Essa molécula é uma das partes principais no processo de fotossíntese e que, no final das contas, atua na manutenção da vida na terra.

Mas, o excesso desse gás na atmosfera é o que causa todo o transtorno. Considera-se que o gás é uma das causas do aquecimento global que resulta, por exemplo, no aumento do nível do mar devido ao derretimento das calotas polares.

Esse excesso é oriundo das queimadas, queima de combustíveis fósseis pelas indústrias, desmatamento…

E qual seria a solução? As indústrias pararem de produzir? Como ficaria a economia?

Visando mitigar essas problemáticas, têm-se desenvolvido novas tecnologias para transformar o CO2, para que esse possa ser utilizado, direta ou indiretamente.

Vejamos.

Classificação e utilização de CO2

Conforme fora explicitado anteriormente, o CO2 pode ser utilizado de duas formas:

1. Diretamente: dessa forma o CO2 está presente nos produtos em suspensão ou em seu estado puro, por exemplo: extintores de incêndio e refrigerantes, respectivamente.
2. Indiretamente: neste tipo de utilização, a molécula é convertida em outros produtos, tais como: combustíveis, produtos químicos, etc.

Contudo, como na maior parte dos desafios dos engenheiros químicos, esbarramos na barreira econômica, devido a demanda de altas energias e pressões para gerar um enfraquecimento da molécula, bem como, desenvolvimento de catalisadores para acelerar a reação.

Tecnologias de transformação do CO2

Cada metodologia possui condições de operação , T e P, específicas para a transformação do dióxido de carbono. 

Além disso, a utilização de cada uma delas é voltada para suprir a demanda de um produto específico, isso quer dizer, o que irá governar essa produção é o mecanismo de reação.

Sobretudo, podemos dividir as tecnologias de transformação do CO2 em duas grandes rotas, biológica e química.

Primordialmente, a via biológica, pode ser subdividida da seguinte forma.

1. Fotossintética

• Fotossíntese natural: absorção de luz pelas plantas para transformação de CO2 
• Produção de alga: Bactérias utilizam o CO2 como fonte de carbono.

1. Não fotossintética

• Fixação aeróbica
• Fixação anaeróbica

Analogamente, a via química também pode ser subdividida, e possui a seguinte forma:

1. Reforma: aquecimento do gás na presença de um catalisador metálico;
2. Hidrogenação: adição de H2 na molécula de dióxido de carbono, produzindo por exemplo: metano, metanol, ácido fórmico, hidrocarbonetos, dimetiléter, dentre outros;
3. Carboxilação: adição do grupo CO2 para produzir ácidos carboxílicos, uréia, carbonatos orgânicos;
4. Mineralização: reação do CO2 com óxidos de cálcio ou magnésio ( CaO MgO);
5. Eletroquímica: utiliza células eletroquímicas para causar a redução do CO2;
6. Fotoquímica: fotocatalisadores absorvem luz para reduzir o CO2, processo análogo à fotossíntese;
7. Catálise plasmática.

Se te derem um limão, faça uma limonada!

Sobretudo, a partir do que foi apresentado, podemos notar que as tecnologias visam não somente reduzir a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera. 

Por sua vez, esse avanço visa agregar valor a um subproduto, que, à primeira vista, só traz malefícios.

E agora? No seu ponto de vista. Mocinho ou vilão?

Embora as pesquisas nesta área estarem bastante avançadas, obtendo cada vez mais resultados promissores, não podemos negligenciar o poder de destruição dessa molécula.

Em suma, temos que, ainda ou sempre, atentar para a quantidade e frequência com que o dióxido de carbono é emitido para a atmosfera.

Seja através de políticas públicas ou incentivo à utilização de tecnologia verde. Ou seja, não importa! O problema tem que ser resolvido. Nesse ínterim, o que vai causar mais impacto é começarmos a agir o quanto antes.

Nem todo investimento e descoberta de novas tecnologias será tão eficaz no combate a essa problemática quanto o controle de emissão desse gás.

O nosso futuro e de nossos sucessores está em nossas mãos, e aí?  VAMOS AGIR?! 

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Entretanto, apesar dos fármacos possuírem funções terapêuticas, estes podem causar reações adversas apresentando efeitos colaterais na pessoa que lhe faz o uso.

Além disso, já ouviram a frase ?

