La sintesi verde è utilizzata per prevenire la formazione di sottoprodotti indesiderati o pericolosi e realizzata con tecniche di sintesi affidabili, sostenibili ed ecologiche rispettando i 12 principi della Chimica verde formulati da Paul T. Anastas e John C. Warner nel 1991.
In realtà, od oggi, nonostante gli studi compiuti da numerosi gruppi di ricerca in tutto il mondo, non è corretto parlare di sintesi verde e, piuttosto si dovrebbe parlare di sintesi più verde perché tali processi possono ridurre l’impatto negativo sull’ambiente, ma non possono impedire totalmente l’interazione di materiali pericolosi con l’ambiente.
La sintesi verde persegue la fattibilità di processi ad alta efficienza energetica per prevenire la formazione di rifiuti, utilizzare solventi più sicuri e sostanze chimiche rinnovabili e produrre materiali meno pericolosi con bassa tossicità.
Da non trascurare l’utilizzo di catalizzatori intelligenti che, pur accelerando la cinetica della reazione, abbassandone l’energia di attivazione, danno un numero ridotto di prodotti secondari o derivati tali da essere degradati con nullo o limitato impatto ambientale.
La sintesi verde assume una particolare importanza nella chimica organica in cui, nel corso dei processi industriali si utilizzano sostanze chimiche e solventi pericolosi e si ottengono, oltre ai prodotti di reazione un insieme di sottoprodotti che causano gravi danni all’ambiente.
Metodi utilizzati nella sintesi verde
Nell’ottica di ridurre l’inquinamento e l’utilizzo di sostanze tossiche, contribuire a preservare gli ecosistemi, proteggere la biodiversità e migliorare la qualità dell’aria e dell’acqua, la chimica verde si avvale di metodi considerati corrispondenti ai requisiti che non richiedono solventi pericolosi, evitano l’inquinamento e accelerano i processi di sintesi.
Nell’ambito dei metodi fisici vi è la meccanochimica che si avvale della macinazione a sfere per guidare le reazioni tramite l’energia meccanica. L’utilizzo della macinazione a sfere consente un aumento dell’efficienza energetica e, allo stesso tempo, evita reagenti e solventi tossici. Sebbene sia una metodologia scarsamente utilizzata, è usata nella sintesi di polimeri, amminoacidi e peptidi, composti di coordinazione e compositi cellulosa-polimeri.
Un altro metodo fisico sfrutta l’irradiazione con microonde che offre il vantaggio di aumentare la velocità del processo, ottenere prodotti puri e minore possibilità di prodotti secondari. Da un punto di vista energetico presenta una minore perdita di calore, elevata efficienza di riscaldamento e basso costo di esercizio.
La fotocatalisi è un processo in cui si verifica una variazione della velocità di una reazione chimica sotto l’azione di una radiazione ad opportuna lunghezza d’onda e in presenza di catalizzatore. L’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili ha portato allo sviluppo di questo tipo di reazioni come, ad esempio, la sintesi di eterocicli contenenti azoto mediante fotoossidazione di derivati furanici.
La sonochimica tramite la quale avvengono le reazioni in una soluzione irradiata con ultrasuoni è considerata una tecnica di sintesi verde dato che l’irradiazione ultrasonica accelera la velocità di reazione, migliora la catalisi eterogenea e consente condizioni di soluzione più blande.
Nell’ambito della sintesi organica si può attingere ai solventi verdi che derivano prevalentemente fonti vegetali, fonti rinnovabili come biomassa o scarti agricoli.
Applicazioni della sintesi verde
Tramite la sintesi verde sono state applicate tecniche più ecologiche per ottenere sia composti chimici già classici come cemento, ceramiche, adsorbenti, polimeri, bioplastiche e biocompositi, mediante percorsi più sostenibili, sia materiali completamente nuovi. Una vasta gamma di materiali e compositi di dimensioni nanometriche può essere prodotta mediante percorsi più ecologici, comprese le nanoparticelle di metalli, non metalli, i loro ossidi e sali, aerogel o punti quantici.
Tra le specie maggiormente studiate e prodotte vi sono i nanomateriali la cui sintesi viene fatta tramite l’utilizzo di catalizzatori verdi di origine biologica come estratti microbici, estratti di biomassa algale e estratti vegetali. Le piante forniscono la piattaforma migliore per la sintesi di nanoparticelle poiché sono prive di sostanze chimiche tossiche e l’uso di estratti vegetali riduce anche il costo dell’isolamento dei microrganismi e dei terreni di coltura, migliorando la fattibilità competitiva dei costi rispetto alla sintesi di nanoparticelle da parte dei microrganismi
Ad esempio le nanoparticelle di carbonio possono essere sintetizzate in modo ecologico dalla crusca di riso. Esistono diversi studi sulla sintesi verde di nanostrutture di carbonio, con l’aiuto di fonti come miele, latte di cocco, germogli di Murraya Koenigii, fragole, patate dolci e germogli di Millettia pinnata.
Tra le specie chimiche ampiamente studiate e di facile realizzazione tramite la sintesi verde vi sono le nanoparticelle di argento utilizzate per le loro proprietà uniche nella catalisi, nel rilevamento chimico, nel biorilevamento, nella fotonica, nell’elettronica e nei prodotti farmaceutici di origine vegetale in cui si utilizza una soluzione di ioni metallici di argento e un agente biologico riducente.