Zielona Chemia

• Termin

zielona chemia

został utworzony dla promowania

procesów technologicznych, które zorientowane są na
redukcję, eliminację i recykling toksycznych lub trudno
degradowalnych

substratów,

rozpuszczalników

katalizatorów tak, aby w kreatywny sposób zminimalizować
wpływ danego procesu na środowisko i warunki życia ludzi a
jednocześnie nie wyeliminować pożądanych produktów z
rynku.

• Biokataliza (biotransformacje)

są terminem starszym niż

zielona chemia

, ale od razu zostały uznane za jedną z

najwazniejszych technik tej chemii.

Zielona Chemia

XII przykazań

•

Prewencja

- Lepiej jest unikać produkcji ścieków niż je oczyszczać

•

Ekonomiczna gospodarka atomami

- Metody syntetyczne powinny być tak zaprojektowane aby jak największa
liczba atomów (prócz atomów wodoru) substratu znalazła się w produktach.

•

Bezpieczniejsze syntezy chemiczne

•

- Gdzie tylko to jest możliwe

należy stosować procedury syntetyczne zaprojektowane

tak,

aby używane i otrzymywane substancje chemiczne były bezpieczne dla zdrowia i

przyjazne

dla środowiska

•

Projektowanie bezpieczniejszych chemikaliów

- Spośród

produktów powinno się wybierać te, które są najmniej toksyczne przy

zachowaniu wymaganej funkcji.

•

5. Dbałość o oszczędność energii

- powinno się dbać o oszczędność energii i unikanie gazowych produktów ubocznych.

Najlepiej jak reakcje zachodzą pod ciśnieniem atmosferycnzym i w temperaturze

otoczenia

•

Bezpieczniejsze rozpuszczalniki i pomocniki

- Użycie substancji pomocniczych (np. rozpuszczalniki, media separacyjne, itp.)

powinno

być ograniczane lub unikane, a jeśli już to powinny być to czynniki jak najmniej
szkodliwe.

Zielona Chemia

XII przykazań

•

Stosowanie materiałów odnawialnych

- Należy dążyć do odzysku i ponownego stosowania rozpuszczalników,

katalizatorów

i nieprzereagowanych substratów.

•

Ograniczanie procesów derywatyzacji

- Związane jest to z ograniczeniem liczby dodatkowych procesów chemicznych w

ciągu

technologicznym.

•

Stosowanie katalizy gdzie tylko możliwe

- Jest to związane z dbałością o stechiometryczny przebieg reakcji i eliminowanie
nadmiarów substratów

•

10.

Projektowanie biodergadowalnych produktów

- Nie wymaga komentarza

•

11.

Ciągły monitoring procesów i zanieczyszczeń środowiska

- Oczywiste

•

12.

Dbałość o bezpieczeństwo techniczne

- Na przykład przez eliminację substancji wybuchowych i toksycznych stosowane w

procesach technologicznych, minimalizację zagrożeń w(wyciek, wybuch, pożar)

Zielona

Chemia

• Zielona

chemia

jest

jednym

poważnych
elementów
strategii

zrównoważonego
rozwoju
(sustainable
development)

Zielona Chemia -

przykłady

Zielona Chemia – użcie

kukurydzy jako substratu

Zielona Chemia -

przykłady

Skala problemu

Zalety biokatalizy

•

Selektywność – enantio-, regio- i chemoselektywność,

•

Kataliza w łagodnych warunkach temperatury (25 - 100C),

ciśnienia (1 atmosfera) i pH (4.0 – 8.0), co, w porównaniu z
klasycznymi procesami chemicznymi, powoduje stosunkowo
nieduże zużycie energii,

•

Możliwość prowadzenia reakcji trudnych bądź niemożliwych
do przeprowadzenia metodami chemicznymi,

•

Kataliza może przebiegać w środowisku wodnym i
rozpuszczalnikach organicznych oraz na granicy faz
ciecz/ciecz i ciecz/gaz,

•

Otrzymywanie katalizatora jest stosunkowo proste.

Wady biokatalizy

•

Zwiększenie skali reakcji – trudności z wydzieleniem

produktu z roztworów o jego niskich stężeniach,

•

Duże objętości, w których prowadzona jest reakcja – niskie

stężenia substratów, a tym samym i produktów,

•

Niska wydajność procesów wynikająca z niskiego stężenia

substratów,

•

Wysoka cena biokatalizatorów,

•

Niemożliwość

zatrzymania

reakcji

przypadku

mikroorganizmów) na określonym etapie

Rożne podejścia

na przykładzie redukcji

Całościowy proces

Enzymy a całe komórki -

enzymy

•

Enzymy są dostępne handlowo,

•

Niepotrzebne jest jakiekolwiek doświadczenie,

•

Niska wydajność procesów wynikająca z niskiego stężenia

substratów,

•

Wysoka cena czystych enzymów,

•

Konieczność regeneracji kofaktorów lub straty kofaktora w

trakcie reakcji,

•

Niska stabilność enzymów,

•

Wiele substancji ma niską rozpuszczalność w wodzie,

•

Zmiana aktywności enzymu przy zmianie rozpuszczalnika

Enzymy a całe komórki –

komórki

•

Tanie i łatwe do hodowania,

•

Potrzebne doświadczenia mikrobiologiczne,

•

Niska wydajność procesów wynikająca z niskiego stężenia

substratów,

•

Niepotrzebna regeneracja kofaktorów,

•

Toksyczność produktów i substratów,

•

Pyrogenność mikrororganizmów,

•

Możliwa inhibicja przez produkt i substrat,

•

Reakcja nie musi się zatrzymać i mogą powstawać inne

produkty,

•

Niska rozpuszczalność substratów hamuje reakcję.

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora

Prediction is Pervasive in Science

• Meteorology - predict weather and
climate

• Astronomy - predict motions of
celestial objects

• Biology - from descriptive to
predictive age

a. predict susceptibility to disease

b. model drug binding to receptor

c. fate of chemicals in

environment

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – zrandomizowany

skrining

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – zrandomizowany

skrining

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – zrandomizowany

skrining

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – zrandomizowany

skrining

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – nadekspresja

genów

reduktaza karbonylowa z C. magnoliae oraz

dehydrogenaza glukozy z Bacillus megaterium

ekspresjonowana w E.coli:

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – nadekspresja

genów

reduktaza aldehydu fenylooctowego z

Cyanobacterium ST-10 ekspresjonowana w

E.coli:

Poszukiwanie nowego

biokatalizatora – katalityczne

przeciwciała