A diferença entre o remédio e o veneno está na dose

A palavra fármaco vem do grego “pharmakon” que significa tanto remédio como veneno.

Então, vamos conhecer a origem de algumas formulações?

A indústria farmacêutica e a origem dos fármacos

A indústria farmacêutica tem como objetivo o desenvolvimento de medicamentos que, como dito anteriormente, tem como princípio ativo os fármacos.

Durante esse desenvolvimento, é sabido o que deseja-se tratar para que possa ter uma base de qual composto químico será necessário, a origem de onde será extraída esses compostos, seus efeitos e, posteriormente, qual será a forma de administração.

Por exemplo, os fármacos podem ter origem animal como o captopril , vegetal como a quercetina, ou artificial quando a molécula é sintetizada em laboratórios como os esteróides anabolizantes.

Ainda, considera-se os efeitos que podem ser causados por esses compostos, por exemplo: terapêuticos, colaterais, tóxico, local, sistêmicos, dentre outros.

Por fim, as formas de administração podem ser orais, intravenosas, intramusculares. Outrossim, podem ser formulados xaropes, cremes, géis, etc.

Apesar de termos fármacos de variadas origens, a forma sintética é a que possui maior relevância na indústria farmacêutica.

Vamos conhecer algumas rotas sintéticas?

Síntese de fármacos

Os fármacos podem ser obtidos em duas escalas.

Primeira, é a escala laboratorial ou de bancada, onde são definidas a rota sintética e estuda-se o perfil farmacológico da droga. Por sua vez, utiliza-se pequenas quantidades de insumo.

Depois disso, temos a escala semi-industrial, que já é uma produção em maior escala. Sendo assim, o material a ser utilizado é maior.

Síntese da aspirina

Com certeza você já ouviu falar, já utilizou ou soube de alguém que faz uso. Esse fármaco também é conhecido como AAS ( Ácido Acetil Salicílico). Um dos medicamentos mais consumidos e comercializados no mundo devido seu poder anti-inflamatório.

Atualmente, esse fármaco é sintetizado a partir da reação catalisada por ácido entre a o ácido salicílico e o anidrido acético.

Como resultado dessa reação, acetilação do Ácido Salicílico, obtemos o AAS.

A querida cloroquina

Muito se ouviu falar da cloroquina no ano de 2020 né? Não gostaria de saber como é obtida? Sua história?

Sobretudo, a cloroquina surgiu durante a segunda grande guerra onde as tropas estavam sofrendo grandes baixas devido à malária. 

Fazendo uma retrospectiva na história, o fármaco conhecido como quinina, um alcalóide quinolínico (metabólito), foi o primeiro a ser empregado contra essa doença e era obtido através de árvores do gênero Cinchona. 

Contudo, diversas plantações na Europa acabaram se tornando campos de batalha. Diante disso, foi estimulado a síntese da quinina.

Posteriormente, tivemos o surgimento da cloroquina através de estudos na época, demonstrando que diversos compostos desta mesma classe tinham efeito terapêutico contra a malária. 

A intenção não é abordar os mecanismos de reação , mas vamos conhecer as etapas.

1. Condensação da anilina com o dietil-2-cetobutirato obtendo a imina;
2. O aquecimento na presença do NaOH  gera um intermediário ácido;
3. Aquecimento na presença de oxicloreto de fósforo promovendo a descarboxilação e conversão do enol;
4. Por fim, uma reação de substituição nucleofílica aromática por uma amina primária.

Voilà ! Temos a cloroquina.

Sildenafil

O sildenafil, mais popularmente conhecido como viagra, possui efeitos terapêuticos no tratamento da disfunção erétil. Seu mecanismo de ação atua diretamente na inibição da enzima PDE5 promovendo um aumento do fluxo sanguíneo nos corpos cavernosos.

A síntese deste medicamento utiliza-se de diversos solventes e passam por diversos intermediários a cada reação. 

Não se assustem! Mas, a título de curiosidade, são 9 etapas reacionais até a obtenção do Viagra.

Conclusão

Como puderam ver, nada como um “pouco” de conhecimento de química orgânica para conhecer um medicamento. 

Ainda, viram que as rotas sintéticas dos fármacos podem ser um tanto extensas e complexas, a depender do fármaco a ser obtido e qual matéria prima a ser utilizada.

