viernes, 4 de agosto de 2017

11 DE LA INDUSTRIA QUÍMICA A LA QUÍMICA VERDE

La industrialización del esfuerzo científico trajo mucho dinero, pero también un esfuerzo consiente por ignorar los datos que manchaban el prestigio químico-industrial. Sin embargo fueron los propios científicos desde diversos campos del conocimiento quienes se comenzaron a percatar que esta ciencia que otorgaba a los humanos el poder de los magos para remodelar el mundo a su antojo poseía un lado oscuro.

11.1 Fármacos

Mientras tanto, el éxito espectacular de la penicilina como antibiótico salvador de vidas generó ímpetu para el descubrimiento de una amplia gama de nuevos productos naturales biológicamente activos a partir de microorganismos, un aumento al timón de los cuales fueron inicialmente las compañías farmacéuticas, que pronto se unirán a instituciones académicas. Muchos de estos compuestos se convirtieron en agentes clínicos para tratar la enfermedades y algunos están en uso incluso hoy en día. Su atractivo atrajo la atención de los químicos orgánicos sintéticos de la segunda mitad del siglo XX y dio lugar a logros importantes en el campo de la síntesis total. Las hormonas humanas tales como los esteroides y los eicosanoides (por ejemplo prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos) desempeñaron papeles similares a aquellos productos naturales derivados de plantas y microbios en desafiantes e inspiradores jóvenes practicantes que entran en el campo. Uno de estos practicantes fue el químico estadounidense Elías J. Corey (ForMemRS), cuyas legendarias contribuciones ayudaron a dar forma decisiva a la síntesis orgánica durante la segunda mitad del siglo XX. Sus logros incluyen la introducción de la teoría del análisis retrosintético, el desarrollo de varios nuevos métodos sintéticos, reactivos y catalizadores y la síntesis total de numerosas sustancias naturales bioactivas, incluyendo varios miembros de las prostaglandinas, clases de leucotrienos y macrólidos, ginkgolida B, maytansina Y ecteinascidin 743. Corey fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1990 'por su desarrollo de la teoría y la metodología de la síntesis orgánica' (Elias J Corey & Kurti, 2013; Elias James Corey, 1989, 2012).

11.2 Arte y teoría de los artificial

La última parte del siglo XX fue testigo de impresionantes avances en el área de la nueva metodología sintética, que propulsó el arte de la síntesis orgánica a niveles más altos de elegancia, practicidad y eficiencia. Estos nuevos métodos facilitaron la investigación de descubrimientos, el desarrollo de productos y la fabricación de productos farmacéuticos y otros productos químicos finos que beneficiaron a la sociedad. Entre las más poderosas de estas reacciones útiles están la reacción de Wittig para la construcción de enlaces dobles carbono-carbono, desarrollada por el químico alemán Georg Wittig, y la reacción de hidroboración, desarrollada por el químico estadounidense Herbert C. Brown. Brown y Wittig compartieron el Premio Nobel de Química 1979 por su desarrollo del uso de compuestos que contienen boro y fósforo, respectivamente, en reactivos importantes en síntesis orgánica. Las contribuciones del químico inglés Sir Derek H. R. Barton (FRS) y del químico noruego Odd Hassel al análisis conformacional desempeñaron un papel importante en la configuración de nuestra comprensión de la estructura molecular que facilitó la reactividad química y la selectividad. Los descubrimientos de Barton se extendieron mucho más allá de la estereoquímica y en otros dominios de síntesis orgánica, tales como reacciones de acoplamiento oxidativo biomimético y química radical. Sus estudios pioneros en este último campo incluyeron métodos de desoxigenación y oxigenación (activación / funcionalización de C-H) que resultaron muy útiles e inspiradores para los químicos orgánicos sintéticos de sus generaciones y posteriores. Barton y Hassel compartieron el Premio Nobel de Química 1969 por sus contribuciones al desarrollo del concepto de conformación y su aplicación en la química. El químico estadounidense Gilbert Stork (ForMemRS) y Albert Eschenmoser hicieron contribuciones pioneras a la síntesis orgánica de importancia teórica y práctica (K C Nicolaou, 2014; Kyriacos C Nicolaou & Chen, 2011).

