Los 12 principios de LA QUÍMICA VERDE y la BIOMÍMICA

1. Química Verde / Biomímica
Mark Dorfman
DorfmanScience@gmail.com

2. Common synthetic chemical-based products:
Synthetic fabrics
Fire retardants
Detergents and cleaning chemicals
Fuels
Electronics Plastics and
Adhesives, paints,
chemicals synthetic rubber
solvents, and coatings

3. Meat processing
hormones and
antibiotics
Agricultural insecticides and fertilizers
Personal care products
Pharmaceuticals
Artificial flavors and fragrances

4. No hay nada…
como una COMIDA
GRATIS

5. Los productos no vienen a casa o al
mercado sin un precio:
• Exigencias de energía
ntradas de materiles
• Exposición a sustancias
potencialmente tóxicas o
… en cualquier punto a lo largo de la cadena de
peligrosas…
producción quimica

6. La Cadena Comercial Química
Un Fenomeno
Artificial en gran parte Lineal
en un Mundo Cíclico Natural

7. Extración de materia prima
• Petroleo
• Carbón
• Metales
• Minerales

8. Refino/Purificación
• Combustibles • Tar
gaseosos • BTX
• Combustibles • Ethylene
para motores • Metals
• Calefacción • Minerals
hogares
• Gasolina
• Diesel

9. Sintesis /
Formulaciones
• Tejidos • Plasticos
• Farmaceuticos • Pestizidas
• Disolventes • Fertilizantes
• Revestimientos • etc.

10. Sintesis Quimica General
Reaction Vessel
Compound “A” Compound “B”
This is “C” By-products
Product
just to cover

11. Algunas materias primas
requieren muchos procesos
para llegar al producto final
Cada proceso puede liberar
sustancias potencialmente
tóxicas o peligrasas.

12. Consumo / Utilización del
producto final
• Medicine • Emergency Response
• Food • Transportation
• Clothing • Education
• Construction • Electronics
• Military • Media
• Sanitation • Arts/Entertainment

13. EMISIONES AL MEDIO AMBIENTE
La siguientes diapositivas cuantifica las
cantidades de sustancias potencialmente
tóxicas y peligrosas liberadas al medio
ambiente en un año solo.
• Emisiones rutinarias (excluyen emisiones
accidentales),
• En grandes instalaciones de los EE.UU.
• 650 of the 100,000+ sustancias quimicas
destinadas al comercio,
• Emisiones de fabricación (excluyen liberaciones
de productos dentro de casas, oficinas, o
vertederos).

14. Emisiones al:
• Aire ------------------------- 105,000,000 kg
• Superficie del agua ------ 20,000,000 kg
• Subterráneas -------------- 81,000,000 kg
• Escomobros contaminantes ----- 2,000,000 kg
• No contaminantes --------- 19,000,000 kg
• “Otros” --------------------- 20,000,000 kg
(currently 1,234 former manufacturing or waste sites placed
on the US “Superfund” list due to severe contamination)

15. Disposición y empleo de productos
100,000+ chemicals in commercial use.
For 650 chemicals used in New Jersey:
• 575 million kgs/yr of bioaccumulators,
carcinogens, heavy metals, halo-organics
ozone depleters, are shipped in products.
• 741 million kgs/yr of all reported
chemicals NOT intended as a product
component end up in the final product.

16. Impacto para la salud pública por la
potencial exposición del medio
ambiente a sustancias químicas
comerciales.
Efectos en gran parte
desconocidos en la salud
individual.
Casi totalemente desconocidos en
la salud colectiva.

17. Cuadro resultante
Impacto Global (agujero de ozono,
cambio climatico, Hg por todo el
mundo, contaminación).
Aire contaminado
Residuos quimicos en los rios.
Alteraciónes hormonales encontradas
en pescados, osos polares, caimanes,
ranas, y otras especies de fauna.

18. Impacto en los fetos
humanos?
La sangre de cordón umbilical contiene almizcles
artificiales, alkylphenols, bisphenol-A, brominated
la llama retardants, perfluorinated compuestos,
phthalates, organochlorine pesticidas y triclosan.
100 + sustancias químicas comerciales en leche
materna humana (contaminado para venta como
alimento en EE UU).

19. This 1940’s
Mobil gas ad
(as well as the
“[Man] can
following
make quote)
1920s
something
illustrate the
perspective
new which
is better of
during most
the 20th
than that
century
anything and
petroleum in
nature or
the chemical
laboratory
naturally
could improve
produced.”
the world…
(Slosson,
…how ironic
1921) ad
that the
shows the
earth coated
with oil.

