Efervescência poderosa

fonte mineral antiga
Cartão postal de um resort em Desert Hot Springs, California, ca. 1930–1945. (Fonte: Boston Public Library)

No século XVIII, Joseph Priestley e outros desenvolveram processos para a fabricação de água mineral carbonatada artificialmente, unindo os poderes terapêuticos de um antigo restaurador natural com a ciência emergente da química moderna.

As águas minerais gasosas do século XXI são bebidas de alto padrão: Vichy, Evian e Perrier persistem como símbolos de sabor e classe. Mais do que apenas uma bebida, no entanto, a água com gás representa um dos últimos vestígios das fontes termais terapêuticas que foram um dos pilares da medicina ocidental por mais de dois milênios. A história de sua ascensão e queda não é apenas a base oculta da massiva indústria moderna de refrigerantes, mas também a história de uma crescente aliança entre química e medicina que reformularia a prática terapêutica ocidental.

Cartaz francês anunciando as águas da nascente de Saint-Yorre de Vichy. Litografia a cores de Albert Guillaume, 1896.

Les affiches illustrées via Wikimedia Commons

Em junho de 1772, o ministro [do partido] Radical Joseph Priestley (1733-1804) descreveu os detalhes de um processo que acabaria por lhe render o maior prêmio da Royal Society, a Medalha Copley. Ele tinha pingado um pouco de óleo de vitríolo (ácido sulfúrico) em uma mistura de giz e água, capturou o ar fixo (dióxido de carbono) que borbulhava do giz em uma bexiga e borbulhou o ar fixo por uma coluna de água, que ele então agitou em intervalos. A substância resultante foi, Priestley escreveu, “uma água espumante extremamente agradável, parecida com água Seltzer”.

As histórias da indústria de refrigerantes geralmente começam com esse momento – um dos primeiros métodos simples de produzir o que hoje chamamos de água gaseificada. Os historiadores da química também se referem a ele como um evento significativo no desenvolvimento da química pneumática (o estudo dos gases dos séculos XVII ao XIX). Como muitos de seus colegas químicos, Priestley estava aperfeiçoando a recente descoberta de que o ar, anteriormente considerado um único elemento (um de apenas quatro), era composto de diferentes elementos. Logo após seu trabalho com água mineral, ele foi creditado com a descoberta do que ele se referiu como “ar deflogisticado”, uma substância que Antoine-Laurent Lavoisier logo batizaria de “oxigênio”.

Mas para Priestley, a água efervescente não era apenas uma bebida agradável, nem era apenas um problema filosófico. Em vez de criar uma nova substância, ele estava imitando uma antiga. Em particular, ele estava tentando recriar a água mineral naturalmente espumante que emergia da famosa “Caverna do Vapor” de Pyrmont, perto de Hanover, na Alemanha. (A água com gás a que ele se refere não é o produto engarrafado moderno, mas as águas das nascentes de Seltzer, Alemanha.) Além disso, não era o sabor único da água de Pyrmont que Priestley procurava, mas seu efeito no corpo. Para Priestley, como para seus contemporâneos, a água era um remédio.

propaganda água mineral
Cartaz francês anunciando as águas da fonte de Saint-Yorre de Vichy. Litografia a cores de Albert Guillaume, 1896. (Fonte: Les affiches illustrées via Wikimedia Commons)

Água como remédio
Durante séculos, os europeus aproveitaram sua paisagem notável e variada de fontes naturais de água mineral. Nascentes quentes como as de Vichy e Bath ofereciam águas aquecidas pelo calor geotérmico ou pelo contato com o magma; outras, como aquelas em Nápoles, eram notáveis ​​por sua frieza dolorida. Algumas eram salgadas, outras tinham sabor de (e cheiravam) enxofre, álcali ou ferro. Finalmente – e talvez o mais misteriosamente – algumas, como das cidades de San Pellegrino, Seltzer, Pyrmont e Vergèze (a fonte de Perrier), tinham o agradável sabor ácido produzido pelas bolhas. Nossa palavra spa vem da cidade de Spa, na Bélgica, cujas águas “chalybeate”, ou ferro-portadoras, eram usadas medicinalmente por 400 anos. Pistas sobre a importância das fontes permanecem nos nomes das cidades modernas que foram fundadas em fontes: Carlsbad e Wiesbaden (Bad significa “banho” em alemão), Baden-Baden, Tunbridge Wells e, claro, Bath.

Durante séculos, os europeus aproveitaram sua paisagem notável e variada de fontes naturais de água mineral.

Registros de hidroterapia e balneologia, o uso medicinal de águas e banhos, remontam à antiguidade clássica. Médicos greco-romanos hipocráticos utilizavam sequências de banhos quentes e frios para equilibrar e harmonizar os humores de seus pacientes. Plínio o Velho e Vitrúvio listaram fontes com qualidades excepcionais para tratar doenças dos tendões, articulações, trato urinário e pele. Os romanos doentes bebiam de fontes alcalinas para se livrarem de tumores e de fontes ácidas para destruir cálculos biliares. As elaboradas ruínas dos complexos de banho romanos em Baden, na Suíça, e Aquae Sulis, na Grã-Bretanha (hoje a cidade de Bath), atestam a intensidade do interesse dos romanos pela hidroterapia.

Embora a medicina hipocrática tenha diminuído temporariamente durante a Idade Média, o uso de fontes minerais continuou. “Poços sagrados”, primeiramente associados a divindades pagãs e depois designados à santos cristãos, ocuparam o lugar dos banhos romanos. O renascimento da medicina grega na Renascença trouxe de volta as fontes antigas à proeminência. Mais tarde, durante o início do período moderno, o surgimento da chamada medicina química produziu novas justificativas para práticas antigas, estimulando a prescrição terapêutica de minerais e metais.

Por volta do século XVIII, as fontes tornaram-se locais da moda, onde visitantes distintos e aristocráticos se reuniam para dançar, passear e “tomar as águas”. Em Bath, uma multidão sazonal de turistas bebia e mergulhava no que hoje sabemos ser uma sopa levemente radioativa de potássio, chumbo, ferro, estrôncio, cálcio, magnésio, bismuto e enxofre. De fato, cidades inglesas como Harrogate e Epsom existiam apenas para sustentar suas nascentes, e as águas terapêuticas de Carlsbad (na atual República Tcheca), Eger (na Hungria), Seltzer, Spa e Pyrmont eram regularmente transportadas pela Europa em garrafas.

