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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)

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