13
Sürdürülebilir kalkınma ve "ye¸ sil kimya" ONLINE http://www.oc-praktikum.de Sürekli olarak artan bir nüfus ve sınırlı kaynaklarla bir dünyada sürdürülebilir bir kalkınma fikri dü¸ süncesi gelecek için 21inci yüzyıldaki en büyük dü¸ süncelerden biridir. Yalnızca ara¸ stırma ve yenilik ekonmik ve toplumsal ba˘ gların ve sürdürülebilirli˘ gin gerekliliklerini kar¸ sılayan süreçlerin geli¸ simine izin verir.Gelecek ,yeni yakla¸ sımların ve bilinmeyenlerin ke¸ sfinin ek- lenmesiyle birlikte ileri görü¸ slülükle, yaratıcılıkla, hayal gücüyle tasarlanmalıdır. Bilimde ve teknolojideki sürdürülebilirlik ,biz bir sorun nasıl çözülür veya bilimi teknolo- jiye nasıl dönü¸ stürürüz diye dü¸ sünmeye ba¸ sladı˘ gımız zaman ba¸ slar .Madde bilmi ve onun dönü¸ sümü olarak kimya merkezi bir görev alır ve fizik,madde bilimleri ve hayat bilimleri arasında bir köprüdür. Yalnızca dikkatli bir mükemmelle¸ stirmeden sonra en yüksek ver- imlili˘ ge ula¸ smı¸ s kimyasal süreçler daha sürdürülebilir ürünlere ve üretime yönlendirir. Bu tür süreçleri bulan, geli¸ stiren, ve mükemmelle¸ stiren bilim adamları ve mühendisler bu yüz- den anahtar görev alırlar. Onların farkındalı˘ gı,yaratıcılı˘ gı ve ileriye bakmaları tepkimeleri ve kimyasal süreçleri en iyi verime ula¸ stırmak için önemlidir. "Ye¸ sil kimya" deyimi bu amaç do˘ grultusundaki çabalar için basıldı. Green Chemistry Mission: Tasarımda, üretimde ve kimyasal ürünlerin kullanımındaki tehlikeli mad- deleri dü¸ süren yenilikçi kimya teknolojilerinin geli¸ stirilmesi için. 1 Artalan Kimyadaki e ˘ gitim uzun bir tarihe sahiptir. Uzun zamandır bir kimyacının en önemli amacı uy- gun miktarlarda ve eldeki mevcut ba¸ slangıç maddelerinden yüksek saflıkta madde yapmaktı. 1

Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

  • Upload
    others

  • View
    8

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

Sürdürülebilir kalkınma ve "yesilkimya"

ONLINE

http://www.oc-praktikum.de

Sürekli olarak artan bir nüfus ve sınırlı kaynaklarla bir dünyada sürdürülebilir bir kalkınmafikri düsüncesi gelecek için 21inci yüzyıldaki en büyük düsüncelerden biridir. Yalnızca arastırmave yenilik ekonmik ve toplumsal bagların ve sürdürülebilirligin gerekliliklerini karsılayansüreçlerin gelisimine izin verir.Gelecek ,yeni yaklasımların ve bilinmeyenlerin kesfinin ek-lenmesiyle birlikte ileri görüslülükle, yaratıcılıkla, hayal gücüyle tasarlanmalıdır.

Bilimde ve teknolojideki sürdürülebilirlik ,biz bir sorun nasıl çözülür veya bilimi teknolo-jiye nasıl dönüstürürüz diye düsünmeye basladıgımız zaman baslar .Madde bilmi ve onundönüsümü olarak kimya merkezi bir görev alır ve fizik,madde bilimleri ve hayat bilimleriarasında bir köprüdür. Yalnızca dikkatli bir mükemmellestirmeden sonra en yüksek ver-imlilige ulasmıs kimyasal süreçler daha sürdürülebilir ürünlere ve üretime yönlendirir. Butür süreçleri bulan, gelistiren, ve mükemmellestiren bilim adamları ve mühendisler bu yüz-den anahtar görev alırlar. Onların farkındalıgı,yaratıcılıgı ve ileriye bakmaları tepkimeleri vekimyasal süreçleri en iyi verime ulastırmak için önemlidir. "Yesil kimya" deyimi bu amaçdogrultusundaki çabalar için basıldı.