Por volta do século XVIII, as fontes tornaram-se locais de moda, onde visitantes gentis e aristocráticos se reuniam para dançar, passear e “tomar as águas”.

Águas Manufaturadas
Dadas as imensas somas investidas e derivadas de fontes minerais, não é surpresa que gerações de químicos, incluindo filósofos naturais bem conhecidos como Robert Boyle, Friedrich Hoffmann e Stephen Hales, tentassem explicar o que tornava cada fonte única. Além disso, quando as primeiras análises químicas revelaram materiais conhecidos como ferro, nitro, vitríolo, sal marinho e alúmen, era certo que as tentativas de imitar ou mesmo superar a natureza logo se seguiriam.

Talvez a mais espetacular dessas imitações tenha sido “o duque Bagnio” ou “New Spaw”. Este banho turco, estabelecido no Long Acre de Londres por Samuel Haworth, médico do duque de York, apresentava águas minerais artificiais que pareciam borbulhar no chão. Logo após a abertura do Bagnio em 1685, Robert Boyle publicou um ensaio sobre “a imitação das Águas Medicinais Naturais, por meios químicos e outros”, que ele pretendia “ajudar o médico a adivinhar a qualidade e a quantidade de outros ingredientes que impregnavam a Água Natural proposta ”. Em 1698, o botânico Nehemiah Grew comercializou os sais de Epsom (sulfato de magnésio) como uma recriação simples e duradoura das águas minerais de Epsom, e depois bebido como um purgante e famoso por sua eficácia contra as úlceras. Até hoje, os sais de Epsom são usados ​​como escalda pés e bebido como remédio para a constipação.

No início do século XVIII, dezenas de químicos e médicos inventavam (e os pacientes bebiam) garrafas de água mineral artificiais, feitas de escória de fundição, potassa, creme de tártaro, cal viva e alúmen. Com o passar do século, os fabricantes de águas artificiais começaram a argumentar que seus produtos tinham certas vantagens sobre as substâncias naturais. Não só havia água mineral artificial disponível fora das “estações” dos spas, mas também podia ser mantida livre das substâncias venenosas que às vezes atormentavam as águas naturais. Também podiam ser feitas em concentrações mais altas, permitindo que os pacientes obtivessem os mesmos benefícios sem precisar beber doses tão grandes quanto 16 litros por dia.

Esta série de imitações deixava os médicos que praticavam em fontes minerais em um dilema. Embora apreciassem a análise química como método de demonstrar as virtudes de suas nascentes, ficavam compreensivelmente nervosos que a análise possibilitasse a imitação. Teorias anteriores, como a ideia de que diferentes águas minerais eram “especialidades naturais”, medicamentos criados pela natureza para benefício do homem como evidência do desígnio beneficente de Deus, pareciam oferecer apoio a alegações da superioridade das águas minerais naturais. Essa ambivalência resultou em debates públicos em panfletos e revistas médicas: as águas minerais funcionavam porque continham produtos químicos valiosos, o que poderíamos chamar de “ingredientes ativos”? Ou seriam apenas eficazes como conjuntos complexos, emergentes de fontes naturais, criados por processos subterrâneos que os humanos não poderiam esperar imitar?

Priestley e sua água efervescente
Um dos argumentos mais fortes a favor do uso de águas minerais naturais era a sua efervescência. As águas retiradas das nascentes efervescentes e mantidas por muito tempo perdiam seu “espírito mineral”; isto é, ficavam insossas. Mesmo quando frescas, as primeiras águas artificiais não possuíam esse “espírito”. Embora nem todas as fontes naturais possuíssem as propriedades borbulhantes que atraíam os que procuravam a saúde em Pyrmont, Vichy e Seltzer, tanto a evanescência das bolhas quanto o sabor alterado das águas sem gás sugeriam que as águas irrevogavelmente perdiam uma qualidade importante quando imitadas ou levadas para longe de sua fonte.

Foi precisamente essa questão que tornou o trabalho de Priestley na água mineral tão significativo. Ao trabalhar para restaurar o espírito mineral, Priestley foi capaz de se basear no trabalho de numerosos predecessores. Na década de 1720, o clérigo e fisiologista Stephen Hales desenvolvera o aparato pneumático, que Priestley usaria mais tarde para manipular gases puros, como uma maneira de medir os “ares” criados pelos processos fisiológicos. Na década de 1750, o químico e médico Joseph Black identificou a substância que agora chamamos de dióxido de carbono como “ar fixo” e, e na década de 1760 o médico William Brownrigg (1711–1800) argumentou que o espírito mineral das águas minerais era idêntico às bolhas produzidas pela fermentação e ao “asfixiante” que ameaçava os mineiros.

Um dos argumentos mais fortes a favor do uso de águas minerais naturais era a sua efervescência.

Para Priestley, estudos recentes do ar fixo sugeriram novas possibilidades terapêuticas. A recente candidatura de Priestley ao posto de naturalista de embarcação na segunda viagem do explorador James Cook levou à atenção de Priestley o problema médico incapacitante da Marinha Britânica, o escorbuto. Sendo que os recentes trabalhos sobre o apodrecimento da carne pelo médico David MacBride (1726-1778) pareciam sugerir que o ar fixo interrompia a putrefação, Priestley argumentou que beber a água impregnada com ar fixo não deveria apenas curar o escorbuto, que se pensava ser uma espécie de podridão, também outras doenças associadas à putrefação, incluindo pulmões ulcerados e cânceres. Atendendo a aprovação da Marinha Britânica, o aparelho de Priestley para borbulhar ar fixo através da água foi embarcado nos navios de Cook.