20. Como salimos de la Edad
Tecnologica de la Petro-
Quimica…
…y entramos en la Bio-Nano
Tecnologia

21. TENER CUIDADO!
Nano-Bio-Tech Era:
Petro-Chem-Tech Era: • 2.5 micra particulas
afectan a la salud …
• Tetra ethyl lead.
… pero las microparticulas
• DDT, PCBs, CFCs. son 1000 veces más
pequeñas.
• NOx, SOx, CO2.
• Grano y pescado
• Di-Ethyl-Stilbestrol geneticamente modificado
(DES). para producir productos
• Alteraciones farmacéuticos.
endocrinas. • “Buckyballs” enter the
brains of sportfish.

22. HEMOS APRENDIDO LA LECCIÓN?
Si es así, los 12 siguientes
“PRINCIPIOS DE LA QUIÍMICA
VERDE”
ofrece la posibilidad de disfrutar
de los frutos de una sociedad industrial
reduciendo sus impactos sobre la salud
pública y ambiental.

23. Principio de Química Verde
1. Prevención:
Es preferible evitar la
producción de un residuo que
tratar de limpiarlo una vez que
se haya formado.

24. Principio de Química Verde
2. Integración de materias:
Los métodos de síntesis
deberán diseñarse de manera
que incorporen al máximo, en
el producto final, todos los
materiales usados durante el
proceso.

25. Principio de Química Verde
3. Síntesis menos peligrosa:
Siempre que sea posible, los métodos
de síntesis deberán diseñarse para
utilizar y generar sustancias que
tengan poca o ninguna toxicidad,
tanto para el hombre como para el
medio ambiente.

26. Principio de Química Verde
4. Diseño seguro:
Los productos químicos
deberán ser diseñados de
manera que mantengan su
eficacia a la vez que reduzcan
su toxicidad.

27. Principio de Química Verde
5. Disolventes seguros:
Se evitará, en lo posible, el uso de
sustancias auxiliares (disolventes,
reactivos de separación, etc.) y en
el caso de que se utilicen que
sean lo más inocuo posible.

28. Principio de Química Verde
6. Eficiencia energética:
Los requerimientos energéticos
serán catalogados por su impacto
medioambiental y económico,
reduciéndose todo lo posible. Se
intentará llevar a cabo los métodos
de síntesis a temperatura y presión
ambientes.

29. Principio de Química Verde
7. Uso de materias primas
renovables:
La materia prima ha de ser
preferiblemente renovable en vez
de agotable, siempre que sea
técnica y económicamente viable.

30. Principio de Química Verde
8. Reducción de derivados:
Se evitará en lo posible la formación de
derivados (grupos de bloqueo, de
protección/desprotección, modificación
temporal de procesos físicos/químicos).

31. Principio de Química Verde
9. Catálisis:
Se emplearán catalizadores (lo
más selectivos posible) en vez
de reactivos estequiométricos.

32. Principio de Química Verde
10. Degradación limpia:
Los productos químicos se
diseñarán de tal manera que al
finalizar su función no
persistan en el medio
ambiento sino que se
transformen en productos de
degradación inocuos.

33. Principio de Química Verde
11. Análisis continuo de
contaminación:
Las metodologías analíticas
serán desarrolladas
posteriormente para permitir
una monitorización y control
en tiempo real del proceso,
previo a la formación de
sustancias peligrosas.

34. Principio de Química Verde
12. Seguridad intrínseca y
prevención de accidentes:
Se elegirán las sustancias
empleadas en los procesos
químicos de forma que se minimice
el potencial de accidentes químicos,
incluidas las emanaciones,
explosiones e incendios.

35. El gran público tiende a asumir
que quot;las sustancias químicasquot;
son artificiales, y que la
naturaleza es otra cosa que la
sustancia química.
Esta sección esta diseñada para
demostrar que el mundo natural
es químico.

36. La Evolución de Nuestro Planeta
Químico

37. The BIG BANG 14 Billion Years Ago

38. ammonia
carbon dioxide
hydrogen
nitrogen
phosphorous
sulfur
oxygen
ozone layer
water vapor
minerals
amino acids
heavy metals
radio nuclides
Earth 4.5 –3 Billion Years Ago

39. Chemicals on the early Earth
interact spontaneously
in reactions that take
the path of least resistance,
such as:
Minerals dissolving in water.
• Rust forming from iron.
• Ozone created from lightning strikes.

40. 3 Billion to 350 Million Years Ago
• Living systems arise harnessing solar,
chemical, and thermal energy.
• Complex chemical compounds (such as
DNA, proteins, enzymes, etc.) are created,
• Complex compounds give rise to
biological systems such as bacteria, blue-
green algae, amphibians, and insects.