Green Chemistry Mission:

Tasarımda, üretimde ve kimyasal ürünlerin kullanımındaki tehlikeli mad-deleri düsüren yenilikçi kimya teknolojilerinin gelistirilmesi için.

1 ArtalanKimyadaki egitim uzun bir tarihe sahiptir. Uzun zamandır bir kimyacının en önemli amacı uy-gun miktarlarda ve eldeki mevcut baslangıç maddelerinden yüksek saflıkta madde yapmaktı.

1

Page 2: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

Bu ????biased???? kimyasal egitim , uygulanabilir laboratuvar beceri ve yöntemleri üzerinemadde saflıgı için güçlü bir odak vardır.Bir tepkime için ne kadar enerji gerektigi ve ne kadaratık üretildigi soruları yalnızca endüstriyel süreçler için açıga çıkmıstır. Organik üretimdeçalısan kimyacılar için amaç halen iyi verimde ve yüksek saflıkta madde yapmak olsa da, yenisüreçlerin gelismesinde ek degiskenler bugün düsünülmelidir. Son yirmi yıldaki kimyasalüretimin etkisi ve çevredeki kimyasal maddelere daha fazla dikkat edilmesi bizi açık bir konuhakkında düsündürüyor:Bu baslangıçtan itibaren sürdürülebilir süreçler ve maddeler gelistir-ilmesi, kötü kimyasal süreçleri degistirmekten ya da tehlike ve kirlenme olasılıgını düsürmekiçin tehlikeli maddeyi ortamdan çıkarmaktan daha iyi, daha az zor ve daha az pahalıdır.

Bunu yapmak için, ilaç gelistirmede ya da yeni maddeler olusturmada çalısan kimyacılar,biyokimyacılar, mühendisler, bilimadamları düsüncelerini ürüne ya da sürece dönüstürdügüzaman sürdürülebilir sekilde düsünmelidirler.Bu, tepkime düzeneginden ve deneysel yöntem-lerden daha fazla ögreten degisik bir kimyasal egitimi dogurmaktadır.Ögrenciler kimyasaldönüsümün sürekliligini ya da bir birçok degisken dizeynin içinde kimyasal maddelerin kul-lanımını sorgulamalıdır. Bu yalnızca hesaplanılan tepkime verimi degildir. Hangi baslangıçmaddeleri gereklidir? Bunlar yenilenebilir kaynaklardan yapılabilir mi? Zehirli yan ürün-ler elde edebilir miyiz? ve bunlar nasıl önlenebilir? Bu süreç yoluyla ne kadar atık üretilirve bu sürecin enerji verimliligi var mı? Kimyasal arastırmanın ve teknoloji gelismelerininbaslangıcında bu soruları sormak, daha verimli ve kimyanın sürdürülebilir bir sekilde kul-lanımına yönlendirecektir. Ögretici deney derslerinde sorulan bu sorular ögrencilerin kimyasaltepkimelere bakıs açısını degistirecek ve onları mesleki görevleri için çok daha iyi hazırlaya-caktır.

Hayret verici olmayacak sekilde deney derslerinde düsünülen birçok geleneksel yöntemyeni bir bakıs açısı ve yen bir düsünce gerektirir. Iyi bilinen, organik maddelerin halojenmiktarının belirlenmesine izin veren Beilstein denemesi, (Figure 1), güzel bir örnektir. Budenemeyi gerçeklestirmek için temiz bakır bir tel ölçülecek maddenin içine ya da çözeltisininiçine daldırılır.Kaplanan tel sonradan alev içine yerlestirilir ve yesil ya da mavi-yesil renkhalojen miktarının isaretini verir.Son zamanlarda yan ürünlerin çözümleyici talimatları ayrın-tılı bir sekilde incelendi. Incelemeler gösterdi ki Beilstein denemesi birçok sınıfta hatırı sayılırmiktarda diyoksin üretmistir.Diyoksinler yeryüzünde bildigimiz en zehirli maddeler sınıfınaaittir. Sonuç olarak, Beilstein denemesi gerçeklestirilirken deney yapanı denemenin ürünleri-den korumak ya da –hatta daha iyi bir sekilde– denemeyi günümüz çözümsel yöntemlerininyardımıyla yenilemek için önlemler alınmalıdır [1].