Três anos após a publicação do panfleto de Priestley intitulado “Impregnando Água com Ar Fixo”, o médico britânico John Mervyn Nooth apresentou à Royal Society o equipamento Nooth, um arranjo vertical de três vasos de vidro que arejavam a água no vaso central infundindo-a com ar por baixo. O equipamento Nooth tornou-se o modelo para os dispositivos de carbonatação usados ​​nas drogarias. O famoso químico Benjamin Silliman usou o equipamento de Nooth quando introduziu as águas minerais produzidas comercialmente nos Estados Unidos, abrindo lojas primeiro perto de sua casa na Universidade de Yale e depois em Nova York e Filadélfia. Na década de 1780, outro contato de Priestley, o joalheiro suíço e cientista amador Jacob Schweppe, rapidamente assumiu o mercado de Londres com águas minerais cintilantes artificiais feitas usando um motor de bombeamento. O sifão – que agora chamaríamos de uma garrafa de seltzer – apareceu na Grã-Bretanha em 1837.

Uma segunda onda de águas minerais
Como muitos de seus concorrentes, Schweppe acrescentou ao valor medicinal de seus tônicos misturando-lhes xaropes de ervas – um dos quais evoluiu para uma bebida imortalizada como Ginger Ale, de Schweppe. No decorrer do século XIX, os consumidores se acostumaram com uma série de sabores medicinais, do gengibre e da noz de cola ao quinino, que deu ao gin-tônica seu sabor característico e protegeu da malária os administradores britânicos imperiais. Esses novos produtos foram anunciados tanto como bebidas quanto como medicamentos, sob nomes como “buffalo mead” e “imperial nerve tonic”, que gradualmente perderam seu significado medicinal. A Coca-Cola, originalmente anunciada como um inequívoco medicamento estimulante (embora seu notório conteúdo de cocaína fosse insignificante), seja talvez o exemplo mais famoso dessa transformação.

O banho de água mineral sofreu uma mudança semelhante no significado. Apesar da competição oferecida pelas águas minerais artificiais do final do século XVIII em diante, as visitas à fontes termais e minerais permaneceram como parte importante da terapia até o século XX, como evidenciado pela confiança bem difundida de Franklin Delano Roosevelt nas águas de Warm Springs, Georgia. No entanto, tal como as férias à beira-mar, que foram originalmente concebidas para tirar partido dos poderes curativos do ar do mar, as visitas aos spas tornaram-se cada vez mais meramente recreativas do que terapêuticas.

A água Pyrmont, de Joseph Priestley, não teve sucesso como cura para o escorbuto (embora seu colega Brownrigg tenha se mostrado muito mais bem sucedido, com um dispositivo de carbonatação que misturava giz com suco de limão). Mas examinar os esforços de Priestley nos ajuda a encontrar as raízes da indústria moderna e delineia a forma de um passado médico complexo. Ao beber um copo de ginger ale, água com gás ou Perrier, estamos participando de uma tradição terapêutica secular.

Texto escrito por Emely Pawley.

Traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisbrudna@gmail.com ) do original ‘Powerful Effervescence’ com autorização oficial dos detentores dos direitos. Revisado por: Natanna Antunes.

Original (English) content from Science History Institute (https://www.sciencehistory.org/). Content translated with permission, but portuguese text not reviewed by the original author. Please do not distribute beyond this site without permission. [[Conteúdo original (inglês) do Science History Institute (https://www.sciencehistory.org/) . Conteúdo traduzido com permissão, mas o texto em português não foi revisado pelo autor do original. Por favor, não distribua o conteúdo sem permissão.]]

Como fazer fenolftaleína (um indicador de pH)

método de síntese da fenolftaleína
A fenolftaleína é muito utilizada como um indicador de pH.

cores da fenolftaleina fonte wikipedia

No vídeo abaixo o ‘NileRed’ mostra como preparou a fenolftaleína partindo dos seguintes reagentes:
– 2 g de fenol
– 1,5 g de anidrido ftálico
– aproximadamente 50 mL de diclorometano
– algumas gotas de ácido sulfúrico concentrado
– 5 mL de NaOH 2 mol.L-1
– 100 mL de ácido clorídrico 2 mol.L-1

Vídeo com legenda em português. Clique e veja como ativar a exibição.

Cuidado! A fenolftaleína era utilizada como um laxante. Ingestão acidental pode ser perigosa. Atualmente a substância está aos poucos sendo removida dos medicamentos por ser considerado cancerígeno.

Uma observação importante é que o canal NileRed realiza procedimentos simplificados e não necessariamente os mais eficazes. O foco é em fazer uma química mais amadora e com ênfase na facilidade em realizar o experimento com as condições disponíveis no laboratório dele.

Texto escrito por Prof. Dr. Luís Brudna ( luisbrudna@gmail.com ). Legenda traduzida por Prof. Dr. Luís Brudna e Larissa Gomes.

Fosgênio, acetato de celulose, fluoresceína, esqualeno e mais

Uma coleção das últimas publicações no nosso Instagram @ligacaoquimica ( https://www.instagram.com/ligacaoquimica/ ).
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Fluoresceína
informações sobre a fluoresceína
A fluoresceína é um pó de cor avermelhada que se transforma em uma cor verde intensa quando em solução. Este era um dos motivos pelos quais os aviões alemães na Segunda Guerra carregavam uma pequena quantidade de fluoresceína para facilitar a localização e o resgate em caso de acidente na água.
Na década de 60 mais de 45 quilogramas da substância foram usadas para colorir de verde o rio Chicago em uma comemoração do Dia de São Patrício. Atualmente um corante mais ecológico é usado.
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Fosgênio
história e informações químicas sobre o fosgênioTemos uma noção errada de que necessariamente as substâncias tóxicas tem um cheiro ou sabor extremamente ruins e com sintomas rápidos. Este é um cartaz da Segunda Guerra Mundial alertando que armas químicas contendo fosgênio são incolores e tem um cheiro parecido com feno mofado ou milho verde.
O fosgênio foi bastante usado durante a Primeira Guerra Mundial e durante a Segunda Guerra Sino-Japonesa.
https://www.instagram.com/p/BnTqcgUACdr/