Além disso, antes de chegar até o consumo, os medicamentos passam por diversas outras etapas na indústria farmacêutica, por exemplo: controle de qualidade, estudo da meia vida, encapsulamento, dentre outros.

Temos que tomar atenção sobre a automedicação. Quando tiverem curiosidade, pegue algum medicamento que você esteja fazendo uso. 

Deem uma olhada na bula e veja quantos efeitos adversos podem ser gerados quando utiliza-se fármacos inadvertidamente. Alguns chegam a ser assustadores.

Em resumo,

O uso de medicamentos pode trazer riscos. Procure um médico ou um farmacêutico. Leia a bula! Ao persistirem os sintomas o médico deverá ser consultado!

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Contudo, é uma área que ainda carece de estudos o que a torna mais desafiadora.

Quer conhecer mais a fundo essa área da engenharia química? Siga com a leitura!

A escala nano

A nanotecnologia é a ciência que visa a manipulação da matéria em escalas atômicas, com dimensões que variam de 1 a 100 nanômetros. A título de referência, é como se nós pegássemos um átomo de hidrogênio e multiplicamos por 100.

Essa ciência tem atuação desde a medicina até a engenharia de materiais, onde busca-se a construção de materiais de alta complexidade com um menor custo, mais eficiente e com pouca ou nenhuma geração de resíduos.

Já na engenharia química, a nanotecnologia é estudada durante o processo de fabricação, ou seja, a síntese de nanomateriais que serão aplicados desde a etapa reacional até os processos de separação.

E quais materiais e/ou aplicações? Temos, por exemplo, nanocatalisadores, aplicação na produção de cosméticos e medicamentos, aplicações medicinais, dentre outros

Vamos nos aprofundar nessas aplicações?!

A medicina e a nanotecnologia

Conhecemos a aplicação da nanotecnologia na medicina como nanomedicina. Essa ferramenta auxilia nos processos de tratamento do câncer, como também na formulação de vacinas.

Sendo assim, nós temos como missão, sintetizar nanopartículas com características bem específicas. Tais características são, por exemplo: maior tempo de liberação e circulação  dos fármacos no organismo, maior especificidade de células, viabilizar a absorção de fármacos pouco solúveis em água, dentre outros.

A síntese desses componentes seguem duas vias, a saber: bottom-up e top-down.

A mais utilizada é a top-down, cujo processo utiliza altas energias e pressão para redução dos tamanhos e tornando as partículas com tamanhos parecidos. Em contrapartida, as nanopartículas são sintetizadas com o tamanho final já especificado, não necessitando de um tratamento posterior.

Microfluídica

A ciência microfluídica tem por objetivo o manuseio e a manipulação de pequenas quantidades de fluido.

E qual sua importância?

Na área da engenharia química, vemos essa aplicação na produção de nanomateriais como em dispositivos para bioprocessos.

A característica destes processos é que temos a garantia que o processo irá ocorrer sempre em regime laminar.

Como resultado, temos uma maior reprodutibilidade e controle das concentrações do fluido durante todo o processo, redução de resíduos, maior seletividade, sofre menor efeito do transporte de calor e massa e, por fim, menos custo ao se tratar de investimentos.

Em termos de aplicação, podemos citar a avaliação da cinética de reações químicas em tempo real.

Polímeros

A indústria de polímeros é vasta e pode agregar o uso da nanotecnologia em diversas partes do processo, por isso, vamos despender esforços em conhecer a nanocelulose.

Primeiramente, temos que definir o que é a celulose.

Este biopolímero é obtido através de processos químicos no qual temos como matéria prima a madeira.

Industrialmente, são realizados tratamentos químicos, através da hidrólise ácida, e mecânicos, tais como fluidização e disco de refino, para a produção de nanocelulose.

Sendo assim, a partir das fibras da celulose, podemos obter três tipos de nanocelulose, quer dizer, podemos classificá-las em três tipos: nanofibrilada, microfibrilada e nanocristalina.

A nanocelulose pode ser empregada na fabricação de aviões, borrachas para indústria automobilística, melhorando a composição de outros materiais, lhe conferindo uma maior resistência, maior alongamento, melhoria na tensão de ruptura e menor peso. Características importantes nesta área!

Similarmente, a nanocelulose modifica composições de base aquosa, o que é muito desejado pela indústria de cosméticos. Essa característica, tixotrópica, garante uma melhor espalhabilidade de cremes e, ainda, é de baixa toxidade e é biodegradável.

