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BIENVENIDOS AL MUNDO DE LA QUÍMICA

EXPLORACIÓN ESTRUCTURAS OBJETIVO


 * Identificar los sitios de reacción en las moléculas orgánicas seleccionadas y con base en estos, deducir el tipo de mecanismo y de reacciones que las moléculas orgánicas pueden llevar a cabo, considerando los grupos funcionales presentes.
 * Evaluar el impacto que tienen los polímeros en estudio en el medio ambiente, con base en sus características estructurales y su reactividad,, considerando los principios de la química verde

PET

Condiciones de reacción:

Método 1 Reacción 1 (Pre-polimerización por reacción de estratificación directa):

La temperatura debe alcanzar un valor de entre 240 y 260 °C. No se requiere modificar la presión para llevar a cabo este proceso, opera a presión atmosférica. Esta reacción ocupa al óxido de antimonio acelerando, facilitando y mejorando el proceso.

Método 2 Reacción 1 (Pre-polimerización por reacción de transesterificación):

La temperatura debe alcanzar un valor de entre 170 y 210 °C. No se requiere modificar la presión para llevar a cabo este proceso, opera a presión atmosférica. Esta reacción no ocupa catalizadores, ya que al elevar tanto la temperatura se inicia la reacción por sí sola.

Reacción 2 (Policondensación)

La temperatura que se debe alcanzar en el reactor para que se lleve a cabo esta reacción es de 280 °C. Esta reacción no requiere modificar la presión para llevar a cabo el proceso, funciona a presión atmosférica. Requiere el uso de óxido de antimonio para lograr que se lleve a cabo la reacción de forma efectiva.

PHA

A diferencia de la síntesis del PET, el PHA se forma a través de un proceso biológico y no en un reactor. Debido a esto es la célula de la bacteria la que aporta las condiciones para que se lleve a cabo la reacción. Los catalizadores de la reacción son las mismas enzimas que produce la célula. La temperatura y la presión para la reacción son establecidas a las condiciones de la célula para asegurar su supervivencia y que esté en un estado óptimo para realizar sus procesos biológicos.

TIPOS DE MECANISMO

PET

En su reacción de síntesis se llevan a cabo dos mecanismos de adición. El primero sirve como un paso intermedio formando un prepolímero. La segunda reacción es la que forma el polímero como tal al juntar a los prepolímeros.

Primero para la pre-polimerización se combina el 1,4-dicarboxibenceno con el 1,2-dihidroxietano, En el mecanismo de esta reacción uno de los radicales hidroxilo se separa del 1,2-dihidroxietano y este radical separa uno de los hidrógenos del grupo carboxi del 1,4-dicarboxibenceno formando agua. Esto ocurre en dos veces para que ambos grupos carboxi del 1,4-dicarboxibenceno quedan ionizados y se vuelvan nucleófilos mientras que dos 1,2-dihidroxietano también quedan ionizados, pero estos forman electrófilos, Gracias a esta ionización estos grupos buscan reaccionar y juntarse lo cual resulta en la reacción de adición. La adición de estos dos compuestos da como producto en Tereftalato de bis (2-hidroxietileno) (BHET) el cual es el prepolímero del PET.

La segunda reacción que también es de adición causa una policondensación a través de la cual se juntan las moléculas de BHET, formando PET. A través de esta reacción se libera un etanol de una del extremos del BHET y un radical hidroxilo del otro extremo. Esto hace que el extremo que pierde el hidroxilo se ionice con una carga positiva tornándose electrófilo y el extremo que pierde el etanol se ioniza con una carga negativa tornándose un nucleófilo. Las moléculas ionizadas de BHET que ahora tienen un extremo electrófilo y un extremo nucleófilo empiezan a reaccionar entre sí adicionandose al juntar un extremo nucleófilo con uno electrófilo y así formando el PET. PHA

La reacción de síntesis del PHA consiste en tomar una sección de la cadena y hacerla reaccionar con un monómero de la cadena para agregarle un eslabón más. Esta reacción requiere de un proceso de síntesis, ya que esta molécula es formada por ciertas bacterias. Las enzimas de la bacteria se encargan de formar (R)-3-hidroxibutírico-CoA. Este monómero reacciona con el resto de la cadena que en esencia es una síntesis, pero que involucra múltiples procesos orgánicos que eliminan el segmento CoA de la cadena y que reacomodan la posición del grupo R y del hidroxilo para formar un segmento más de la cadena. DEGRADACIÓN

Para degradar PET

Nombre de la patente: US 2019 / 0218360 A1

Los inventores fueron Marie-Laure Desrousseaux,Helene Texier,Sophie Duquesne,Alain MartyMediha Aloui DalibeyMichel Chateau. En el país de Estados Unidos en julio del 2018. Básicamente esta patente trata de un proceso para degradar un producto plástico que comprende al menos un poliéster termoplástico semicristalino que ha sido previamente amorfizado, posteriormente el producto plástico se pone en contacto con una despolimerasa capaz de degradar dicho poliéster previamente amorfizado.