2 Iyi ve kötü tepkimelerElbette, genelde bir tepkimeyi iyi ya da kötü diye adlandıramayız. Bu her zaman birçokdegiskene baglıdır. Örnegin: bizim üzerinde deneyecegimiz ölçek, ürünün gerekli saflıgı yada baslangıç maddesinin elde edilebilirligi. Fakat, bir kimyasal dönüsümün genel verimlil-igini yargılayabilmek için ,elde edilen kimyasal verime ek olarak, atom korunumu kavramınıkullanırız(cf. Figure 2). Bu kavram Trost [2] tarafından ortaya atılmıstır. Bir tepkimenin atomkorunumunu ölçmek için sitokiyometrik denklemlere dayanarak tüm baslangıç maddeleri veürünlerin kütlelerini toplarız ve bunu istenilen üründe bulunan tüm atomların kütleleri ile

2

Page 3: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

Figure 1: Geleneksel Beilstein denemeleri

3

Page 4: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

100 %

0 %

Atom economy

Type of reaction:

isomerization, rearrangementor addition

catalytic reactionsuse of stoichiometric reagents

substitution, elimination

no reaction, wrong reaction

Figure 2: Atom korunumlarına göre organik tepkimelerin sınıflandırılması

karsılastırırız. Istenmeyen yan ürünlerin atomları ve tepkime yan ürünleri atık olarak sayılır.Bu yöntem tepkimenin verimliliginin genel bir ölçümünü verir.Bu kavram ,örnegin, sitokiy-ometrik miktarlarda istenmeyen ürün olusturan eklenme ya da yer degistirme tepkimelerindendaha iyi atom korunumu gösteren bir sonuca dogru yönlendirir.

Atom korunumu yalnızca tepkimeye odaklanırken, diger ölçümler , örnegin çevresel kabuledilebilirgin [3] Sheldon E çarpanı(Figure 3)ya da tepkime degerlendirme için henüz hazırlan-mıs bilgisayar tutanakları assessment [4] çözücüleri, enerji tüketimini ve kimyasal maddelerinzehirliligini göz önüne alır. Eger kurulmus kimyasal üretim süreçleri bu yöntemlerle ince-lenirse,ansızın olamamakla, çevresel kabul edilebilirlik ve üretim ölçegi arasında bir iliskifark edilir.

Bazı durumlarda düsük atom korunumuna sahip en çok göze çarpan önemli bir organik tep-kime Wittig olefinlesmesidir (Figure 4). Karbonil gurubun metilen guruba fosfonyum tuzuile dönüsmünde (molekül agırlıgı: 357 g/mol) yalnızca 14 g/mol molekül agırlıgında bir CH2

gurubu üründe sonuçlanır. Kaçınılmaz yan ürün olan 278 g/mol agırlıgındaki molekül tirife-nilfosfin oksit, HBr’nin bir esdegeri ve bazı atık kutusuna gider.

Bu Witting tepkimeleri kötü bir tepkimedir anlamına gelmez. Bu tepkime,seçici olarak kar-bonil bilesimlerinden çifte baglar yaratmak için organik üretimde en degerli ve güçlü araçlar-dan birisidir. Fakat, büyük bir ölçekte kullanılırsa, bir kisi fosfin oksitin geri dönüsümünüdüsünmeli (sanayide yapılan) ya da yeni bir talimat gelistimelidir. (örnegin alken metatesis).