Acetato de celulose
informações sobre o acetato de celulose e sua estruturaOs primeiros filmes utilizados na indústria cinematográfica eram feitos com nitrato de celulose, um material tão inflamável que os operadores de projeção recebiam treinamento contra incêndios.
A descoberta do acetato de celulose em 1865, pelo químico francês Paul Schützenberger, foi uma solução para este problema.
Infelizmente parte do acervo registrado em acetato de celulose sofre degradação com o tempo no que é conhecido como ‘síndrome do vinagre’, pela lenta liberação do ácido acético da molécula original. Lembrando que não necessariamente o que é chamado atualmente de ‘acetato’ é feito inteiramente de acetato de celulose.
https://www.instagram.com/p/BnJNFuDD-Jc/

Trimetilamina
trimetilamina informações e estrutura química
Olá! Que temos aqui? É homem ou peixe? Está vivo ou morto? É peixe; o cheiro é de peixe, esse velho cheiro de ranço, que lembra muito a peixe… [A Tempestade, William Shakespeare].
Algumas pessoas podem ter a rara ‘síndrome do odor de peixe’, conhecida como trimetilaminuria, pela incapacidade em metabolizar a trimetilamina – resultando em um forte odor na urina, suor e hálito. Não tendo cura conhecida o desconforto pode ser minimizado por controle da dieta, uso de alguns antibióticos específicos. Presente na decomposição de peixes a trimetilamina é o alvo de sensores usados na indústria pesqueira para determinar se os peixes estão frescos.
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Galantamina
informações sobre a substância  galantaminaA galantamina é um alcaloide que pode ser encontrado na planta campânula-branca; com atividade terapêutica conhecida desde a antiguidade.
Agindo como um inibidor da colinesterase a substância encontra aplicação no tratamento da Doença de Alzheimer. Pelo mesmo motivo a galantamina tem sido estudada como possível antídoto no envenenamento por organofosforados – incluindo armas químicas como sarin, VX, soman e tabun. (Somente faça uso de substâncias com prescrição médica. Nunca faça uso de plantas sem um conhecimento total do que está fazendo).
https://www.instagram.com/p/BnEE79WAXYd/

Esqualeno
usos do esqualenoO esqualeno é um importante composto orgânico visado pela indústria de cosméticos e na produção de vacinas; nas quais funciona como adjuvante em conjunto com surfactantes que melhoram a resposta imunológica. A preocupação de conservacionistas é que uma das fontes mais abundantes do esqualeno é encontrada em fígados de tubarões; gerando sobrepesca de espécies ameaçadas. Felizmente óleos naturais e biossíntese são procedências alternativas.
https://www.instagram.com/p/BnBaYa5FO16/

Óxido de tributil estanho
tinta para casco de navios e suas perigos
O óxido de tributil estanho foi comercializado por muitos anos como um componente em tintas anti-incrustantes para cascos de barcos ou qualquer equipamento que se desejava evitar a aderência de algas e invertebrados.
No entanto um importante problema só foi percebido anos mais tarde; a substância causava alterações sexuais em diversos organismos marinhos. Sendo então banida globalmente a partir de 2008 na Convenção de Roterdã. (Fonte: Chemistry World Podcast).
https://www.instagram.com/p/Bm_DHA6FJhD/

A química sustentável

A química verde é uma filosofia que visa reduzir o uso de produtos químicos tóxicos e a produção de resíduos em processos industriais. Ela espalhou sua missão de reduzir o impacto da indústria no meio ambiente em todo o setor industrial, governo e salas de aula.

Filosofia recentemente introduzida na indústria química, a química verde promove o cuidadoso projeto de processos de fabricação de produtos químicos para reduzir o uso de componentes tóxicos e minimizar o desperdício e o uso de energia. As práticas sustentáveis ​​e mais benignas que seguem os princípios da química verde encontraram apoio na indústria e no governo e estão sendo pesquisadas cada vez mais por universidades e agências governamentais em todo o mundo.

Quando o ibuprofeno, o analgésico popular que remedia dores de cabeça, rigidez muscular e febres, foi fabricado pela primeira vez na década de 1960, gerou mais resíduos do que o medicamento. Os químicos faziam ibuprofeno adicionando um excesso de tricloreto de alumínio ao isobutil-benzeno e forçando uma reação de seis etapas com solventes e agentes de separação. Embora o método certamente tenha sintetizado o medicamento, era altamente ineficiente e produzia subprodutos indesejados em cada etapa do processo: uma produção anual de 13,6 milhões de quilogramas de ibuprofeno gerava 20,4 milhões de quilogramas de resíduos, a maioria sendo desperdiçada.

Mas no início dos anos 90, o ibuprofeno sofreu uma transformação. Usando catalisadores em vez de reagentes em excesso para impulsionar as reações, os químicos cortaram pela metade o número de estágios no processo de fabricação do ibuprofeno e eliminaram do processo o tetracloreto de carbono, um solvente tóxico. No novo processo, a economia de átomos – a porcentagem de matérias-primas e reagentes usados ​​na síntese que termina no produto final – oscilava entre 80% e 99%. Esses materiais e reagentes que não acabaram no produto final, como o ácido acético, podem ser recuperados ou reciclados. A reação renovada não só foi boa para os negócios (na medida em que reduziu os custos de limpeza e minimizou o consumo de matérias-primas), foi boa para o meio ambiente.

Mais recentemente, um novo tipo de química – a química verde – está tomando conta da academia, da indústria e do governo.

Não é preciso ir muito longe no passado para encontrar exemplos de produtos químicos e processos químicos que tiveram um impacto negativo na saúde humana e no meio ambiente. Mas, mais recentemente, um novo tipo de química – a química verde – está tomando conta da academia, da indústria e do governo. A química verde repensa o design de processos químicos e oferece benefícios ambientais, reduzindo o desperdício, eliminando tratamentos químicos dispendiosos e reduzindo o uso de energia e recursos. De acordo com a Sociedade Americana de Química [American Chemical Society (ACS)], essa revolução química estimula a criatividade e inventividade dos cientistas, ao mesmo tempo em que aumenta o desempenho e o valor de produtos químicos e materiais.

