Economia atòmica

Barry M. Trost.

LPlantilla:'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 $M_r(p.u.)$, el compost químic que interessa obtenir, i de la suma de les masses moleculars dels reactius $\sum M_r(r)$, expressat en percentatge:

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

$$\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{A}}\mathrm{A}+\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{B}}\mathrm{B}⟶\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{P}}\mathrm{P}+\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{X}}\mathrm{X}$$$$\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{P}}\mathrm{P}+\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{C}}\mathrm{C}⟶\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{Q}}\mathrm{Q}+\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{Y}}\mathrm{Y}$$$$\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{Q}}\mathrm{Q}+\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{D}}\mathrm{D}⟶\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{R}}\mathrm{R}+\mathrm{\nu }{\phantom{A}}_{\mathrm{Z}}\mathrm{Z}$$

El càlcul de l'economia atòmica en aquest cas és:$$EA(\mathrm{\%})=\frac{{\nu }_R{M}_r(R)}{{\nu }_A{M}_r(A)+{\nu }_B{M}_r(B)+{\nu }_C{M}_r(C)+{\nu }_D{M}_r(D)}\cdot 100$$

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

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. Es tracta d'un procés que consta de sis etapes:

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

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

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.

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

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