Por último, serve como barreira contra umidade e gordura. Logo, podemos citar a fabricação de plásticos e filmes ao se tratar da produção de embalagens de alimentos e fármacos.

Grafenos

Esse nanomaterial é oriundo do carbono, assim como outras estruturas cristalinas, tais como grafite, diamante, fulereno e nanotubos de carbono.

Contudo, esse material é formado por apenas átomos de carbono que possuem configuração sp2 e possuem uma constituição em camadas bidimensionais.

Essa configuração faz com que o grafeno seja um bom condutor eletrônico, leve, rígido e impermeável e, por fim, possui aplicabilidade em sistemas ópticos, térmicos e catalíticos.

Essa aplicação da nanotecnologia é obtida através do tratamento químico e térmico. Um dos métodos é o método de Hummers que se baseia na oxidação do grafite. Uma outra forma de obtenção é através da redução.

A nanotecnologia no futuro

O estudo e aplicação da nanotecnologia no Brasil ainda é bem precário. As empresas, por sua vez, possuem certa insegurança na implementação dessa tecnologia, ainda mais pelo extenso processo burocrático de regularização no nosso país.

Outro fator que contribui, negativamente, é a redução dos investimentos em pesquisa e desenvolvimento. O resultado disso, é a transferência de profissionais para outros países para desenvolvimento dessa nova tecnologia.

Contudo, estamos tendo avanço em várias áreas de aplicação como pode ser visto nos exemplos acima. 

Porém, não para por aí, temos aplicações em tintas e revestimentos, catalisadores, processamento de petróleo e gás, insumos para outros materiais nanotecnológicos.

Ainda, temos as áreas de nanotoxicologia e nanosegurança.

Em resumo…

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Está pronto? Então vamos!

Em primeiro lugar, você conhece o conceito de sustentabilidade?

Logo, você sabe que esse termo deriva-se do latim sustentare que significa sustentar, defender, favorecer, apoiar, conservar e/ou cuidar. E, atualmente, é rotulada como a sexta onda de inovação.

Ainda, está diretamente relacionado com o termo desenvolvimento sustentável.

Elo entre  o suprimento da demanda atual e a garantia das demandas futuras sem que haja um esgotamento dos recursos naturais.

Sei que estão pensando: “Meu deus quanta definição” . Primeiramente, só queria me certificar de seus conhecimentos.

Onde entra a Engenharia Química?

Ué? Vocês sabem que a engenharia química é a “engenharia da transformação”! Sendo assim, é nosso papel suprir essa demanda populacional. O que seria a sociedade sem remédios, roupas, produtos de higiene, combustíveis…? 

Todas essas necessidades passam por um processo ou tratamento químico para que possam ser utilizados.

Porém, para que se tenha produção, utiliza-se matéria prima, que em alguns casos são recursos naturais, água e energia. Não se esquecendo dos resíduos gerados pela indústria.

Todos esses fatores fazem com que nós da engenharia química busquemos agrupar o conceito de desenvolvimento sustentável com o aspecto econômico, o que entende-se por economia circular.

 Forma de pensamento alternativo que visa o desenvolvimento econômico mais sustentável que é regido por três princípios: Eliminação de resíduos e poluição desde o princípio, contínua utilização de  produtos e materiais e regeneração sistemas naturais”.

Já ouviram falar em “química verde”?

Este ramo da ciência tem a finalidade de buscar a inovação e desenvolvimento de processos para reduzir ou eliminar rejeitos industriais,  consumo de matéria prima das rotas de síntese, a energia gasta para realização do processo, periculosidade, que inclui risco para acidentes e ou geração de produtos tóxicos, e os custos com investimento e manutenção dos processos químicos.

Essa ciência tem por base 12 princípios que o regem (Assunto para outro post).

Podem questionar, “Na teoria tudo é possível, quero ver na prática!”

Vem comigo!

Biocombustível

A produção de biocombustíveis no Brasil teve seu início na década de 70 com a criação de Pró-alcool, programa que deu partida na produção de etanol a partir da cana de açúcar, e vem ganhando força com o passar dos anos com o incentivo do governo. 

Só para ilustrar, analisem a tabela abaixo a previsão de produção de gás natural divulgado pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis ANP.