Inicia na indústria, termina no Nobel
A química verde tornou-se moda apenas nas duas últimas décadas, mas suas origens remontam à indústria dos anos 50. Em 1956, químicos do departamento petroquímico da DuPont em Wilmington, Delaware, descobriram que a passagem de propeno sobre um catalisador de molibdênio sobre alumínio produzia uma mistura de propeno, eteno e 1-buteno. Outros químicos descobriram resultados semelhantes quando combinaram olefinas (alcenos) com outros catalisadores de molibdênio. Os produtos foram o resultado da quebra e reconstrução das ligações duplas nos alcenos. O carbono da ligação dupla de um alceno trocava de lugar com um carbono da ligação dupla do outro alceno. Mas os químicos não tinham um mecanismo para explicar o que estava acontecendo.

Várias teorias foram propostas durante os 15 anos seguintes, mas foi somente em 1971 que Yves Chauvin, do Instituto Francês do Petróleo, juntamente com o estudante Jean-Louis Hérisson, identificou o processo: um metal-carbeno estava desencadeando a reação. Chauvin batizou de dança molecular, na qual um parceiro era expulso por outro. Vinte anos depois, Richard Schrock, do Massachusetts Institute of Technology, descobriu quais metais poderiam ser usados ​​como catalisadores. Um grupo de catalisadores de molibdênio foi particularmente efetivo em rearranjar as ligações duplas dos compostos. Mas estes eram altamente reativos e sensíveis ao oxigênio e à umidade. Eles estavam longe de serem perfeitos. Em 1992, Robert Grubbs, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, descobriu um catalisador de rutênio que era estável ao ar e mais seletivo que os catalisadores de Schrock.

Juntas, essas contribuições dos químicos explicaram e desenvolveram a reação de metátese de olefinas, criando uma nova ferramenta para encurtar a rota até uma molécula desejada e reduzir o número de subprodutos indesejados e muitas vezes perigosos. Sua descoberta abriu novas oportunidades na produção industrial de produtos farmacêuticos, plásticos e outros materiais.

O trabalho também rendeu a Chauvin, Schrock e Grubbs o Prêmio Nobel de Química em 2005. Per Ahlberg, membro da Real Academia Sueca de Ciências e do Comitê Nobel de Química, proclamou durante seu discurso de apresentação: “A metátese também economiza energia e material e é amigável com o meio ambiente. Isso nos leva a um passo em direção a um futuro “mais verde”. A ocasião marcou a primeira vez que a Academia Real Sueca de Ciências reconheceu a química verde – o design de produtos químicos e processos que reduzem ou eliminam o uso e a produção de substâncias perigosas para os seres humanos e o meio ambiente – mas o campo vinha ganhando terreno por mais de uma década.

Incentivando Práticas Verdes
A legislação tem controlado o uso, tratamento e descarte de produtos químicos desde a década de 1960. Essa abordagem regulatória tradicional de “comando e controle” custava bilhões de dólares às empresas e ainda acarretava na liberação de vários bilhões de quilos de resíduos químicos no meio ambiente todos os anos. Isso estava previsto para mudar em 1990, quando o Congresso dos EUA aprovou a Lei de Prevenção da Poluição, que procurava reduzir a poluição em sua fonte.

Um ano antes, Paul Anastas era um jovem químico orgânico sintético da Universidade Brandeis. Ele tinha acabado de obter um PhD em química e tinha uma carreira promissora na pesquisa do câncer diante dele, mas ansiava por algo mais. Em vez de projetar moléculas para combater o câncer e trabalhar como consultor industrial, ele queria desenvolver uma estrutura que impedisse a ocorrência de câncer em primeiro lugar. Isso significava evitar que resíduos perigosos fossem liberados no meio ambiente, redesenhando processos e produtos químicos em nível molecular, de modo que fossem “benignos por design”. Em 1989, Anastas aceitou um cargo no Escritório de Prevenção da Poluição e Substâncias Tóxicas da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA); em 1991, ele cunhou o termo química verde .

Atualmente, cerca de uma dúzia de universidades e faculdades americanas oferecem aulas de química verde.

Mesmo com a Lei de Prevenção da Poluição, havia pouca motivação financeira para a indústria – ou a academia – procurar processos químicos alternativos. A EPA e a National Science Foundation (NSF) lançaram uma série de programas de subsídios na esperança de obter algumas soluções. Em 1991, a EPA lançou um programa de química verde. Uma parte do programa, “Caminhos sintéticos alternativos para a prevenção da poluição”, ofereceu subsídios para projetar e sintetizar produtos químicos que poderiam reduzir a produção de poluentes. Em 1992, a NSF uniu-se ao Conselho para Pesquisa Química, uma organização sem fins lucrativos, para desenvolver o programa de pesquisa “Síntese e Processamento Químico Ambientalmente Benigno”. Investiu US$ 950.000 em projetos que buscavam desenvolver catalisadores mais seletivos e reações novas ou mais limpas que substituíssem aquelas que exigiam matérias-primas ou solventes tóxicos, e outras que eliminariam partículas de aerossóis.

Foi nessa época que Anastas se encontrou com um químico da Polaroid Corporation chamado John Warner. Warner havia desenvolvido um processo chamado derivatização não-covalente para estabilizar as moléculas em filme instantâneo de múltiplas camadas e evitar que o filme se deteriorasse enquanto estava nas prateleiras das lojas. A química era simples e menos tóxica; satisfez os princípios da química verde que a EPA estava tentando promover. A dupla tornou-se defensora do futuro da química verde, falando sobre o assunto sempre que podia.

Quando Terry Collins, agora diretor do Instituto de Química de Oxidação Verde da Universidade Carnegie Mellon, ouviu pela primeira vez sobre a química verde de Anastas, percebeu que seus interesses de pesquisa estavam alinhados com as iniciativas da EPA. (Desde a década de 1980, Collins procurava catalisadores que pudessem ativar o peróxido de hidrogênio como uma alternativa aos alvejantes à base de cloro, reduzindo ou possivelmente até mesmo eliminando os subprodutos clorados das águas residuais.) Ele percebeu que seus alunos estavam aprendendo as propriedades técnicas dos produtos químicos, mas não estavam aprendendo sobre seus perigos. Como se poderia esperar que a próxima geração de químicos tivesse suas pesquisas futuras guiadas pelos princípios da química verde se não soubessem nada sobre isso? Em 1992, Collins lançou a primeira turma de nível universitário em química verde. Hoje, cerca de uma dúzia de universidades e faculdades americanas oferecem aulas de química verde.

