasadas y con informacion demasiada desactualizada y en muchos casos muchas paginas habian sido sacadas o rotas de tal manera que la informacion crucial estaba ausente. De esta manera uno debia confiar en los buenos apuntes de nuestros companeros o rogarles para que pudieses sacarle una fotocopia de su libro o cualquier material que sea de utilidad. Todo aquel que aprendio a buscar literatura quimica a traves del chemical abstract sabe perfectamente que esta tarea podia llevar bastantes semanas hasta poder encontrar un cierto numero de referencias claves para hacer la investigacion. Sin embargo, la resolucion del problema no estaba terminada sino hasta conseguir los articulos cientificos referidos en las fuentes primarias de informacion. Como encontrar esos articulos????? pues uno debia ingeniarselas y en todo este trajin habian pasado muchos meses de extenuante busqueda de informacion cientifica sin ni siquiera haber empezado la parte experimental. En la actualidad, el estudiante, el instructor o investigador que tenga acceso a una computadora conectada a internet puede encontrar mucha informacion disponible a sus pies. Que podemos encontrar??? pues casi absolutamente todo; desde libros y articulos electronicos, base de datos sobre compuestos y sus propiedades fisicoquimicas, biologicas, procesos quimicos industriales hasta videos educativos sobre muchos topicos de quimica. Si bien muchos de los websites se pagan para ser usados, afortunadamente alguno de ellos son totalmente gratuitos y es por esta razon que durante esta ultima decada me encargue de recopilar los sitios web y softwares mas usados que pueden ser de utilidad para cualquier quimico. El uso de estos links ayudara a efectivizar el tiempo de su investigacion y le permitira tomar decisiones mas rapido para culminar su proyecto.

1) Chemland Simulation Software

Este software que es totalmente gratuito les recomiendo para que puedan realizar calculos y entender mas facilmente conceptos de quimica general. Ustedes encontraran una diversidad de herramientas utiles en el software como calculos de equilibrio quimico, acidos-bases, titulaciones, preparacion de soluciones, quimica organica, etc Asi mismo, en este sitio web ustedes encontran tanto el articulo original escrito por William J. Vining de la Universidad de Massachusetts asi como los links para descargar el programa. Espero les guste

2) Webspectra

Este sitio web desarrollado por Craig A. Merlic y Jane Strouse de UCLA es un excelente lugar para poder practicar la interpretacion de espectros de NMR e infrarojo. Ustedes encontraran problemas con sus respuestas de diferentes grados de dificultad empezando desde principiantes hasta terminar en avanzados.
3) Caltech Library Service

El servico online del instituto California de Tecnologia (Caltech) da una lista de sitios web agrupados en diferentes areas de interes para quimicos como por ejemplo relacionado a organizaciones quimicas, base datos, patentes, educacion, buscadores de informacion , etc Excelente compendio.
4) Chemical and Engineering News (CE&N)

Este sitio muestra la informacion de la revista quimica publicada semanalmente por la American Chemical Society. Excelente fuente de divulgacion quimica.

5) Internet Chemical Resources

Este sitio web elaborado por el instituto de quimica de la universidad de Antioquia lista extensivamente links sobre quimica.
6) Chemistry Teaching Resources

Este website desarrollado por la universidad de Umea muestra una lista de softwares creados para la ensenanza de quimica
7) Chemistry Teachig Websites

Otro sitio web disenado para la ensenanza de la quimica
8) CMLD-BU

Este sitio proporciona informacion sobre procedimientos experimentales en la sintesis de moleculas pertenecientes a librerias de compuestos. Buena fuente de informacion si Ud. hace quimica combinatorial y paralela.
9) e-molecules database

Excelente sitio para buscar reactivos comercialmente disponibles. Da informacion sobre las companias comerciales, su costo asi como informacion fisicoquimica de los compuestos.

10) Infrared Spectroscopy for Organic Chemists

Este website provee una lista sobre diferentes links relacionados a espectroscopia infraroja.

11) IUPAC

Sitio disenado para encontrar las reglas de nomenclatura de organica y bioquimica.

12) ACS publications

Sitio oficial de la ACS donde Ud. podra encontrar referencias sobre un topico en particular de quimica. Para poder acceder a los pdf de los articulos necesita ser miembro de la ACS. Sin embargo, en ocasiones especiales ACS da opcion a que cualquier usuario pueda bajar gratuitamente un numero ilimitado de papers.

