48Estrategia de síntesis y química verde

Ejemplo 48.2 (Esterificación con trampa de agua)

El ácido etanoico y el etanol, un mol de cada uno, solo dan un $67\,\%$ de éster en el equilibrio. Si la mezcla se calienta a reflujo en un disolvente que no se mezcla con el agua, con un poco de ácido como catalizador, el vapor se condensa en un tubo lateral, una trampa de agua: el agua, más densa, se deposita en el fondo y se queda allí, mientras que el disolvente vuelve al matraz. El agua sale de la reacción a medida que se forma, $Q$ se mantiene por debajo de $K$, y la esterificación llega casi hasta el final. El calentamiento aporta la velocidad; el catalizador, más velocidad; y la trampa, el rendimiento.

Ejemplo 48.4 (Un reductor que elige)

El borohidruro de sodio, $\ce{NaBH4}$, reduce el grupo carbonilo de los aldehídos y las cetonas a un grupo alcohol, pero no toca los ésteres. En una molécula que lleva una cetona y un éster, solo cambia la cetona:

Un reductor más fuerte, el hidruro de litio y aluminio $\ce{LiAlH4}$, reduciría los dos grupos: aquí no es quimioselectivo.

Ejemplo 48.8 (Fabricar un dipéptido, no cuatro)

La glicina, $\ce{H2N-CH2-COOH}$, y la alanina, $\ce{H2N-CH(CH3)-COOH}$, llevan cada una un grupo amina y un grupo ácido. Un enlace amida entre el ácido de la glicina y la amina de la alanina da el dipéptido Gly–Ala. Mezclados directamente, los dos aminoácidos dan cuatro dipéptidos, Gly–Ala, Ala–Gly, Gly–Gly y Ala–Ala, en una mezcla difícil de separar. El plan:

1. proteger la amina de la glicina con un grupo que se escribe $\ce{Z}$, y el ácido de la alanina en forma de su éster metílico;
2. formar el enlace amida: solo quedan libres un grupo ácido y un grupo amina;
3. eliminar los dos grupos protectores.

Ejemplo 48.12 (Adición frente a sustitución)

Bromoetano a partir de eteno, $\ce{C2H4 + HBr -> C2H5Br}$: todos los átomos acaban en el producto, economía atómica $108.9/(28.0 + 80.9) = 100\,\%$. Etanol a partir de bromoetano, $\ce{C2H5Br + NaOH -> C2H5OH + NaBr}$: la economía atómica es $46.0/(108.9 + 40.0) = 30.9\,\%$; por cada kilogramo de etanol, $2.2\,\mathrm{kg}$ de bromuro de sodio. Una adición siempre tiene una economía atómica del $100\,\%$; una sustitución o una eliminación, nunca.

Ejemplo 48.15 (Dos rutas hacia el ibuprofeno)

El ibuprofeno, $\ce{C13H18O2}$, se fabrica a partir del hidrocarburo $\ce{C10H14}$ (isobutilbenceno). La ruta antigua usa seis etapas y, en cada una, una cantidad completa de reactivo; sumados, sus reactivos dan una suma de masas molares de $514.5\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, para $206.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ de ibuprofeno: economía atómica del $40\,\%$. La ruta nueva usa tres etapas, dos de ellas catalizadas, y la ecuación global

da $206.0/266.0 = 77\,\%$. Su subproducto, el ácido etanoico, se recupera y se aprovecha: contado como producto, la economía atómica supera el $99\,\%$.

Ejemplo 48.16 (Disolventes más verdes)

Muchas reacciones y extracciones usan disolventes orgánicos tóxicos, inflamables o volátiles. El agua es el disolvente más seguro de todos, cuando los reactivos se disuelven en ella. El dióxido de carbono se convierte en otro: por encima de $31\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ y $73.8\,\mathrm{bar}$ es un fluido supercrítico, ni líquido ni gas, que disuelve muchas moléculas orgánicas. Extrae, por ejemplo, la cafeína de los granos de café; al liberar la presión, vuelve a ser simplemente un gas y no deja ningún residuo en el producto.