Embora houvesse um crescente apoio institucional e industrial à química verde, Anastas sentiu que havia pouco reconhecimento para aqueles que a abraçaram e não havia financiamento de pesquisa suficiente para encorajar outros a fazê-lo. Enquanto ainda na EPA Anastas pressionou para o desenvolvimento de um programa de premiação que homenagearia empresas e indivíduos que tinham projetado produtos químicos e processos que evitavam o desperdício e a poluição.

Os Prêmios Presidenciais do Desafio da Química Verde foram anunciados em 1995, surgindo da “Iniciativa de Reinventar a Regulamentação Ambiental” do governo Clinton. Para os primeiros prêmios em 1991, os jurados selecionaram cinco projetos que exemplificaram a inovação científica, a aplicabilidade industrial e a segurança ambiental e de saúde. Entre eles estava um novo agente anti-incrustante marinho desenvolvido pela Rohm and Haas: controlava o crescimento de plantas e animais nos cascos dos navios sem a toxicidade e a persistência associadas aos agentes anti-incrustantes convencionais. O composto, 4,5-dicloro-2-n-octil-4-isotiazolin-3-ona, degradou-se rapidamente em água do mar e sedimentos e não se bioacumulou em organismos marinhos. (A empresa ganhou o prêmio novamente em 1998 por desenvolver um pesticida menos tóxico para controlar as pragas de lagartas em lavouras e em gramados, como os que são mantidos em campos de golfe.)

Ano após ano, a química verde continuou a influenciar novos projetos e iniciativas. Anastas reuniu um grupo de inovadores verdes na indústria, da academia e dos laboratórios nacionais para fundar o Instituto Química Verde [Green Chemistry Institute (GCI)] em 1997. A organização sem fins lucrativos visava inspirar pesquisas, organizar reuniões e construir parcerias industriais. (Tornou-se parte do ACS em 2001.)

Anastas reuniu um grupo de inovadores verdes na indústria, da academia e dos laboratórios nacionais para fundar o GCI em 1997.

Em 1998, Anastas e Warner se juntaram para publicar Química Verde: Teoria e Prática , uma introdução básica à química verde que delineava os 12 princípios da química verde (ver Tabela) e articulava a necessidade de solventes mais seguros, matérias-primas renováveis ​​e reagentes catalíticos, e destacou a importância de projetar produtos químicos para degradação. Em 2001, sob a liderança de Warner, a Universidade de Massachusetts-Boston (UMB) começou a aceitar estudantes no primeiro programa de doutorado em química verde.

O entusiasmo de Warner se espalhou para a indústria farmacêutica. No final da década de 1990, Buzz Cue, ex-vice-presidente de ciências farmacêuticas dos laboratórios de pesquisa da Pfizer em Groton, Connecticut, foi membro do conselho consultivo científico da UMB. Ele viu um papel para a química verde na indústria farmacêutica, particularmente no nível de fabricação. Em 2005, Cue, Anastas (que desde então se mudou para liderar o Green Chemistry Institute na ACS) e um punhado de empresas farmacêuticas globais, incluindo a Pfizer, formaram a mesa redonda farmacêutica do GCI. O grupo identificou 10 reações que precisavam de alternativas mais ecológicas e se propuseram a financiar até dois projetos em laboratórios de pesquisa acadêmica anualmente. A mesa redonda financiou 3 laboratórios até o momento.

Esforço não desperdiçado
Talvez uma das aplicações mais importantes da química verde seja na concepção e fabricação de produtos farmacêuticos. Em uma proporção de resíduo para produto, a indústria farmacêutica é uma das menos aceitáveis ​​ambientalmente, gerando 25 a 100 quilogramas de resíduos para cada quilograma de ingrediente farmacêutico ativo fabricado. Tanto quanto 80% desse lixo é solvente. Embora os solventes tenham um papel crítico na fabricação de medicamentos, fornecendo um meio de reação e transferindo calor, os maiores volumes são usados ​​para separar compostos indesejados do produto final.

Em uma proporção de resíduo para produto, a indústria farmacêutica é uma das menos aceitáveis ​​ambientalmente, gerando 25 a 100 quilogramas de resíduos para cada quilograma de ingrediente farmacêutico ativo fabricado.

Por que não projetar a reação para reduzir o desperdício em primeiro lugar? Em 2002, a Pfizer ganhou o prêmio Presidential Green Challenge por melhorar o processo de fabricação da sertralina, o ingrediente ativo do antidepressivo Zoloft. Utilizando um catalisador de paládio mais seletivo, o novo processo de fabricação cortou uma sequência de reação de três etapas em uma única reação, com o bônus de eliminar subprodutos indesejáveis. Trocou por etanol relativamente benigno os quatro solventes – cloreto de metileno, tetraidrofurano, tolueno e hexano – e eliminou anualmente 140.000 quilogramas de tetracloreto de titânio, 99.000 quilogramas de hidróxido de sódio a 50%, 149.000 quilogramas de ácido clorídrico a 35% e 440.000 quilogramas de resíduos sólidos de dióxido de titânio. O novo processo gerou menos resíduos, incorporando uma maior proporção das matérias-primas no produto e reduzindo os custos associados ao armazenamento, tratamento e descarte dos resíduos. Cue chamou isso de “benefício duplo-econômico”. A química verde continua a influenciar a indústria farmacêutica, mas continua sendo um desafio conseguir que empresas de pequeno e médio porte e a indústria de genéricos aprendam e apliquem seus princípios.

Outras indústrias também estão tomando conhecimento. Empresas de materiais especiais como a ‘Rohm and Haas’ continuam a substituir os ingredientes tóxicos por alternativas mais ecológicas em tudo, desde mantas de isolamento até na preservação da madeira. As tecnologias médicas, a fabricação de madeira, os produtos de consumo, a impressão, as tintas e o controle de pragas tornaram-se menos perigosos por meio da química verde.