3 Sherlock Holmes için bir olaySimdi organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-ruplarının asetallara dönüsümü lab sınıflarının birçogunun gündeminde bulunmaktadır. Ko-ruma talimatları organik kimyada genel önemlerden biridir,bu karbonil guruplarının etkin-

4

Page 5: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

Environmental acceptability (E)

E = Kg waste + unwanted byproducts

Kg desired product(s)

Oil refining

commoditychemicals

special chemicals

drugs

106 - 108

104 - 106

102 - 104

101 - 104

Volume of productionin tons per Year

0.1

< 1.5

5 - 50

25 - >100

E value

More optim

ized processes

Higher com

plexity of synthesis

Figure 3: Definition of Sheldons environmental acceptability E and E values of industrial chemicalprocesses

CH3Ph3P+ Br- base

CH2Ph3P R H

O

R H

CH2+ Ph3P=O

Figure 4: The Wittig olefination as an example for poor atom economy

5

Page 6: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

OH

NO2

+

4-toluene sulfonicacid

+ OH2

OO

NO2

HO

HO

C7H5NO3 C2H6O2 C7H8O3S . H2O C9H9NO4 (151.1) (62.1) (190.2) (195.2)

80 - 90 %

A

OO

CH3 OEt

OH

OHO

CH3O O

OEt

C6H10O3 (130.1)

C2H6O2 (62.1)

C8H14O4 (174.2)

cyclohexaneH2O+ +

H+

B

55 - 65 %

Figure 5: Organik ögretici laboratuvarından geleneksel iki tepkime...

ligini iyi bir sekilde görsellemektedir ve cihazların kullanımını sunmaktadır, Dean Stark ka-panı, kimyasal dengeyi degistirerek suyu tepkime ortamından çıkarmak örnek olarak gös-terilebilir. Sekilde gösterilen iki tepkime 5 uygulanabilir laboratuvar dersleri için birçok elkitabında bulunmaktadır.Iki tepkime atom korunumu konusunda iyidirler: yalnızca suyun biresdegeri üretilir.Suyun ayrılma yöntemi,katalizör seçimi ve gelistirme talimatları güçlü birsekilde genel verimlilgi etkileyebilir.Fakat iki tepkime arasında daha çarpıcı bir fark vardır : Atepkimesi yürütücünün deneysel becerilerine baglı olarak % 80’den % 90 ’a kadar yalıtılmıskimyasal verimi verirken, B tepkimesi yalnızca % 55’den % 65 içinde vermektedir.Dünyaçevresinde incelenilen bu deneylerden bahseden tüm ders kitaplarında B tepkimesinin ver-imi A tepkimesiyle karsılastırlıdıgında belirgin ölçüde düsüktür. Bu yüzden bu farklılık içinkimyasal bir sebep olmalıdır.

Ilginç bir sekilde örnegin, NMR(Nükleer manyetik rezonans ya da Gaz kıromatografi gibiyöntemleriyle ham A ve B tepkime ürünlerinin incelenmesi açıkça iki durumda temiz bir tep-kime gösterir. Yalnızca istenilen ürün ve baslangıç maddesinin tepkimeye girmeyen küçük birkısmı saptanabilir. B tepkimesinde bazı maddeler basitçe kaybolur. Bir belirleyici gibi tep-kime gidis yollarını, istenmeyen çıkısları arastırabiliriz ve gerçekten tepkimeden çıkan CO2’yihapsetmek ve sulu tepkime ortamında asetonu (Figure 6) belirlemek mümkündür. Simdi budurum daha açık hale geldi. Baslangıç maddemizin siddetli yan tepkimesine iyi ipuçları vardır.Organik tepkime düzenegi üzerinde kendi bilgi birikimimizi kullanarak istenmeyen tepkimeyolları kolayca kesfedilebilir.ß-keto ester,bir ß-keto karboksilik asit vermek için asidik tep-kime ortamı altında hidroliz olur.Bu maddelerin , eger ısıtılıtsa, CO2’ye parçalanması bilinir.Bizim tepkimemizde bu CO2 ve asetona götürür. Asetallesme ile yarısan bu tepkime sırasıbaslangıç maddesinin yaklasık olarak yarısı tüketilir, sonuç olarak istenilen ürünün düsen ver-imi belli olur. Sorunu belirleyip anladıktan sonra nasıl daha iyi yapılabilecegi ve tepkimeyidaha verimli bir sürece dönüstürmeyi düsünmeye baslayabiliriz.Diger katalizör, degisik tep-kime ortamları ya da diger çözücüler denemek için ilk seyler olabilir.