Para degradar PHA

Nombre de la patente: US 8,938,908 B2

Fecha: 27 Enero, 0215

Havens, K.J., Bilkovic, D.M., Stanhope, D.M.. y Angstadt, K.T buscaban la degradación de un material para poder usarlo en la pesca, ya que los materiales que comúnmente se usan, contaminan demasiado. Los métodos y aparatos de esta invención requieren que los componentes degradables estén hechos de un polihidroxial polímero de kanoato. La combinación que se presenta reduce la probabilidad de fallas prematuras debido a la fragilidad.

PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE

ETAPA 3

¿Qué hace  que un polímero sea biodegradable o no?

Los polímeros son macromoléculas que se forman a partir de monómeros  con enlaces covalentes y los biodegradables son aquellos polímeros que pueden ser degradados hasta convertirse en sustancias simples (agua, dióxido de carbono y biomasa) y por lo tanto se asimilan mejor en el medio ambiente. Además los polímeros biodegradables suelen ser hidrofílicos, tener enlaces de éster, éter o amidas y su grado de polimerización es bajo con el fin de ingresar más fácilmente a sus grupos terminales y comenzar la degradación.

¿Los polímeros son héroes o villanos?

Para poder definir o argumentar esta respuesta debemos entender que es un villano y un héroe; el villanos son aquellos plásticos que son dañinos y tóxicos, sin embargo, el héroe son plásticos inertes, es decir, no generan ninguna reacción dañina al medio ambiente o a las personas, incluso pueden ser usados para: áreas médicas y farmacéuticas.

Sabiendo unas vez esto depende de qué manera veamos los polímeros pueden ser clasificados, es decir, si lo vemos de manera ambiental el PVC se consideraría villano, ya que solo cumple con 4 de 12 de los principios de la Química Verde, por eso mismo es necesario analizarlo desde un punto de vista, ya que los polímeros son esenciales en la vida cotidiana (industrias), sin embargo nosotros consideramos que los polímeros son héroes, ya que se pueden crear conciencia y productos que se apeguen a los Principios de la Química Verde, contando que cumplan con:


 * Calidad esperada
 * Estructura deseada (lo más estable posible)

Los polímeros tienen un impacto positivo en varias secciones de la industria tanto alimentaria como tecnológica, etc. Además los costos de producción y de materia prima no son muy altos por lo que es otro punto a favor del uso de los polímeros en la industria.

Como anteriormente se mencionó los polímeros tienen dos contrapartes, por un lado se les considera héroes debido a su uso y eficiencia mientras que por el otro se les considera villanos por el impacto ambiental que generan. En esta situación problema seleccionamos un polímero biodegradable, en este caso el PHA, para ello tuvimos que estudiarlo y analizarlo para considerarlo como un polímero héroe, desde su monómero hasta sus características fisicoquímicas, posteriormente observamos su tipo de síntesis de la reacción para comprender un poco mejor la manera de la que está estructurado así como su formación, no sin antes mencionar patentes que pueden degradarlo para que no genere un cambio ambiental y se siga considerando como un polímero amigable y viable para su uso y producción en la industria.

REFLEXIONES

Itzel:

Como hemos visto a lo largo de la situación problema los polímeros forman parte de nuestra vida cotidiana en cosas tan simples como los envases hasta aplicaciones médicas. Sin embargo anteriormente se usaban más polímeros que hacían más daño que bien, hablo del entorno ambiental, actualmente este es un tema por el cual preocuparse no solo porque la contaminación aumenta cada día sino que las afectaciones a la salud van de la mano con ello, más enfermedades, menos calidad de vida. Por eso de suma importancia que nosotros como biotecnólogos tengamos la iniciativa de preocuparnos por los años venideros para que todos los seres vivos gocen de una buena calidad de vida, convirtiendo estos polímeros villanos en héroes con materiales biodegradables que sean eficientes para todo tipo de áreas de estudio.