Mesmo assim, o financiamento para estudar química verde e desenvolver química benigna sempre foi, e continua sendo, escasso. Algumas iterações da legislação proposta não foram aprovadas no Senado em 2004 e 2005. No entanto, apesar dos muitos desafios que permanecem, a aprovação em 2007 pela Câmara dos Deputados [americana] de um projeto de lei que alocará quase US$ 200 milhões em três anos para pesquisa e desenvolvimento em química verde certamente é uma boa notícia.

A história da química verde, embora breve, mostra como o otimismo de alguns entusiastas pode ser uma faísca de inspiração na academia e na indústria. A legislação não resolveu o problema dos produtos químicos tóxicos, mas levou a indústria a perceber que há benefícios econômicos em projetar reações mais inteligentes.

Texto escrito por Hannah Hoag.

Traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisbrudna@gmail.com ) do original ‘The Greening of Chemistry’ com autorização oficial dos detentores dos direitos. Revisado por: Kelly Vargas.

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Oseltamivir e aconitina

Oseltamivir
O oseltamivir, comercializado com o nome Tamiflu, é uma medicação antiviral – indicada no tratamento da gripe (Influenzavírus A e B) – que ainda guarda grande polêmica sobre a sua real eficácia. O Tamiflu não é vendido como uma cura, mas como um auxiliar na redução da severidade dos sintomas da gripe. O mecanismo de ação seria pela inibição da neuraminidase do vírus influenza – uma enzima necessária para liberar partículas virais das células infectadas. (Fonte: Chemistry in its Element (podcast)).
Atenção! Somente faça uso deste medicamento com orientação médica.
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Aconitina
informações sobre a química da aconitinaAconitina é um alcaloide muito tóxico produzido por plantas do gênero Aconitum – do qual existem mais de 250 espécies espalhadas pelo mundo. Antigamente era usada como medicamento. Em 1880 Dr. Meyer, prescreveu gotas de aconitina a um menino. Após o tratamento, o menino ficou muito doente, e sua mãe voltou a procurar o médico, culpando o medicamento pela doença da criança. Dr. Meyer ficou tão indignado com alguém que ousou questionar sua prescrição que ele tomou uma dose do frasco do remédio para provar que era perfeitamente seguro. Cinco horas depois o doutor morreu de envenenamento por aconitina. O problema foi que o medicamento tinha sido preparado com uma raiz mais forte de outra espécie de Aconitum. (Fonte: A is for Arsenic The Poisons of Agatha Christi, Kathryn Harkup)
Usos medicinais de extratos da planta são evitados pois a diferença entre a dose terapêutica e a dose mortal é muito tênue.
A presença da aconitina pode ser detectada no sangue por técnicas de análise química/forense.
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Da nanotecnologia à nanociência

As tecnologias que usam objetos nanométricos existem há centenas de anos.

O termo nanotecnologia ganhou popularidade nas décadas de 1970 e 1980, mas as tecnologias que usam objetos pequenos ou “nanodimensionados” existem há séculos. Centenas de anos antes de este termo moderno ser criado, os cientistas usavam as propriedades descritas para fabricar produtos de ponta e explorar o mundo à sua volta. Partículas nanométricas foram recentemente descobertas em artefatos que datam dos séculos XVI e XVII, e a nanociência da era iluminista influenciou a pesquisa avançada e de alta tecnologia da atualidade.

vidro com nanotecnologia
Detalhe de uma imagem europeia do vidro colorido de St. George do início do século XV. (Fonte: Biblioteca de arte de Bridgeman)

Artesãos medievais descobriram, por meio de experimentos alquímicos, que a adição de cloreto de ouro ao vidro derretido resultava em um tom avermelhado e a adição de nitrato de prata tornava o vidro amarelo. A técnica atingiu seu auge durante o século 16 até o século 18 e resultou em alguns dos mais espetaculares vitrais do mundo. Recentemente, os cientistas analisaram vitrais desta época e descobriram que a técnica, possivelmente datada do século X, funcionava devido à nanotecnologia; a análise do vitral revelou que nanopartículas de ouro e prata, atuando como pontos quânticos, refletiam a luz vermelha e amarela, respectivamente.

Do século XII ao século XVIII, os metalúrgicos do Oriente Médio também praticavam uma forma de nanotecnologia. Usando lingotes de aço importados da Índia, os metalúrgicos de Damascena forjaram lâminas mais afiadas e mais duráveis ​​do que as lâminas ocidentais, especialmente as dos cruzados. O processo exato para produzir essas lâminas altamente valorizadas permaneceu um segredo comercial bem guardado, transmitido apenas de professor para aprendiz. Cientistas e historiadores postularam que, à medida que as minas de aço indianas se esgotavam, a mineração se deslocava para outro lugar e, eventualmente, os lingotes não tinham mais a composição específica necessária para produzir aço de Damasco. Como o método não funcionava mais, foi perdido com o passar do tempo. Em 2006, cientistas de materiais, usando microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, encontraram traços de nanotubos de carbono e nanofios presentes nas lâminas de aço de Damasco. Eles teorizaram que esses nanofios, encapsulados pelos nanotubos de carbono, eram responsáveis ​​pela lendária nitidez e durabilidade do aço de Damasco.

No final do século XIX e início do século XX, os industriais usaram o negro de fumo, que desde então tem sido descoberto como um nanomaterial. Na virada do século, os cientistas descobriram que o negro de fumo poderia reforçar a borracha e, assim, melhorar sua resistência, propriedades de tração e resistência a rasgos e abrasão. O negro de fumo também aumentou a dureza da borracha natural vulcanizada. Os fabricantes logo aplicaram essa descoberta comercialmente. Em 1910, a BFGoodrich começou a adicionar cargas de negro de fumo para prolongar a vida útil de seus pneus, e hoje praticamente todos os pneus automotivos são reforçados com negro de fumo. Recentemente, cientistas descobriram que as propriedades de reforço do negro de fumo podem ser atribuídas à interação entre a borracha e o grão das partículas de carbono nanométricas.