Essa alternativa mais sustentável, não depende do petróleo para ser produzido, não polui o meio ambiente e ainda é renovável, sabe por quê?

A princípio, as matérias primas utilizadas para a produção de biocombustíveis é dependente da rota sintética. 

 Olhem alguns processos abaixo.

Basicamente certas commodities servem de matéria prima, por exemplo: a cana de açúcar, oleaginosas tais como amendoim, grãos como a soja, gordura animal, óleos de fritura, outros materiais graxos, cana de açúcar. 

Estudos mais recentes mostram a utilização de algas como matéria prima.

Lembram de algumas outras ações?

Temos a utilização de lodo do tratamento de água, composto majoritariamente por Si, Fe, Al, como catalisadores para o processo de esterificação. 

Ainda, temos a utilização do bagaço da cana, subproduto da produção de etanol.

Entretanto, a utilização desse tipo de matéria prima, a planta como um todo, requer um tratamento mais “agressivo” para que possa quebrar sua estrutura química.

Nossa! Só falando dos biocombustíveis já quase esgotei o assunto né? Mas, ainda tem mais!

Produção sustentável do Ácido adípico

Já ouviram falar? Não? É um composto químico que tem sua principal utilização na fabricação de polímeros, sendo mais específico o Nylon -6 que está presente em tapetes e em algumas partes do carro.

Na imagem abaixo, temos as rotas sintéticas deste composto, a forma clássica e a forma coolhar na sustentabilidade.

Façamos uma observação apenas nos subprodutos de cada processo. Notaram a diferença? Vamos lá!

Na metodologia sustentável temos a produção de água, por outro lado, no método clássico são gerados N2O e CO2, favorecendo a ocorrência do efeito estufa. 

Apesar de ambos possuírem parte na composição do gás estufa, o N2O possui 300 vezes mais força que o CO2. 

Além disso, em altas concentrações, provoca asfixia.  Os sintomas podem incluir, por exemplo, perda da mobilidade e/ou da consciência. A asfixia pode ocasionar rápida inconsciência inadvertida que a vítima pode não ser capaz de se proteger.

Produto farmacêutico sustentável

Primeiramente, já é um fato  aceito por toda comunidade científica a presença de produtos farmacêuticos em nosso ecossistema .

Por exemplo, o 2-[2-(2,6-dichloroanilino)phenyl]acetic acid. A saber que este é um composto não esteroidal responsável por inibir a síntese da prostaglandina. Em outras palavras, um anti inflamatório .

Se assustou com o nome? Eu entendo!

Não se preocupe pois esse produto é conhecido por nós. É o diclofenaco.

Sabemos que a função dos fármaco é tratar doenças, mas, a exposição a esse produto em quantidades inadequadas podem vir a causar sérios impactos negativos, tais como insuficiência renal ou até mesmo resultar no falecimento do indivíduo ou de espécies.

Entretanto, novas alternativas vêm sendo buscadas para tratar dessa problemática. Novas pesquisas vêm salientando a sustentabilidade com o desenvolvimento de drogas seguras, pensando no uso e no pós uso.

Em suma, no desenvolvimento de outros químicos com maior eficiência e eficácia, redução dos efeitos colaterais, alto grau de biodisponibilidade oral, biodegradabilidade, contemplando os quesitos de sustentabilidade.

Ainda, temos a tentativa de desenvolver biocompostos, produzidos utilizando biotecnologia e matéria-prima de fonte biológica, por exemplo, proteínas.

Sendo assim, hoje em dia temos como uma aplicação na forma de suplementos a saber: Chlorella e Spirulina que tem como matéria prima algas.

Por fim, tratando das conquistas da indústria farmacêutica, temos a ifosfamida utilizada no tratamento anticâncer.

Todavia, essa molécula possui muitos efeitos colaterais. Ao passo que, uma alternativa sustentável, foi sintetizar a molécula  de glufosfamida, uma modificação química a partir da ifosfamida.

Como resultado, obtem-se uma nova molécula mais biodegradável e, ainda, apresenta uma maior biodisponibilidade oral.

Outras aplicações no quesito sustentabilidade poderiam ter sido citadas, contudo, o assunto é muito extenso e não possui limitações para se desenvolver.

Em resumo, rolou química entre a sustentabilidade e a engenharia química?

Semana da sustentabilidade no Blog da Engenharia!

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