41. 350 Million to 10,000 Years Ago
• Fibers (wood, cotton, silk, wool, etc)
• Fragrances / Flavors / Dyes / Medicines
(flowers, leaves, seeds, bark, insects)
• Biological Toxins
(snakes, sea creatures, insects, plants)
• Crude oil / coal / natural gas

42. Bio- and inorganic-chemicals interact with each other, the environment,
and living things in cycles such as the CARBON CYCLE

43. …vuelta a las cenizas (madera ardiendo)
GLUCOSA + OXIGENO CO2 + Agua + calor
La Biologia consigue hazañas
asombrosas con las substancias
químicas, como…
GLUCOSA + OXIGENO CO2 + Agua + luz solar
tras los arboles(fotosintesiss)

44. Chalk
Both are made of
calcium carbonate,
La concha de but Abalone is…
almeja

45. • Dos veces más fuerte que la cerámica
de alta tecnología.
• Se comporta como el metal a la
tracción.

46. Fuerza y resistencia del nácar
debido a:
• CaCO3 discos hexagonales
• Arranged in brick-wall motif
• Protein “mortar” stretches,
slides, or oozes upon stress

47. Nacre micrograph

48. How Abalone Do It
1. Marine water.
2. “Mortar” proteins self-
assemble framework.
3. “Wallpaper” proteins self-
assemble on inner surfaces.
4. Crystallization initiates “brick”
formation from dissolved CaCO3.

49. How Industry Makes Ceramics
• BEAT… clay to proper consistency.
• BAKE… at high temperatures (2000 - 3000 Of).
for prolonged periods (15 – 50 Hours).
(Ceramics Industry Major Contributor To Global Warming)

50. Mussel Byssus

51. Components and Characteristics
• Adhesive: works underwater
• Disc: hard, resists cracks/stress
• Thread: gradient, rigid to springy
• Sealant: tough, biodegradable

52. How a Mussel
Makes its Byssus
Adhesive and Disc:
1. Proteins Secreted
2. Fold, Twist, Crosslink
3. Creates hard foam structure

53. Thread 1. Hollow Tube
and
2. Thread
Sealant
- Strategic Protein Release
- Cross-Link
- Springy-Rigid Gradient
3. Sealant
- Protein Release
- Self-Assemble
- Seal

54. Potential Industrial Applications
Adhesive: No-blister paint; underboat coat; medical suture
Disc: dental surface, coating
Thread: prostheses tendon
Sealant: slow-degrade coat over fast-degrade material

55. HOW THE CHEMICAL INDUSTRY
MAKES ADHESIVES AND PLASTICS
1. Reactive starting materials.
2. Potentially toxic “initiators”.
3. Potentially toxic additives for:
Flexibility / Stiffness
Strength
Color
Stability, etc.

56. Gecko feet

57. Synthetic Gecko tape:
Polyimide nanofibers

58. Mimic Photosynthesis to:
• Generate an electric current.
• Split water to produce hydrogen gas.
• Drive solar-based manufacturing.
• Create a switch for super fast computing.

59. Energy from ATP plus enzyme
NADPH is used to build sugar
molecules from carbon dioxide.
• Photons split water into oxygen
and hydrogen.
• Oxygen gas released from cell.
• Hydrogen Artificial photosynthetic
stored at H+ ion. system
• Light-induced electron flow
sets up charge separation.
• Charge separation
shuttles H+ ions
into cell.
• H+ build-up
drives ATP
synthase.

60. Las formas más comunes
de generar electricidad son:
• Combustión de fósiles
• Reactores nucleares
• Presas Hidroeléctricas

61. Características Comunes de la
Química de la naturaleza.
• Autonoma
• Rica en proteinas
• Soluble
• No tóxica, sobrantes renobables.
• Hierarchical “bottom-up” structures
• Productos Biodegradrables (Ciclicos)
• Temperaturas y presiones ambientales.

62. POTENCIAL ENORME SIN
EXPLOTAR
• 270,000 Especies de plantas
• 100,000 Hongos / Liquenes
• 80,000 Protozoos / Algas
• 75,000 Arañas / Escorpiones
• 70,000 Moluscos

63. TENDENCIAS GLOBALES Production
10 Extrapolando las practicas y
tecnologias actuales.
Population
Billions
Pollution
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Quality of
Life
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64. Space Age GLOBALES Age Impact
TENDENCIAS Stone
10
Society…
Utilizando la Química Verde y la
Biomimetica Production
Population
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