Así, en 1955, propusieron independientemente la denominada hipótesis de Stork-Eschenmoser, en la que se afirma que las moléculas poliinsaturadas que poseen todos los enlaces trans olefínicos (por ejemplo, óxido de escualeno, el precursor biosintético de las hormonas esteroides) deben someterse a una ciclación estereospecífica para proporcionar un sistema policíclico con toda la fusión trans- Estereoquímica (por ejemplo, trans, trans, trans para dammaratienol, el producto de la ciclación de escualeno). Esta hipótesis fue verificada posteriormente experimentalmente por W. Johnson, quien logró la primera síntesis total biomimética de progesterona en 1971. Stork hizo varias otras contribuciones seminales a la síntesis orgánica, incluyendo el estereocontrol, las reacciones radicales en cascada y la síntesis total. Las contribuciones de Eschenmoser a la síntesis orgánica son igualmente impresionantes e incluyen las reacciones de regio y estereocontrol, el desarrollo de métodos, la química de corrina y la síntesis total de vitamina B12 mencionada anteriormente (K C Nicolaou, 2014; Kyriacos C Nicolaou & Chen, 2011).

Otras reacciones importantes son los procesos de formación de enlaces fosfato y amida, descubiertos por el bioquímico americano nacido en India, H. Gobind Khorana (Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1968, compartido con los bioquímicos estadounidenses Robert W. Holley y Marshall W. Nirenberg) y el bioquímico americano R. Bruce Merrifield (Premio Nobel de Química 1984), para la síntesis de oligonucleótidos y péptidos, respectivamente. Mientras tanto, las reacciones catalíticas asimétricas para la oxidación, la reducción y una variedad de otros procesos importantes (2001 Premio Nobel de Química concedido al químico estadounidense K. Barry Sharpless, el químico japonés Ryoji Noyori (ForMemRS) y el químico estadounidense William S. Knowles) (Premio Nobel de Química 2005 otorgado a los químicos estadounidenses Robert H. Grubbs y Richard R. Schrock (ForMemRS) y al químico francés Yves Chauvin) por la construcción de enlaces olefínicos y motivos estructurales cíclicos y polímeros y el acoplamiento cruzado catalizado con paladio (El Premio Nobel de Química 2010 otorgado al químico estadounidense Richard F. Heck y los químicos japoneses Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki) cambiaron la forma en que los químicos sintéticos estaban pensando y practicando su ciencia (K C Nicolaou, 2014; Kyriacos C Nicolaou & Chen, 2011).

El impacto de la síntesis orgánica en la ciencia y la tecnología no se detiene con la biología y la medicina. Abarca muchos otros esfuerzos científicos y tecnológicos y facilita su mejora, alcance y alcance. Entre los campos más destacados que se beneficiaron enormemente de las aplicaciones de la síntesis orgánica están los de reconocimiento molecular y química supramolecular, ciencia de los materiales y nanotecnología y biología química. De hecho, el universo de compuestos sintetizados por síntesis orgánica, natural y diseñada, es muy grande y podría ser casi infinito. Reflejando los progresos realizados en la síntesis orgánica en los últimos años son las numerosas y elegantes síntesis totales de moléculas biológicamente y médicamente importantes logradas en laboratorios de todo el mundo (K C Nicolaou, 2014; Kyriacos C Nicolaou & Chen, 2011).

11.3 Silencio ante la primavera de una ciencia poderosa

El escrito anterior es casi un panfleto de reclutamiento en el cual solo se ha narrado lo bueno, pero nada es tan bueno, y todo conocimiento poderoso muchas veces tiene diversas maneras para salirse de control. Muchas veces es mas fácil guardar el polvo debajo del tapete, especialmente cuando el resto de la casa se ve brillante, pero para nosotros, los educadores en química en el siglo XXI esta no es una estrategia aceptable, pues el tapete está muy saturado y la casa ya no se ve limpia, la química tiene mala fama (Hrin, Milenković, & Segedinac, 2016), y no por si misma a nivel académico, sino por lo que los interés industriales hicieron de ella. En la década de los 60s las primeras voces de discordia con la propaganda de que las sustancias producidas de la síntesis orgánica total eran inocuas para el ambiente y para la salud pública.