13) Sciencedirect

Otro sitio excelente donde puede encontrar informacion cientifica de quimica.

14) Organic Chemistry Website Links

Excelente sitio sobre quimica organica

15) Selected Organic Chemistry Websites

Otro sitio donde encontrara informacion sobre quimica organica

16) Organic Syntheses

Este sitio web editado anualmente por el Professor Charles K. Zercher de la Universidad de New Hampshire muestra una excelente base de datos sobre procedimientos experimentales de compuestos organicos.

17) Chembank

Base de datos gratuita desarrollada por Broad Institute's Chemical Biology Program la cual permite encontrar compuestos sintetizados que tienen uso biologico o medicinal especifico. Tambien provee informacion sobre estudios realizados en celulas con dichos compuestos.

18) PubChem

Base de datos gratuita disenada por la NIH que da informacion sobre actividades biologicas de pequenas moleculas.

19) RSC

Sitio oficial de la Royal Society of Chemistry. Encontrara articulos cientificos sobre diferentes areas de quimica

20) Finding Chemical spectra and spectral data
Este website presentado por la universidad de Texas, Austin da una lista de links donde se puede encontrar base de datos sobre espectroscopia

21) Synthetic Pages

Excelente sitio para la busqueda de procedimientos sinteticos

22) Webreactions

Excelente sitio web para encontrar procedimientos sinteticos dibujando la reaccion completa (se dibuja las estructuras tanto de los reactivos como de los productos)

23) NMR Course

Sitio web que da muy buena informacion sobre conceptos de NMR

24) Organic Chemistry Information

Excelente sitio de datos qumicos elaborada por el departamento de quimica de la Universidad de Wisconsin. Informacion que puede encontrar son tablas de pKa en diferentes solventes, constantes fisicas, grupos protectores, reacciones nombradas, etc

25) Not Voodo

Este sitio te permitira obtener consejos acerca de las tecnicas experimentales mas comunes en quimica organica. Muchos quimicos comparten aca sus malas y buenas experiencias acerca del trabajo rutinario al sintetizar moleculas organicas.

26) Alsnotebook

Otro buen sitio para la busqueda de procedimientos sinteticos experimentales en quimica organica.

27) Alearner

Este sitio da la opcion de ver video clips sobre ciencia y areas relacionadas. Un buen recurso pedagogico para maestros de colegio y primeros anos de universidad.

28) Spectra Database for Organic Compounds SDBS

Este sitio web elaborado por National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan. es una excelente base datos para encontrar informacion espectoscopica de muchos compuestos organicos sintetizados.

29) Calculate a Molecular Formula

Este sitio web elaborado por la Universidad Silesiana de Tecnologia y la Universidad de Lausanne permite calcular la formula molecular, masa molecular, masa exacta, analisis elmental y graficos de distribucion isotopica.

30) Deja Vu

Este sitio elaborado por UT Southwestern Medical School - Dallas es una base de datos que permite encontrar similitudes entre dos articulos publicados. Fue disenado con el objetivo de encontrar plagiarismo.

31) eTBlast

Website similar a Deja Vu que busca similaridad de texto en publicaciones cientificas. Disenada para evitar el plagiarismo

32) NIST Scientific and Technical Databases

Apropiado sitio web donde Ud. encontrara links sobre bases de datos de quimica

33) NMR Predictor
Este sitio web permite predecir el espectro 1H-NMR a partir de la estructura del compuesto

34) ACE Acidity and Basicity calculator

Excelente sitio que calcula los pKa de hidrogenos presentes en una molecula organica. Asi mismo puede Ud. conocer la(s) especie(s) principal(es) que existen en funcion del pH. Puede usar este website o bajar en forma gratuita el software (MarvinSketch) ofrecido por Chemaxon despues de solicitar una licencia academica.

35) Public access ACE Pages

Excelente sitio donde permite al quimico organico obtener diversas herramientas para planficar sintesis organica

36) MITopencourseware

MIT (Massachusetts Institute of Techology) diseno este website con el objetivo de que cualquier persona pudiese acceder a los cursos dictados por profesores de dicha universidad. Ud. podra encontrar ya sea un video clip o el pdf de la clase dictada por el profesor.