6

Page 7: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

O

H3C

O

OEt H+, H2OOH

O

H3C

O+ OH

CH3H3C

O+ CO2

Figure 6: ... but B has a competing reaction pathway leading to "invisible" byproducts.

4 Enerji sorunları!Simdi A tepkimesine geri dönelim. Bu sürecin kimyası istenilen ürünü yüksek verim vesaflıkta vererek iyi çalısmaktadır.Fakat, deneysel olarak tepkimenin nasıl baslatılacagı konusundabirçok yol bulunmaktadır.Eger tepkime kabını yag banyosuyla ısıtırsak, eger ısıtıcı örtü kul-lanırsak ya da mikrodalga fırın kullanırsak tepkimede herhangi bir degisiklik yaratır mı?,Kesinlikle yaratır! Tüm durumlarda üretilen ürünlerin aynı olmasını beklememize ragmen,birim madde basına düsen enerji tüketimi belirgin farklılık gösterir. Sekil 7 üç deneysel ku-rulum ve tepkime için ölçülen enerji tüketimini ve tüm üç deney için isleyisi göstermektedir.Mikrodalga fırın açıkara yarısı kazanmıstır.

Fakat, tepkimenin enerji ihtiyacını tanımlayan ve genellikle ilk bakısta algılanamayan digerdegiskenler mevcuttur. Birçok organik çözücü A tepkimesinde aynı ürünü vermek için ku-lanılabilir fakat onların ısı sıgaları enerji ihtiyacına katkıda bulunur.Bundan dolayı, eger tep-kime büyük ölçekte gerçeklestirilecekse, bu göz önüne alınması gereken bir degisken olabilir.

Enerji kayıpları kızılötesi resimler yoluyla saptanabilinir. Sekil 8 A tepkimesinin yag banyosuve ısıtıcı örtü ile deneysel olarak kurulumunu göstermektedir. Bu sekil, bu kurulumlardaısıtma için mikrodalgaya oranla neden çok daha fazla enerjiye ihtiyaç duyuldugunu açıkla-maktadır.Aygıtın yalıtımlı kısımları enerji kaybını düsürebilir ve basarı kızılötesi resimler veenerji sogurulmasındaki degisiklikten anlasılabilir.

Laboratuvar deneyleri için enerji tüketimindeki farklılıklar kesin sayıları içinde önemsizdir.Bu yüzden, bu gibi deneylerin amacı lab derslerinde enerji ihtiyacının düsürülmesi degil fakatbilim ve mühendislikte çalısan herkesin büyük ölçekte gerçekten farklılık yaratacak bu konu-ların farkında olmasını saglamaktır.

5 Söyle bana : Tehlikeli misin?Kimyasallarla çalısmak her zaman insanlar ve çevre için olası bir tehlike gerektirir. Bu yüz-den, uzman yasamında her zaman kimyasallarla çalısan herkes tehlikeli maddeleri güvenli birsekilde kullanabilmeli, zehirlilik konusundaki bilgilere erisebilmeli ve tepkimenin çıkarım-larını(çıkan sonuçlarını) ya da çevre için maddeyi bu bilgilerden yararlanarak degerlendire-bilmelidir.Zehirlilik bilgilerini kullanmak, anlamak ve yorumlamak kimyasal egitimin esaslıbir bölümü olmalıdır. Tekrardan organik kimya kitaplarının çok özgün bir örnegi olan ve

7

Page 8: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

Figure 7: Three ways to get the reaction done, but different energy bills to pay!

