5.2: Conceptos Reagant

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 73734

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Conceptos principales

La oportunidad de hacer química mediante, por ejemplo, un sustrato fijo está muy en consonancia con los conceptos que estamos aprendiendo. Se exploró la funcionalidad y potencia de las columnas de lecho empaquetado que hacen química normalmente en solución con solutos disueltos. Un reactor de lecho empaquetado puede proporcionar una fuente de protones, iones u otros productos químicos que pueden afectar la química. Un sistema de intercambio iónico puede realizar metátesis de iones, es decir, sustituir el anión (X ^-m) en el sistema de sal diluida (^M+n) _m (X ^-m) _n por el anión enriquecido en el lecho empaquetado. A continuación se muestra un ejemplo del proceso de interés. El soluto (una mezcla de proteínas) se carga en el intercambiador y posteriormente se adsorbe al sustrato del anión carboximetilo (un porógeno). Este proceso se caracteriza típicamente como un proceso de equilibrio fácil en el que la mezcla de proteínas puede reemplazar a los cationes de sodio. La absorbancia UV puede seguir el desplazamiento general como se muestra en la gráfica en la parte inferior derecha (1 ^st: pico anión Mes; los ^picos 2 y 3 ^rd son la sustancia de cloruro de proteína deseada).

Fig 5-1.PNG — Figura\(\PageIndex{1}\): Se muestra una representación simplificada de la forma en que ocurre la metátesis en lechos de intercambio catiónico y aniónico. Las etapas del proceso son reemplazar los cationes de sodio por los hidrógenos cargados positivamente mientras que simultáneamente el cloruro es reemplazado por los hidróxidos cargados negativamente para conducir al agua. http://www.pharmaguideline.com/2014/09/mixed-bed-ion-exchanger-inpurified-water - system.html

Sustitución de sustancias peligrosas

Un concepto erróneo común en química es que debemos estar atentos solo cuando sabemos que estamos trabajando con un compuesto peligroso. De hecho, todas las sustancias deben ser tratadas con el nivel de respeto que merecen. Incluso la sal puede ser irritante cuando se usa incorrectamente. Los criterios de mayor importancia a considerar en la evaluación de los peligros de las sustancias son los siguientes:

Eficacia: la alternativa debe llevar a cabo la transformación deseada con eficiencia comparable o superior
Seguridad: el reactivo alternativo debe mostrar una volatilidad, inflamabilidad, toxicidad y/o reactividad reducidas, así como una mayor estabilidad
Impactos ambientales: el reactivo alternativo debe representar un impacto ambiental reducido

Cada uno de los tres criterios anteriores podrá ser utilizado en la evaluación de un compuesto con respecto al nivel de peligro. Obviamente, se debe enfatizar la eficacia o de lo contrario no hay necesidad de ir más allá con el reemplazo.

Soportes inorgánicos y orgánicos

Los soportes o andamios o plantillas representan un medio fijo para el propósito expreso de una transformación dirigida. Utilizaremos el siguiente trabajo (se muestran título, autores y resumen) para nuestra discusión en esta parte del capítulo.

“Enzima inmovilizada en papel como catalizador microestructurado verde” Hirotaka Koga, Takuya Kitaokabc y Akira Isogaia; DOI: 10.1039/c2jm30759f

La introducción fácil y directa de grupos metacriloxi en papel de celulosa se realizó mediante una técnica de acoplamiento de silano, lo que condujo a la mejora de la hidrofobicidad y las resistencias físicas tanto en seco como en húmedo del papel. Luego se logró la inmovilización de enzimas lipasa sobre el papel modificado con metacrilato, posiblemente debido a la interacción hidrofóbica. La lipasa inmovilizada preparada sobre papel metacrilatomodificado poseía utilidad práctica específica del papel. Durante un proceso discontinuo para la transesterificación no acuosa entre 1 feniletanol y acetato de vinilo para producir 1-feniletilacetato, la lipasa inmovilizada en papel mostró alta actividad catalítica, selectividad y reutilización, lo que sugiere que los grupos metacriloxi introducidos en el papel de celulosa jugaron un papel clave en la hiperactivación de las lipasas. Además, se logró una mayor productividad del acetato de 1-feniletilo en un sistema de reacción de flujo continuo que en el sistema discontinuo, lo que indica que la microestructura porosa interconectada del papel proporcionó trayectorias de flujo favorables para la solución reaccionante. Así, se espera que la enzima inmovilizada en papel ofrezca un material catalítico verde para la producción efectiva de productos químicos útiles.

Lo que observamos en este “artículo” es la explotación “inteligente” del papel como una cámara porosa de microrreacción (trayectorias interconectadas) para una reacción de transesterificación entre 1-feniletanol y acetato de vinilo para producir 1-feniletilacetato, como se muestra a continuación:

Fig 5-2.PNG — Figura\(\PageIndex{2}\): La reacción de interés (transesterificación) sobre un soporte sólido (papel celulósico) entre 1 feniletanol y acetato de vinilo que conduce a la producción de 1-feniletilacetato. Reproducido a partir de “Enzima inmovilizada en papel como catalizador microestructurado verde” Hirotaka Koga, Takuya Kitaokabc y Akira Isogaia; DOI: 10.1039/c2jm30759f

Este esfuerzo de investigación explora la oportunidad de catalizar reacciones de interés utilizando catalizadores naturales (enzimas). En este caso, las reacciones catalizadas por lipasa (por ejemplo, esterificación, transesterificación, aminólisis, acilación y tio-transesterificación) que pueden llevarse a cabo en medios no acuosos se han examinado en la síntesis de muchos productos químicos útiles para alimentos, cosméticos, farmacéuticos y biodiesel.

Sin embargo, las lipasas son típicamente inestables en medios no acuosos debido a la agregación, desnaturalización o alguna otra forma de desactivación. Las enzimas a menudo se inmovilizan en materiales de soporte (sílice, cerámica, carbono, resinas) para proporcionar reutilización, ventajas de aislamiento y estabilidad en medios no acuosos. Su estudio ofreció una serie de ventajas para el uso de este sistema verde incluyendo la asimetría del producto finalcomposición:

Fig 5-3.PNG — Figura\(\PageIndex{3}\): Enantioselectividad de lipasa inmovilizada sobre papel Whatman de Celulosa modificada con metacrilato. Temperatura de reacción = 23 °C; velocidad de agitación = 150 rpm. Reproducido de “Enzima inmovilizada en papel como catalizador microestructurado verde” Hirotaka Koga, Takuya Kitaokabc y Akira Isogaia, DOI: 10.1039/c2jm30759f

“La Figura 5-3 muestra que el sistema basado en papel fomenta la formación del enantiómero “" R "” en oposición al S (no detectado).” Tal hallazgo señala el valor de un enfoque simple, fácil y altamente conservado para un rendimiento enantioselectivo y alto (50%, 5 hrs.).