Silent Spring “primavera Silenciosa” fue la primera publicación que señalaba los impactos de las sustancias sintéticas en el ambiente, un libro de ciencia ambiental escrito por Rachel Carson, bióloga marina de la universidad de Johns Hopkins (Carson, 1962). El libro fue publicado el 27 de septiembre de 1962 y documentó los efectos perjudiciales sobre el medio ambiente del uso indiscriminado de plaguicidas. Carson acusó a la industria química de difundir la desinformación y los funcionarios públicos de aceptar los argumentos de la industria sin dudar –cualquier parecido con el asbesto en Colombia no es una coincidencia, pues hablamos del factor dinero (Mclaughlin, 2003). A finales de los años de 1950, Carson volvió su atención a la conservación, especialmente a los problemas ambientales que ella creía eran causados por pesticidas sintéticos. El resultado fue Silent Spring (1962), que trajo preocupaciones ambientales al público estadounidense. Silent Spring se enfrentó a una feroz oposición de las compañías químicas, pero estimuló un cambio en la política nacional de plaguicidas, llevó a una prohibición nacional de DDT para usos agrícolas, (Pimentel & Burgess, 2014) e inspiró un movimiento ambiental que llevó a la creación de la Environmental Protection (Glausiusz, 2007; Paull, 2013) En 1996, se publicó un libro de seguimiento, Beyond Silent Spring, co-escrito por H.F. van Emden y David Peakall. (Richards, 1999; Van Emden & Peakall, 1996).  En 2006, Silent Spring fue nombrado uno de los 25 mejores libros de ciencia de todos los tiempos por los editores de Discover Magazine.

La historia de Carson seguiría una tendencia con otros científicos que se toparon con peligros ambientales serios provocados por el uso indiscriminado de sustancias químicas en el ambiente, tal fue el caso del Clair Cameron Patterson, quien en su investigación para determinar la edad del planeta Tierra a partir del método de Uranio-Plomo se topó con que sus propios patrocinadores, los industriales del petróleo y los químicos, estaban contaminando el planeta con plomo, una neurotoxinas que se empleaba en el compuesto sintético llamado tetraetilo de plomo en  la misma década. La industria química siguió con el de la misma manera que con Carson, presionando para que fuera despedido y desprestigiando su carrera, pero al final no puede engañarse a la naturaleza, todo efecto tóxico en el medioambiente es por definición un problema de salud pública para los seres humanos (Adler, 2006). 

11.4 Hacia una química mas verde

En 1970, el presidente Richard Nixon estableció la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés), una agencia federal reguladora dedicada únicamente a proteger la salud humana y el medio ambiente. La primera decisión importante de la EPA fue prohibir el uso de DDT y otros plaguicidas químicos en el contexto agrícola, dejando su uso de manera exclusiva para el control de plagas peligrosas como los mosquitos que transmiten la malaria. El Congreso aprobó una serie de leyes regulatorias para detener el impacto ambiental de la contaminación, como la Safe Drinking Water Act en 1974. A finales de la década de 1970, el descubrimiento y la publicidad en torno a Love Canal en Niagara Falls, NY escandalizó a la industria química. En este y otros lugares, miles de barriles llenos de desechos químicos - que habían sido enterrados por las compañías químicas durante las décadas anteriores se habían oxidado, generando fugas de productos químicos tóxicos en el suelo y contaminando las aguas subterráneas (Lazarus, 2008; Lewis, 1985). 

Hasta la década de 1980, la industria química y la EPA se centraron principalmente en la limpieza de la contaminación y toxinas obvias, pero un cambio de paradigma importante comenzó a ocurrir entre los químicos. Los científicos, que llegaron a la mayoría de edad durante las décadas de creciente conciencia ambiental, comenzaron a investigar caminos de prevención de la contaminación en primer lugar. Líderes en la industria y en el gobierno iniciaron conversaciones internacionales abordando los problemas y buscando soluciones preventivas. La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), un organismo internacional de más de 30 países industrializados, celebró reuniones durante los años ochenta abordando las preocupaciones ambientales. Hicieron una serie de recomendaciones internacionales que se centraron en un cambio cooperativo en los procesos químicos existentes y en la prevención de la contaminación. La Oficina de Prevención de la Contaminación y Tóxicos fue establecida dentro de la EPA en 1988 para facilitar estas metas ambientales (Anastas & Kirchhoff, 2002; Linthorst, 2010; Sjöström & Talanquer, 2014). 