8

Page 9: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

Figure 8: Kızılötesi resimler enerji yayımını görünür kılar

sık sık lab derslerinde yinelenen takip eden tepkime betimleyici bir örnektir.Toluen’in nitrat-lanması degisik miktarlarda birçok tepkime ürünü verir. Ham ürün karısımının dikkatli in-celenmesi elektrofilik aromatik yer degistirme kurallarının seçiciliginden beklenen orto- vepara- yer degistirme ürünlerinin yanında önemli miktarlardaki diger ürünlerin olusumunuaçıga çıkarır.Onların göreceli miktarları tepkime kosullarına göre degisir fakat tek bir yerdegistirme ürünü veren tepkime yapabilmek zordur.Alısılagelmis gelistirme usülleri tek birürünün ayrılmasını ve saflastırılmasına izin verir. Fakat, bir tepkimenin olası tehlikelerinidegerlendirmemizde beklenilen ve istenmeyen tüm tepkime ürünlerini göz önüne almamızgerekmektedir çünkü hepsi üretilmektedir ve insanlar bunlara maruz kalmaktadır.

Kimyasal maddelerin insan ve çevre üzerindeki ayrıntılı etkilerinin ölçümü zordur. Sid-detli ve süreklilik gösteren zehirlilik verilerinden elde edilen bir etki çarpanı örneklemesi,zehirlilik verilerinden bazıları belirlenmese bile bize kimyasalların ve karısımların karsılastır-malı degerlendirmesini yapmamızı saglamaktadır. Çalısma alanlarında resmi olarak kimyasal-ların göreceli tehlikesinin degerlendirmesinde kullanılan TRGS 440 [5] örneklemesini kul-lanırız. Bunun yanında, bir maddenin çevrede ne kadar kolay bir sekilde dagıldıgını, ne kadarsüre bozunmaya karsı direndigini ve örnegin sudaki yasamı ne kadar güçlü bir sekilde etk-iledigini de düsünerek degerlendirmemizi genisletiriz. Sekil 9, içinde kullanılan ve tehlikelimaddelerin kolay belirlemmesine izin veren renk sifreli etki çarpanlarıyla birlikte incelenilentepkime yoluyla üretilen maddeleri göstermektedir.Herhangi bir tür tepkime için temel alı-nan bu gibi degerlendirmedeki veriler tasarılarımızın web sayfasında destekleyici bilgi olaraksunulmaktadır. Fakat, tüm maddeler için veriler elde mevcut degildir ve yeni maddeler de-nenmemistir. Bu durumlar için tehlikeli özellik isareti veren yapısal elementleri aramamız

9

Page 10: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

Figure 9: Nitration of toluene with compound effect factors encoded by colors

10

Page 11: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

EN

VIR

ON

ME

NT E

NV

IRO

NM

EN

T

prec

edin

g pr

oces

ses

subsequent processesreaction

working up

holistic consideration level

syntheses level

reaction level

Figure 10: Tepkimenin çevre üzerindeki etkilerinin degerlendirilmesi

gerekmektedir.Örneklerde, bu tür yapısal- zehirlilik iliskisi saglanır ve tartısılır.Organik kimyaögretici lab derslerini alan herkes bu maddelerle bir tepkimenin olası kimyasal tehlikesini tah-min edebilecektir.

Ögretici lab derslerinde biz genellikle küçük miktarda kimyasal ve atık içeren yolla tak-lit etsekte ,kimyasal tepkimenin çevre üzerindeki etkileri labın kapısında sona ermez. Bakısaçısını genisletmek için (Sekil 10) zaman zaman yeni bakıs açıları sunar ve ilginç konularögretir. Alıstırma tepkimenin kendisi ile baslar. Daha sonra, adım adım düsünülmesi amacıylakapsamı genisletiriz.Baslangıç maddemiz nasıl yapılır? Asıllarını yenilenebilir kaynaklardainceleyebilir miyiz?

Atıklarımıza ne olur ? Tepkimeler için enerji ihtiyacını nereden saglayabiliriz ve bu enerjinasıl üretilir? Tepkime düzeneklerini üretmek için ne gerekliydi? Sonuç olarak tepkimemizinçevre ile nasıl etkilesim halinde oldugu hakkında bir bütün görüntü ile sonlandıracagız. Çogudurumda tüm degiskenleri kesin sonuçlarla belirlemek zor olacaktır fakat kaba tahminler dahigelisme ve birliktelik için sorunları ve fırsatları tanımlamamıza izin verir.

