Las personas están prestando cada vez más atención al impacto ambiental de todo lo que hacen, y las empresas, los gobiernos y los individuos son cada vez más conscientes de la necesidad de sostenibilidad y, posteriormente, esto se refleja en sus acciones. Los químicos no son diferentes y desempeñan un papel clave en el movimiento hacia un futuro sostenible, aplicando su oficio en la búsqueda de soluciones ecológicas innovadoras en una gran variedad de industrias. Sin embargo, los propios químicos producen una gran cantidad de residuos mediante el uso extensivo de disolventes orgánicos, como medio para llevar a cabo reacciones.

Los disolventes orgánicos suelen ser peligrosos tanto para la seguridad como para la salud; a menudo son inflamables y tienen propiedades irritantes de la piel, pero también pueden ser cancerígenos, tener riesgos para la reproducción o pueden ser neurotoxinas. Estas características implican que nunca se deben verter al medio ambiente, sino que se deben recolectar e incinerar, momento en el que contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero. Estos productos químicos también suelen obtenerse de reservas de combustibles fósiles: recursos finitos utilizados para innumerables propósitos en todo el mundo; esto en sí mismo no suena “sostenible”.

La búsqueda de medios sustitutos para llevar a cabo estas reacciones, incluido el uso de CO₂ supercrítico, líquidos iónicos y compuestos orgánicos derivados de biomasa, está avanzando, pero cada uno tiene limitaciones. Otra opción que ha llamado la atención de muchos químicos en los últimos años es en realidad el agua: Considerada el “disolvente de la naturaleza”, el agua es abundante, no tóxica, no inflamable y barata. Las propiedades físicas del agua, y cómo cambian con la temperatura y la presión, permiten muchas más reacciones de las que se esperaba que tuvieran lugar dentro de este disolvente polar. El agua tiene una constante dieléctrica grande y una polaridad alta, lo que conduce al efecto hidrofóbico: La agrupación de moléculas o funcionalidades no polares para reducir el área interfacial polar/no polar. Esto puede concentrar bolsas de reactivos no polares, lo que influye en su velocidad de reacción y en su quimio y regioselectividad. Las reacciones que tienen lugar en condiciones como ésta se denominan “sobre agua”, y el ejemplo mejor documentado es la aceleración de la reacción de Diels-Alder con agua como disolvente.

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El calentamiento y presurización del agua a estados subcríticos o supercríticos proporciona más opciones en el uso del agua como disolvente, aunque plantea preocupaciones de seguridad y requisitos energéticos que pueden limitar la conveniencia y aplicación de estas condiciones. Estos cambios de estado modifican drásticamente las propiedades del agua, al tener una constante dieléctrica baja, una polaridad baja y una mayor disociación. Por lo tanto, el agua supercrítica es un disolvente muy adecuado para compuestos no polares, ya que permite su reacción en toda la mezcla de reacción en masa. Además, la mayor disociación de los iones H+ y OH- proporciona catálisis tanto ácida como básica, sin necesidad de alterar el pH.

Otra opción prometedora para la reacción que utiliza agua como disolvente es el uso de tensioactivos para proporcionar una mejor interacción entre las moléculas polares y no polares en reacciones “en agua”. 

Las cantidades limitadas de tensioactivos de diseño necesarias tienen el beneficio descrito anteriormente de “concentraciones de sustrato locales más altas y, por lo tanto, velocidades de reacción más rápidas” que a menudo también reducen las cargas de catalizador y la energía requerida para las reacciones. En realidad, a menudo se requieren condiciones relativamente suaves por la necesidad de evitar que los tensioactivos alcancen su punto de enturbiamiento, donde cambian las propiedades de las soluciones de tensioactivos. Además, el tratamiento requerido para el aislamiento y la purificación de los productos de reacción se puede simplificar en gran medida utilizando condiciones de reacción en agua, incluyendo el tratamiento “en matraz” la extracción del producto de la mezcla de reacción acuosa utilizando una única cantidad mínima. de un disolvente orgánico reciclable, o simplemente decantando o filtrando para obtener el producto sólido”. Otros beneficios de las condiciones de reacción en agua incluyen la capacidad de realizar pasos de reacción secuenciales en un recipiente sin procesamiento y, en particular, fusionar reacciones secuenciales mediante quimiocatálisis y biocatálisis (utilizando enzimas que pueden desactivarse con disolventes orgánicos)⁽⁷⁾.

El agua parece ser inmensamente prometedora como disolvente ecológico para la industria química y el medio ambiente. Es inevitable que se realicen cambios en las prácticas químicas actuales, ya sea debido a la reducción del suministro o al abastecimiento más difícil de solventes orgánicos o por razones económicas y ambientales. Dar prioridad al desarrollo de tecnologías basadas en el agua traería importantes beneficios.

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