New strategies for C-C, C-O and C-S bond formation in deep eutectic solvents
- Autores: Beatriz Saavedra Guillem
- Directores de la Tesis: Diego J. Ramón Dangla (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2021
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Gabriela Guillena Townley (presid.), Alma Rosa López Álvarez (secret.), Tobias Ritter (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Síntesis Orgánica por la Universidad de Alicante
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: RUA
- Resumen
En los últimos años ha surgido un creciente interés y preocupación por el medio ambiente, debido a la concienciación social acerca del impacto negativo que provocan las actividades antropogénicas sin criterio medio ambiental, incluyendo la aparición de enfermedades zoonóticas.1 Es por ello, que la sostenibilidad es ahora una prioridad en nuestra sociedad y el desarrollo de procesos medioambientalmente sostenibles en la Química Industrial es totalmente necesario.
Consecuentemente, surge una nueva corriente llamada gráficamente Química Verde, o más correctamente Química Sostenible, que consiste en diseñar productos y procesos químicos alternativos que minimicen o eliminen el uso y la generación de sustancias tóxicas y dañinas para el medio ambiente. Dicha filosofía, se basa en 12 principios básicos enfocados como guía para los químicos hacia la búsqueda y desarrollo de procesos con un menor impacto medioambiental.2 Al aplicar los principios de la Química Sostenible a la síntesis orgánica, y más concretamente a la industria farmacéutica, se identifica rápidamente un problema en el uso de disolventes orgánicos volátiles, tóxicos y dañinos para el medio ambiente. Se estima que los disolventes constituyen entre el 80-90% de la masa no acuosa que se emplea en la industria farmacéutica.3 Por lo tanto, la búsqueda de disolventes alternativos y respetuosos con el medio ambiente y su aplicabilidad en síntesis orgánica es de gran interés.4 La solución más evidente es la eliminación del disolvente. Sin embargo, la ausencia de disolvente no es aplicable en todas reacciones. En general, el uso de disolventes presenta varias ventajas como mejor transferencia de calor y de masa en las reacciones, evitar la formación de subproductos por dilución y estabilizar estados de transición de complejos organometálicos, entre otros.
Consecuentemente, han surgido varias alternativas a los disolventes convencionales, los llamados disolventes neotéricos. Entre ellos, cabe destacar el agua, los fluidos supercríticos, los disolventes perfluorados, los disolventes derivados de la biomasa (glicerol, 2-metiltetrahidrofurano, cireno, etc.), e incluso, polímeros inertes como el polietilenglicol (PEG). A pesar de las obvias ventajas de estos medios de reacción respecto a los disolventes orgánicos volátiles tradicionales, cada uno de ellos sigue presentando claras desventajas en su aplicación, como pueden ser la baja solubilidad e incompatibilidad de ciertos compuestos orgánicos en agua (hidrólisis), el elevado coste y consumo energético para generar los fluidos supercríticos, el alto precio y la persistencia de los disolventes perfluorados en el medio ambiente, la baja producción de disolventes derivados de la biomasa y la baja biodegradabilidad de los polímeros inertes.
Algo más sofisticados son los líquidos iónicos, formados por un catión orgánico y un anión orgánico/inorgánico con una coordinación débil entre ambos, por lo que generalmente son líquidos por debajo de los 100 oC. Los líquidos iónicos presentan una volatilidad nula, no son inflamables, son estables a altas temperaturas y poseen un alto poder de solvatación. Sin embargo, se ha demostrado que algunos de los líquidos iónicos son tóxicos y persistentes en el medio ambiente. Además, su síntesis requiere un gran número de pasos sintéticos y el uso de disolventes derivados del petróleo.
Con el objetivo de evitar y eliminar todos estos inconvenientes, surgen las mezclas eutécticas (Deep Eutectic Solvents, DESs, en terminología inglesa), formadas por dos o más componentes, generalmente ácidos y bases de Brønsted y Lewis, los cuales pueden interaccionar entre ellos a través de enlaces de hidrógeno y fuerzas electrostáticas, generando una mezcla líquida con un punto de fusión muy inferior al de sus componentes por separado.5 Estos nuevos disolventes son una alternativa a los disolventes orgánicos volátiles, debido a sus propiedades tales como bajo coste, presión de vapor nula, alta reciclabilidad, no inflamables, síntesis sencilla y con economía atómica del 100% y, además, son seguros para el medio ambiente por su elevada biodegradabilidad.
Este tipo de disolventes ha ido creciendo en popularidad en los últimos años, debido a sus propiedades únicas y fácilmente ajustables.6 Más concretamente, las mezclas eutécticas se han empleado para la extracción de diversos compuestos (fenoles, polisacáridos, proteínas, etc.). La estructura de estos disolventes se ha utilizado como guía para la síntesis de diversos materiales, desde nanopartículas metálicas hasta carbones porosos. Además, también se han empleado en el campo de la electroquímica para el pulido de superficies metálicas.
En el campo de la síntesis orgánica y la catálisis, las mezclas eutécticas han empezado a ganar protagonismo como medio de reacción en diferentes transformaciones orgánicas, reacciones metalocatalizadas, polimeraciones y biocatálisis.7 Sin embargo, todavía existen muy pocos ejemplos de reacciones orgánicas, típicas en la síntesis farmacéuticas, llevadas a cabo en DES como disolventes. Por lo tanto, el diseño de nuevos catalizadores/rutas sintéticas compatibles con estos disolventes brinda una oportunidad para el desarrollo de metodologías más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.