6 Dogadan birkaç yardımEnzim kullanarak yapılan dönüsümler günümüz organik kimya birikimlerinin ispatlanmıs birparçasıdır. (e.g. Figure 11) Bu dönüsümler yüksek seçicilikleri ile etki yaratmaktadır ve artanticari olarak elde edilebilirlikleri ile elverisli uygulamaları kolaylastırmaktadırlar. Bu yüzden,dogal yollarla yapılan bu tür dönüsümler her organik kimya lab dersinin bir parçası olmalıdırve bizler kendi veri merkezimizdeki deneyler için birçok güvenilir tutanak saglayabiliriz. Ilk

11

Page 12: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

O

O

O OHO

OYeast

C8H12O3

(156,18)

C8H14O3

(158,20)

33 to 59 %according to scale

Figure 11: Biotransformation for the teaching lab: dynamic enantio-selective reduction of a ß-ketoester

bakısta bu dogal yollarla yapılan dönüsümler mükemmel bir sekilde süreklilik gösteriyor gibigörünebilir fakat oldukça sıkça bvu yanlıstır. Kısmen, daha büyük üretim miktarları içinsulu tepkime ortamından ilerletmek çok yüksek enerji masrafı yaratabilir. Bazı enzimler busorunu çözmek için organic çözücüler içinde de kullanılabilirler fakat kapsam ve seçiciliksınırlandırılabilir. Bir tepkimenin seçiciligi önemli bir degiskendir fakat kimyasal dönüsüm-lerde en yüksek verimlilige ulasmak için diger degiskenlerle dengeli olmalıdır.Bu dogal yol-larla yapılan dönüsümler için de düsünülmelidir. Günümüz organik üretimin enzim yolulayapılan tepkimlerle katalizör kullanılarak yapılan süreçlerin karsılastırlması arastırmada yük-sek süreklilikteki süreçler için her zaman denemeye degerdir.

7 Daha fazla bilgiKimya egitimindeki tüm konuların sürekliliginin daha iyi anlasılmasına izin vermek için bizimteam yaklaısık olarak 100 laboratuvar deneyi içeren veri merkezi gelistirmistir.Ayrıntılı deneytutanakları, güvenlik yönergeleri ve çözümleyici verilerin yanında sürekliligin degisik bakısaçılarına hitap etmesi kosuluyla birçok degisik ilave kaynak saglanmaktadır.Kaynak kisiselolarak herhangi bir tür organik kimya ögreten lab dersine ya da derslik içi ve dısındaki uygu-lamalar için kullanılanlarına uygulanabilir.Tüm kaynaklar available sanal ortamda ücretsizolarak bulunmaktadır. Yedi Alman üniversitesince yürütülen bu uygulama the Deutsche Bun-desstiftung Umwelt (Alman Çevre Vakfı) tarafından desteklenmektedir. Bu destek minnettar-lıkla karsılanmıstır.

References[1] B. M. Scholz-Boettcher, M. Bahadir, and H. Hopf. Angew. Chem., 104:477–479, Angew.

Chem., Int. Ed. Engl., 31, 443–444, 1992.

[2] B. M Trost. Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 34:259 – 281, 1995.

[3] R. Sheldon. Chemtech, 24(3):38 – 47, 1994.

12

Page 13: Sürdürülebilir kalkınma ve yesil¸ kimya - oc-praktikum.de · Simdi¸ organik kimya ögrenme labından gerçek durum örneklerine dönelim. Karbonil gu-˘ Karbonil gu-˘ ruplarının

NOP http://www.oc-praktikum.de

[4] M. Eissen and J. O. Metzger. Environmental performance metrics for daily use in syntheticchemistry. Chem. Eur. J., 8(16):3580 – 3585, 2002.

[5] F. Kalberlah and H. Wriedt. Bewertung und Fortentwicklung der Regelsetzung: Anwend-barkeit der TRGS 440. Schriftenreihe der BAuA.

update April 1, 2008

13