Em todos esses casos, os fabricantes não sabiam que estavam usando o que hoje chamamos de nanotecnologia, e os princípios científicos por trás dessas tecnologias não foram totalmente compreendidos até muito mais tarde. No entanto, se olharmos atentamente para a história, há casos em que a teoria científica foi compreendida antes do desenvolvimento da aplicação – um modelo que os atuais nanotecnólogos e cientistas de materiais emulam.

Os cientistas teorizaram que os nanofios, encapsulados por nanotubos de carbono na lâmina, eram responsáveis ​​pela lendária nitidez e durabilidade do aço de Damasco.

Em 1773, Benjamin Franklin escreveu uma carta ao médico e químico inglês William Brownrigg que detalhava suas observações sobre os efeitos do petróleo na água. Em sua carta, Franklin descreve uma viagem no mar na qual ele observou que a água gordurosa jogada pelos cozinheiros do navio tinha um efeito calmante na marola do navio. Franklin soube que o efeito calmante do óleo na água era de conhecimento comum dos marinheiros, mas ninguém entendia realmente como isso funcionava. Depois de chegar à costa em Londres, o intrigado Franklin conduziu um experimento em um dia ventoso em uma lagoa em Clapham Common. Ele depositou uma colher de chá de óleo na beira da lagoa, onde as ondas se formavam e se moviam para o meio. As ondas e o vento espalharam o óleo pelo lago, e mais de um hectare quadrado de água turbulenta foi rapidamente acalmado. Mesmo grandes folhas e galhos na superfície da lagoa foram empurrados para o lado pela fina camada de óleo.

Embora observações similares tenham sido feitas desde Plínio, o Velho, Franklin foi o primeiro a teorizar esse fenômeno usando princípios científicos. Em sua carta a Brownrigg, Franklin propôs que existisse uma repulsa mútua entre a água e as partículas de óleo. A força da repulsão era tão forte que fez com que o óleo se afastasse da água e produzisse um filme quase invisível no topo da água.

Experiências subsequentes de Lord Rayleigh, Irving Langmuir e outros confirmaram que o petróleo, flutuando acima de água mais densa, criou um filme de monocamada de apenas alguns nanômetros de espessura, revolucionando a ciência de superfície e fornecendo a base para tecnologias de revestimento de filmes finos que hoje são onipresentes em nossas vidas cotidianas. Na década de 1920, Langmuir e Katherine Blodgett imergiram um substrato em uma solução, revestindo o substrato com uma película de estearato de bário com exatamente uma molécula de espessura. Agora conhecida como filmes de Langmuir-Blodgett, esta descoberta permite aos cientistas criar e depositar filmes finos extremamente precisos, e é crucial no estudo moderno de ponta sobre monocamadas em engenharia elétrica e ciência de materiais. Depois de mais experimentos, Langmuir e Blodgett descobriram que uma película fina de 44 ou 46 camadas de moléculas pode anular a reflexão da luz no vidro natural. Atualmente, praticamente todas as lentes que exigem reflexos mínimos (lentes de câmeras ou telescópios, por exemplo) são revestidas com filmes finos não reflexivos.

Uma diferença fundamental entre esses exemplos históricos de uso de nanotecnologia está na sequência de eventos. A tecnologia usada para produzir vitrais, aço de Damasco e negro de fumo existia muito antes de a explicação científica ser totalmente compreendida. Mas, no caso das monocamadas de Franklin, Langmuir e Blodgett, a sequência é invertida: o entendimento científico foi alcançado muito antes de qualquer produto de filme fino chegar ao mercado. Atualmente, os nanocientistas estão seguindo o exemplo da monocamada, buscando ativamente a pesquisa em nanociência antes de tentar aproveitar suas descobertas para produzir nanotecnologia.

Alguns esforços estão próximos ou já estão dando frutos. Tecidos produzidos com nanotecnologia já estão no mercado: os tecidos à prova d’água são feitos depositando-se bilhões de nanômetros de fibras em algodão natural. Essas novas fibras, chamadas “nano-bigodes”, aumentam a tensão superficial do tecido, de forma que gotas de líquido não podem penetrar. Na Rice University, em Houston, Jennifer West e seus colegas desenvolveram nanocamadas de sílica-ouro que estão agora em testes clínicos como um tratamento contra o câncer. As nanocamadas se ligam a células cancerígenas; Uma vez conectadas, as nanocamadas podem absorver calor infravermelho suficiente, quando expostas à luz laser, para matar as células.

A indústria também está investindo recursos consideráveis ​​na pesquisa em nanociência. Recentemente, o Advanced Energy Consortium (AEC) começou a financiar um projeto para usar nanopartículas para ajudar na recuperação de petróleo e gás. A AEC, formada por empresas como BP America, Conoco Phillips e Halliburton Energy Services, espera tirar proveito do tamanho diminuto das nanopartículas para criar mapas tridimensionais detalhados da estrutura das formações rochosas porosas. Atualmente, as empresas petrolíferas são capazes de extrair apenas cerca de 40% do petróleo ou do gás encontrado nesses reservatórios, mas esperam que, ao penetrarem nessas “esponjas” geológicas com nanopartículas, possam mapear com mais precisão os reservatórios e extrair mais.

Embora esses exemplos mais recentes abranjam têxteis, medicina e extração de petróleo, todos eles dependem da aplicação prática dos princípios científicos em nanoescala comprovados pela primeira vez em um ambiente de laboratório.

Estamos testemunhando uma transição da “nanotecnologia em direção à nanociência” para o atual movimento da nanociência em direção à nanotecnologia, mas a linha entre as duas não é distinta. No futuro, haverá indubitavelmente mais casos em que um fenômeno ou produto que foi desenvolvido fora de uma estrutura de nanociência será descoberto como dependente da nanotecnologia. Mas atualmente, com tanto entusiasmo público e financiamento sendo direcionado para a pesquisa em nanociência, os programas de pesquisa em nanotecnologia irão gravitar em direção à compreensão da ciência em pequena escala antes de se tornar uma aplicação.

Texto escrito por Chi Chan.

Traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisbrudna@gmail.com ) do original ‘From Nanotech to Nanoscience’ com autorização oficial dos detentores dos direitos. Revisado por: Kelly Vargas.

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