La década de 1990 marcó la aceptación acelerada de la prevención de la contaminación y el establecimiento de la química verde como un campo científico legítimo. La Ley de Prevención de la Contaminación de 1990 marcó un cambio en la política reguladora, desde el control de la contaminación hasta la prevención de la contaminación como la estrategia más eficaz para estos problemas ambientales. Kenneth G. Hancock, Director de Química de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) en ese entonces, hizo un punto para defender públicamente este enfoque como una estrategia económicamente viable. Los químicos de todo el mundo coincidieron en que esto podría revertir la tendencia industrial hacia el deterioro ambiental. A principios de los años noventa, el Consejo de Química de la Comunidad Europea publicó artículos sobre el tema, entre ellos el influyente trabajo "Química para un mundo limpio". El primer simposio basado en estas ideas, "benigno por diseño: diseño sintético alternativo para la prevención de la contaminación," fue sustentado en 1994 en Chicago y patrocinado por la división de química ambiental de la sociedad química americana. El personal de la Oficina de Prevención de la Contaminación y Toxinas de la EPA, acuñó la frase "Química Verde" y sembró las semillas de la colaboración productiva entre el gobierno, la industria y el mundo académico (Anastas & Kirchhoff, 2002; Linthorst, 2010; Sjöström & Talanquer, 2014). 

En 1995, la EPA recibió el apoyo del presidente Bill Clinton para establecer un programa anual de premios que destacaba las innovaciones científicas en la academia y la industria que avanzaban en la Química Verde. Esto creó los premios anuales presidenciales del desafío de la química verde. La Universidad de Massachusetts en Boston estableció el primer Ph.D. de química verde del campo en 1997. En ese mismo año, en colaboración con la EPA, el Dr. Joe Breen, un miembro jubilado de 20 años de la EPA y químico, Dennis Hjeresen, cofundó el Green Chemistry Institute (GCI) como una organización sin fines de lucro independiente con Mary Kirchoff como Subdirector y un personal dedicado a trabajar exclusivamente para avanzar en la química verde. GCI estableció la Conferencia de Química Verde e Ingeniería en 1997, que ha continuado convocando anualmente. Paul Anastas y John C. Warner co-escribieron el libro innovador, Química Verde: Teoría y Práctica en 1998. Los 12 Principios de Química Verde esbozados dentro de este trabajo declararon una filosofía que motivó a científicos académicos e industriales en ese momento y continúa guiando la Movimiento de la química verde (Anastas & Kirchhoff, 2002; Linthorst, 2010; Sjöström & Talanquer, 2014).

En 2001, el Instituto de Química Verde se convirtió en parte de la Sociedad Química Americana, la mayor sociedad científica profesional y organización para químicos en el mundo. El Premio Nobel de Química fue ganado por la investigación en áreas de la química que fueron consideradas en gran parte como química verde en 2001 (Knowles, Noyori, Sharpless) y 2005 (Chauvin, Grubbs, Schrock). Estos Premios Nobel ayudaron a consolidar la importancia de la investigación en química verde y ayudaron a crear una mayor conciencia entre los científicos de que el futuro de la química debería ser más verde. Grupos de química verde, revistas y conferencias se lanzan en todo el mundo. Ejemplos incluyen: La Red de Países Mediterráneos sobre Química Verde (MEGREC) La Sociedad Real de Química (Reino Unido), revista Green Chemistry La Red de Química Verde y Sustentable en Japón (co-organizadores de la Conferencia Asia-Oceanía sobre Química Verde y Sustentable) El Centro de Química Verde de la Universidad de Monash en Australia, escuelas y conferencias se encuentran en el actual sitio web de ACS GCI. Los programas educativos y de investigación se pusieron a disposición de muchas escuelas, desde el kindergarten hasta el postgrado. En 2005, el ACS GCI estableció una mesa redonda industrial para la industria farmacéutica, para catalizar y permitir que el verde y la ingeniería se combinaran en las empresas químicas. Desde entonces, se han establecido dos mesas redondas adicionales para la elaboración de productos químicos y una mesa redonda de formuladores. Muchas compañías emprendedoras exitosas, cuyos productos están basados en la aplicación de la química verde y la ingeniería se han establecido, vendiendo todo, desde pegamento "verde" a soluciones de procesamiento de agua sostenible (Anastas & Kirchhoff, 2002; Linthorst, 2010; Sjöström & Talanquer, 2014). 

Después de todos los avances de la investigación en la química verde y la ingeniería, las principales empresas químicas aún no han adoptado plenamente la tecnología. Hoy en día, más del 98% de todos los productos químicos orgánicos todavía se derivan del petróleo. Químicos e ingenieros verdes están trabajando para sacar sus investigaciones e innovaciones del laboratorio y en la sala de juntas a través de la creación de productos industriales viables que pueden ser abrazados por los líderes de la industria actual. 

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