37) SIS Chemical Information

Esta es una base de datos gratuita de la National Library of Medicine que permite buscar compuestos quimicos que hayan sido usados en ensayos biologicos.

38) Chemnetbase

Este website les permitira acceder a enciclopedias o base de datos de ciertas areas de quimica

39) Academy savant

Este sitio web permite aprender tecnicas analiticas a traves de video clips.

40) OSTI

Una buena fuente para hacer busquedas de informacion cientifica

41) ARchem (Automated retrosynthetic chemistry)

En este sitio web encontraras dos softwares (ARchem y CAESA) que te permitiran a traves de metodos computacionales disenar y escojer las rutas sinteticas mas convenientes.

42) Notebookmaker

Este sitio provee un software llamado electronic laboratory notebook. Este software te permite registrar diariamente tus experimentos on-line y asi reemplazar los cuadernos de papel.

43) Nature Precedings

Este es un sitio web gratuito en el cual investigadores del area de ciencias naturales pueden comunicar sus descubrimientos iniciales.

44) VIPEr

The virtual inorganicb pedagogical electronic resource es un sitio creado para que quimicos inorganicos puedan compartir e intercambiar conocimientos de ensena y conocimiento en su area.

Accidentes en los laboratorios de quimica organica: porque ocurren y como podemos evitarlos?

2009-03-15T18:26:00.032-04:00

Rogelio Siles, Ph.D

Medicinal Chemist

Department of Biology

The Johns Hopkins University

Baltimore, Maryland, USA

resiles@yahoo.com

El dia 29 de Diciembre de 2008, Sheharbano (Sheri) Sangji de 23 anos de edad, una asistente de investigacion trabajando en el laboratorio de Patrick Harran, sufrio un letal accidente cuando trabajaba sola en la Universidad de California, Los Angeles. Aunque no esta oficialmente establecido, se piensa que la causa del accidente que provoco su muerte el dia 16 de Enero de 2009 fue debido a una quemadura de tercer y segundo grado en casi 40% de su cuerpo cuando ella trabajaba con tert- butyl lithium. Se postulo que Sangii estaba llenando una jeringa con dicho reactivo y por razones aun desconocidas el embolo de la jeringa se salio de la misma exponiendo dicho liquido al aire y produciendo salpicaduras en su cara, pecho y brazos. Este reactivo como es bien sabido, una vez expuesto al aire reacciona violentamente con la humedad e instantaneamente produce fuego. Lamentablemente en el caso de Sanguii no habia nadie en su laboratorio que le pudiese auxiliar y mucho menos ella llevaba puesta ropa de proteccion personal.

Esta es una leccion que todos debemos aprender para evitar estos tipos de accidentes y principalmente los profesores encargados (PI) siempre deben asegurarse de que todos sus estudiantes, postdocs o asistentes de investigacion sepan lo que van a hacer en el laboratorio.

Otro accidente de importancia fue el que ocurrio el 8 de Abril de 2005 en el laboratorio de Robert S. Coleman en la Universidad Estatatal de Ohio (OSU). Se piensa que el accidente que destruyo completamente el laboratorio de dicho profesor se debio a una explosion de los vapores acumulados de solventes volatiles inflamables como hexano, diethyl ether, etc. Es posible que una chispa haya generado la explosion pero cual fue la verdadera razon para la acumulacionde los vapores??? Uno de los 11 estudiantes que trabajaban ese Viernes en la noche estaba ayudando a descargar 12 botellas de hexano recien adquiridas. Cuando el se aprestaba a poner la decima segunda botella en la parte superior de un estante ventilado de solventes la botella se cayo al suelo y todo el estante se vino abajo con el resto de los solventes rompiendose otras tantas botellas. Inmediatamente el laboratorio se lleno de vapores de hexano y todos los estudiantes tuvieron que salir de ahi. Solo pasaron unos escasos minutos de haberse alejado del laboratorio cuando escucharon una serie de explosiones que causo el siniestro y la perdida cuantiosa de mas de 250.000 $us en danos materiales. Profesor Coleman perdio todo su laboratorio incluido las notas de laboratorio de sus estudiantes y avliosos compuestos sintetizados.

