La economía atómica ( eficiencia atómica/porcentaje ) es la eficiencia de conversión de un proceso químico en términos de todos los átomos involucrados y los productos deseados producidos. La definición más simple fue introducida por Barry Trost en 1991 y es igual a la relación entre la masa del producto deseado y la masa total de productos, expresada como porcentaje. El concepto de economía atómica (AE) y la idea de convertirlo en un criterio principal para la mejora de la química es parte del movimiento de química verde que fue defendido por Paul Anastas desde principios de los años 1990. [1] La economía atómica es un concepto importante de la filosofía de la química verde , [2] [3] [4] y una de las métricas más utilizadas para medir el "verde" de un proceso o síntesis.
Una buena economía atómica significa que la mayoría de los átomos de los reactivos se incorporan en los productos deseados y solo se forman pequeñas cantidades de subproductos no deseados, lo que reduce el impacto económico y ambiental de la eliminación de desechos.
La economía atómica se puede escribir como:
Por ejemplo, si consideramos la reacción
La economía atómica óptima es del 100%.
La economía atómica es una preocupación diferente al rendimiento químico , porque un proceso de alto rendimiento aún puede generar subproductos sustanciales. Los ejemplos incluyen la reacción de Cannizzaro , en la que aproximadamente el 50% del aldehído reactivo se convierte en el otro estado de oxidación del objetivo; las reacciones de Wittig y Suzuki que utilizan reactivos de gran masa que finalmente se convierten en desechos; y la síntesis de Gabriel , que produce una cantidad estequiométrica de sales de ácido ftálico .
Si el producto deseado tiene un enantiómero, la reacción debe ser suficientemente estereoselectiva incluso cuando la economía atómica sea del 100%. Una reacción de Diels-Alder es un ejemplo de una reacción potencialmente muy eficiente atómica que también puede ser quimio, regio, diastereo y enantioselectiva. La hidrogenación catalítica es lo que más se acerca a ser una reacción ideal que se practica ampliamente tanto a nivel industrial como académico. [5]
La economía atómica también se puede ajustar si un grupo colgante es recuperable, por ejemplo, los grupos auxiliares de Evans . Sin embargo, si esto se puede evitar es más deseable, ya que los procesos de recuperación nunca serán del 100%. La economía atómica se puede mejorar mediante una cuidadosa selección de materiales de partida y un sistema catalizador .
La mala economía atómica es común en la síntesis de productos químicos finos o productos farmacéuticos , y especialmente en la investigación, donde el objetivo de producir de manera fácil y confiable una amplia gama de compuestos complejos conduce al uso de reacciones versátiles y confiables, pero poco económicas en términos atómicos. Por ejemplo, la síntesis de un alcohol se logra fácilmente mediante la reducción de un éster con hidruro de litio y aluminio , pero la reacción produce necesariamente un flóculo voluminoso de sales de aluminio, que deben separarse del alcohol producto y eliminarse. El costo de la eliminación de tales materiales peligrosos puede ser considerable. La hidrogenólisis catalítica de un éster es una reacción análoga con una alta economía atómica, pero requiere optimización del catalizador, es una reacción mucho más lenta y no es aplicable universalmente.
Es fundamental en reacciones químicas de la forma A+B→ C+D que necesariamente se generen dos productos aunque el producto C pueda haber sido el deseado. Siendo ese el caso, D se considera un subproducto. Como un objetivo importante de la química verde es maximizar la eficiencia de los reactivos y minimizar la producción de desechos, se debe encontrar que D tiene uso, eliminarse o ser lo más insignificante e inocuo posible. Con la nueva ecuación de la forma A+B→C, el primer paso para hacer que la fabricación química sea más eficiente es el uso de reacciones que se asemejan a reacciones de adición simples, siendo las únicas otras adiciones materiales catalíticos.
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