Economia atòmica

Barry M. Trost.

L'economia atòmica, o eficiència atòmica o estalvi atòmic, és un paràmetre que mesura el percentatge d'àtoms dels reactius químics que passen a formar part del producte útil d'una reacció química. Es calcula a partir de la relació de la massa molecular del producte útil ${\displaystyle M_{r}(p.u.)}$, el compost químic que interessa obtenir, i de la suma de les masses moleculars dels reactius ${\displaystyle \sum M_{r}(r)}$, expressat en percentatge:^[1]

$${\displaystyle EA(\%)={\frac {M_{r}(p.u.)}{\sum M_{r}(r)}}\cdot 100}$$Per exemple, en el següent procés, constituït per tres reaccions químiques, es vol obtenir el producte ${\displaystyle R}$. Els reactius químics són ${\displaystyle A,B,C}$ i ${\displaystyle D}$. Els composts ${\displaystyle P}$ i ${\displaystyle Q}$ són alhora productes i reactius, i no es compten. ${\displaystyle X,Y}$ i ${\displaystyle Z}$ són residus perquè són productes de reaccions que no es reutilitzen. ${\displaystyle \nu _{A}}$... són els coeficients estequiomètrics de cada compost.

$${\displaystyle {\ce {\nu_{A}A + \nu_{B}B -> \nu_{P}P + \nu_{X}X}}}$$$${\displaystyle {\ce {\nu_{P}P + \nu_{C}C -> \nu_{Q}Q + \nu_{Y}Y}}}$$$${\displaystyle {\ce {\nu_{Q}Q + \nu_{D}D -> \nu_{R}R + \nu_{Z}Z}}}$$

El càlcul de l'economia atòmica en aquest cas és:$${\displaystyle EA(\%)={\frac {\nu _{R}M_{r}(R)}{\nu _{A}M_{r}(A)+\nu _{B}M_{r}(B)+\nu _{C}M_{r}(C)+\nu _{D}M_{r}(D)}}\cdot 100}$$

L'economia atòmica és un paràmetre introduït el 1991 pel químic estatunidenc Barry M. Trost (1941),^[2] i permet mesurar la sostenibilitat d'un procés químic dins l'àmbit de la química verda.^[1]

Fórmula estructural de l'(R)-ibuprofèn.

Un exemple clàssic és el cas de l'ibuprofèn, un dels analgèsics d'àmplia utilització junt amb l'aspirina i el paracetamol. La síntesi tradicional de l'ibuprofèn fou desenvolupada i patentada per la farmacèutica Boots durant la dècada del 1960.^[3] Es tracta d'un procés que consta de sis etapes:^[4]

L'economia atòmica en aquesta reacció és del 40 % segons el càlcul següent:

$${\displaystyle EA(\%)_{Boots}={\frac {M_{r}(p.u.)}{\sum M_{r}(r)}}\cdot 100={\frac {206}{514,5}}\cdot 100=40\%}$$

Ibuprofèn en pastilles.

Davant el cost energètic i de matèries primeres que suposa aquesta síntesi en sis etapes, la complexitat dels processos de separació de l'ibuprofèn dels residus del procés, així com el cost addicional del reciclatge o la gestió dels residus, les empreses Boots i Hoechst Celanese dissenyaren una nova síntesi de l'ibuprofèn en només tres etapes. En aquest procés la majoria dels àtoms que constitueixen els reactius passen a formar part de l'ibuprofèn, cosa que minimitza la quantitat de residus i suposa una major economia d'àtoms respecte al procés tradicional, com es pot veure a l'esquema següent.^[4]

L'economia atòmica en aquest procés és del 77 %:

$${\displaystyle EA(\%)_{BHC}={\frac {M_{r}(p.u.)}{\sum M_{r}(r)}}\cdot 100={\frac {206}{266}}\cdot 100=77\%}$$

Referències

1. Sheldon, Roger A. Green chemistry and catalysis. Weinheim: Wiley-VCH, 2007. ISBN 978-3-527-30715-9. 
2. Trost, Bm «The Atom Economy—A Search for Synthetic Efficiency» (en anglès). Science, 254, 5037, 06-12-1991, pàg. 1471–1477. DOI: 10.1126/science.1962206. ISSN: 0036-8075.
3. «Boots Heritage». [Consulta: 26 setembre 2022].
4. González Arce, M. Luz; Valea, Ángel «El compromiso de enseñar química con criterios de sostenibilidad: la química verde». Educació Química : EduQ, 2, 2009, pàg. 48–52. DOI: 10.2436/20.2003.02.17. ISSN: 1578-5300.