En 1968, en el Instituto Georgia de Tecnologia ocurrio otro accidente cuando un estudiante de postgrado limpiaba un matraz que contenia residuos de benzeno despues de haber sido secado con virutas de sodio metalico. El no se percato que el benzeno residual contenia aun sodio activo y descuidadamente lo virtio en el lavabo causando inmediatamente fuego en el laboratorio. Por fortuna no hubo ningun dano personal ni material de consideracion. Sin embargo, en 1996 en la Universidad de Texas, Austin, un postdoctorante tuvo un acidente similar con sodio pero esta vez la suerte no fue la misma puesto que el fuego se expandio por todo el laboratorio causando explosiones en cadena. El fuego no solo devoro su laboratorio sino que dano otros dos laboratorios adyacentes.

En Julio de 2001 en el laboratorio de William J. Evans de la Universidad de California, Irvine ocurrio un accidente cuando uno de sus estudiantes estaba de rutina purificando benzeno en un aparato de destilacion de reflujo (solvent still). Aparentemente grandes cantidades de vapores de benzeno escaparon del equipo encendiendose inmeditamente y produciendo fuego que causo perdidas materiales en casi 3.5 millones de dolares y un estudiante seriamente quemado.

Muchas reacciones organicas y organometalicas se llevan a cabo en solventes que esten libres de agua y/o oxigeno. Se necesitan diariamente muchos litros de solvente purificado en un laboratorio y esta cantidad simplemente puede constituir un gran peligro por el potencial de inflamacion que tienen cuando se generan cargas estaticas o chispas en el lugar. En 1996, Robert H. Grubbs del Instituto California de Tecnologia publico un articulo en el cual reporta un metodo alternativo al metodo tradicional de purificacion de solventes organicos. En su paper el describe el uso de dos columnas secuenciales conteniendo en la primera alumina activada para remover el agua y en la segunda un catalizador de cobre para remover oxigeno (vea foto arriba). Este nuevo equipo usado ya en muchos laboratorios e industrias tiene muchas ventajas, como por ejemplo el de no usar metales alcalinos reactivos, no usar mantas de calentamiento, no usar bombas de vacio, no esperar el enfriamiento del solvente antes de colectarlo, purificar grandes volumenes de solvente en un tiempo razonablemente corto a temperatura ambiente y que puede ser usado en un simple espacio del mezon de laboratorio sin requerir una campana. Sin embargo la desventaja mas grande radica en su precio aunque puede valer la pena invertir en esto para evitar tener una desgracia que signifique la perdida de muchos millones de dolares y vidas.

Como pudimos ver en los casos descritos anteriormente si bien una mayoria de los accidentes podian haber sido evitados ocurre muchas veces que hay accidentes que ocurren de manera inesperada y sin dar tiempo a reaccionar. Debemos siempre considerar que un laboratorio de quimica organica es un lugar de potencial peligro. Una regla de oro es que cuando entres a trabajar al laboratorio debes estar en suficientes condiciones fisicas, mentales e intelectuales para empezar tus experimentos y no hacerlo a las carreras. Sin embargo, eso no es todo, muchos quimicos pasan de alto otra regla que es aun mas importante: tienes que saber lo que vas a entrar a hacer y porque lo vas hacer y como lo vas a hacer. Esto significa que debes saber absolutamente todas las propiedades fisicoquimicas de todos los reactivos y solventes (lee las MSDS de todos tus compuestos) involucrados en tu experimento asi como estudiar y planficar cuidadosamente cada una de las etapas de tu reaccion, del work-up y de su purification. Si trabajaras con compuestos que son sensibles al aire o la humedad debes pensar en como llevar a cabo esta reaccion para evitar tener incendios y en caso de que ocurra esto como proceder. Otra regla que siempre un quimico organico debe recordar es el de no trabajar solo y mucho menos sin proteccion personal como el no tener una bata de laboratorio, ponerse lentes de seguridad, guantes y en casos extremos siempre tener a la mano un protector de cara asi como conocer el lugar de un extinguidor de incendios o de la ducha en el laboratorio (fire and eye shower). Por fortuna existen ahora muchas fuentes de informacion para mitigar estos accidentes y les recomiendo que lean Learning by accident, el libro de seguridad publicado por la ACS llamado Safety in academic Chemistry laboratories y School Chemistry Laboratory Safety Guide . Sigan adelante haciendo su investigacion pero siguiendo las reglas de seguridad y no menospreciando ninguna de ellas.