Ian:

Los polímeros han sido de los materiales que mayor impacto han tenido en el desarrollo de la sociedad actual. Su alta diversidad y variedad de aplicaciones les permite cumplir un sin fin de funciones en distintas áreas, como materiales de construcción, como productos de empaquetamiento, como productos de empaquetamiento, etc. Debido a esto también se ha vuelto parte de nuestra vida cotidiana y por ende un desecho común. Debido a la alta contaminación que genera se ha vuelto una prioridad encontrar formas de hacer polímeros biodegradables como el PHA. Esto está vinculado con mi área de estudio, ya que la carrera de biotecnología aprovecha técnicas de biología molecular para utilizar células	 como las de bacterias para sintetizar compuestos bio-orgánicos como lo son los polímeros biodegradables. Por esto me llama mucho la atención este tema, ya que se desprende directamente del área de la biotecnología y el producto de los polímeros se puede aplicar en un sin fin de áreas.

Aline:

Los polímeros son de los materiales más usados en todo el mundo,  y al contaminar tanto debe existir una alternativa más amigable con el ambiente. La realización de este proyecto me hizo entender cómo es que los polímeros biodegradables funcionan y los procesos de degradación. Por eso mismo, debo aplicar este conocimiento en mi trabajo profesional y crear un futuro más ecológico ya que todavía se pueden crear materiales como estos que reemplazan completamente a los convencionales. Es todo un reto y no estoy segura si me enfoque en estos temas en específico, pero seguramente sí haré uso de ellos cuando lo requiera, intentando resolver problemas de forma que el medio ambiente no se vea comprometido.

Ana Pau:

Los polímeros tienen una estructura complicada de degradar por lo que se convierte en algo peligroso para el medio ambiente contando también que estos mismos tienen un desarrollo en diferente ámbito, sabemos que han sido de gran utilidad porque el ser humano le ha dado un giro a esto, sin embargo hay expertos aportando iniciativas para una solución de los problemas ambientales originados por estos mismos como lo son el desarrollo de plásticos biodegradables (materias primas, derivados de plantas y bacterias), productos compostables (descomponer de manera biológica con ayuda de los microorganismos con la finalidad de ser reutilizados por los seres vivos). En mi manera profesional este proyecto me hizo tomar conciencia de esta gravedad que ha en el mundo que hemos vivido desde hace tiempo pero apenas empezamos a darle importancia y sería increíble que con ayuda de mi carrea (Ingeniería en biotecnología), creara un producto tecnologico (inteligencia artificial u robots microscopicos a la solución de este problema.

ANEXOS DE IMÁGENES











REFERENCIAS


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 * Zuwei, M., Kotaki  M., Yong, Thomas. , Wei, H. & Ramakrishna, S. (2005). Surface engineering of electrospun polyethylene terephthalate (PET) nanofibers towards development of a new material for blood vessel engineering.Biomaterials,Volume 26, Issue 15,Pages 2527-2536,ISSN 0142-9612, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.07.026
 * Del Ángel, A. (2019). Efectos y Balance de materia de contaminantes que afectan el reciclaje químico del PET. Recuperado el día 11 de septiembre de http://repositorio.tecnm.mx:8080/jspui/bitstream/123456789/398/1/Efectos%20y%20balance%20de%20materia%20de%20contaminantes%20que%20afectan%20el%20reciclaje%20quimico%20del%20PET.pdf
 * Mina, L. (2015). Polihidroxial Canoatos producidos por bacterias y su posible aplicación a nivel industrial. Informador Técnico (Colombia) 79(1) enero - junio 2015: 93-101.


 * Chen GQ. (2010) Industrial Production of PHA. In: Chen GQ. (eds) Plastics from Bacteria. Microbiology Monographs, vol 14. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03287-5_6


 * Villalobos A. (20 sep 2018). CIQA, ESTUDIO DEL AGRIETAMIENTO POR TENSIÓN AMBIENTAL DE ENVASES DE PET, Recuperado el 17 de octubre, 2021, https://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1025/553/1/CE%20EQA%20Alicia%20Villalobos%2020%20sep%202018.pdf


 * Bernd, H. A. (2021). Polyhydroxyalkanoates. AOCS Lipid Library. Recuperado 17 de octubre de 2021, de https://lipidlibrary.aocs.org/chemistry/physics/microbial-lipid/polyhydroxyalkanoates


 * Desrousseaux, M.,Texier, H.,Duquesne, S., Marty, A.,Dalibey, M. &l Chateau, M. (2017). A process for degrading plastic products. Recuperado el día 17 de octubre de 2021 de https://patents.google.com/patent/US20190218360A1/en?q=degradation+pet


 * Havens, K., Marie, D., Stanhope, D. & Angstadt, K. (2014).Fishing gear with degradable component. Recuperado el día 17 de octubre de 2021 de https://patents.google.com/patent/US8938908