Seminario de Química Verde_2010_NMM_1
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29/09/2010
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Seminario de Química Verde
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN
Seminario de Química VerdeFuentes alternas de activación de reacciones:
Ultrasonido e Infrarrojo
Presenta: MC. Néstor Mendoza Muñoz Octubre 2010
Energía de activación
Es la energía mínima necesaria que se requiere introducir a los reactivos para quese lleve a cabo una reacción química.
Esquema básico de una reacción
•Aplicación de í
Reacción
Reactivos
energía•Solvente•Catalizador
Productos
Acciones para reducir la energía
Partir de reactivos de menor energía
Uso de catalizadores
Aplicación mas eficiente de la Aplicación mas eficiente de la energía
Principales métodos para la activación de moléculas en reacciones químicas
Método Modo de activación
Térmico Corrientes de convección
Fotoquímico Excitación electrónica
El í i T f i l ó iElectroquímico Transferencia electrónica
Ultrasonido Cavitación
Microondas Fluctuación dipolarMecánico Mecánico
Impacto verde de la fuentes de energías alternas de activación
Síntesis químicas menos peligrosas
Eficiencia energéticag
Reducción de reactivos
Eliminación de sub-productos
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Ultrasonido y Sonoquímica Ultrasonido (US)
El sonido es una vibración mecánica,éste viaja a través de un medio con unavelocidad definida y en forma de unaonda.
Infrasonido Audible U l t r a s o n i d o Microsonido
15Hz
20KHz
500MHz
1GHz
Frecuencias de utilización del US Cavitación
Ejemplos de reacciones inducidas por US Reacciones especificas con US
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Fotoquímica La luz
Desde el modelo ondulatorio la luz es una campo eléctrico oscilante asociado con un campo magnético oscilante.
Espectro electromagnético Ventajas de los procesos fotoquímicos
Activación dirigida a moléculas especificas
Los fotones son reactivos “limpios”, no requieren almacenes.
La temperatura de reacción generalmente es baja.
Puede controlarse la cantidad de energía (encendiendo o apagando la fuente).
Productos específicos.
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Condicionantes para una rxn fotoquímica
El átomo o molécula involucrado debe absorber luz (Ley Grotthuss- Draper)
Un fotón solo puede activar una molécula (Ley Stark- Einstein)
Mecanismo general de activación de las rxnes fotoquímicas
Diagrama Jablonski
Interacción fotones-molécula reactanteProcesos que originan una reacción
Procesos que pueden originar una reacción
Procesos que no originan una reacción
Disociación de la molécula (usualmente en radicales)
Transferencia intermolecular de energía dando otras especies excitadas
Luminiscencia incluyendo fosforescencia y fluorescencia
Extrusión o eliminación de pequeñas especies estables como CO2
Transferencia intramolecular
“Quenching” de otra molécula
Isomerización Ionización por perdida de electrón
Reacción directa con otra molécula (adición o eliminación)
Limitaciones de las reacciones fotoquímicas
Algunas rxn requieren una frecuencia particular (monocromática)
Lámparas especiales generalmente costosas.
No toda la energía de alimentación (eléctrica) es convertida en fotones.
Limitado escalamiento a nivel industrial
Ejemplos de reacciones fotoinducidas
Fotonitrosación de ciclohexano
Síntesis de la vitamina D
Infrarrojo
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Infrarrojo
InfrarrojoInfrarrojo Tipo de Tipo de ondaonda
Longitud de Longitud de onda (onda (λλ))
IR IR cercanocercano
Onda cortaOnda corta 760 760 –– 2000 2000 nmnm
IR medioIR medio Onda mediaOnda media 2000 2000 –– 4000 4000 nmnm
IR lejanoIR lejano Onda largaOnda larga 4000 4000 ––10000 nm10000 nm
Emisión de radiación de la materia
Ley del desplazamiento de Wien(λm)(T) = 2.899
Ley de Stefan-BoltzmannE = (5.669 X 10-8)(T4)
Rangos de absorción de compuestos orgánicos
Estiramiento simétrico
Estiramiento asimétrico
Tipos de vibraciones
Tensión
Tijera Oscilante
TorciónBalanceo
Flexión
Fuentes de radiación infrarrojaCapa reflectora (Ag, Al)Potencia 150, 250, 375 WTensión alimentación 127 y 220 VPotencia 10 kW/m2
Tubos de cuarzo PanelesTubos de cuarzo0.25 a 8 kW30 W/cm
Paneles radiantes25 – 40 kW/cm2
Paneles de vidrio o cerámicaPotencia 15 – 30 kW/m2
Características de las fuentes de radiación
IR cercanoIR cercano IR medioIR medio IR lejanoIR lejano
Temp. Func.Temp. Func. 2000 2000 ooCC 650 650 –– 1050 1050 ooCC 300 300 –– 700 700 ooCC
D. PotenciaD. Potencia 10/300 kW/m10/300 kW/m22 25/70 kW/m25/70 kW/m22 15/40 kW/m15/40 kW/m22
Inercia T.Inercia T. 11 –– 30 seg30 seg 3030 –– 120 seg120 seg 300 seg300 segInercia T.Inercia T. 1 1 30 seg30 seg 30 30 120 seg120 seg 300 seg300 seg
Vida mediaVida media 3000 3000 –– 6000 hr6000 hr 6000 hr6000 hr AñosAños
Energía T.Energía T. 75/80 %75/80 % 50/60 %50/60 % 45/50 %45/50 %
T. CalentamientoT. Calentamiento 300/600 300/600 ooCC 400/500 400/500 ooCC 250/500 250/500 ooCC
penetraciónpenetración AltaAlta MediaMedia DébilDébil
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Infrared Irradiation Synthesis of Substituted quinoline Derivatives
Shu-Xiang Wang et al., E-Journal of Chemistry, Vol. 3, No.12, pp 159-163, July 2006
Condensación de Knoevenagel
Obrador et al., Synthetic communications, 28(24), 4649-4663 (1998)
BibliografíaTundo, P., A. Perosa, et al. (2007). Methods and reagents for green chemistry
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Clark, J. H. and D. J. Macquarrie (2002). Handbook of green chemistry and technology. Oxford England ; Malden, MA, Blackwell Science.
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