H Οργανική Χημεία, όπως και άλλες κατευθύνσεις στη Χημεία, αλλά και γενικά οι Θετικές Επιστήμες, τα τελευταία χρόνια έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους σε νέες δραστικότητες και αντιδράσεις που είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον και υπηρετούν τις αρχές της Πράσινης Χημείας και της Αειφόρου Ανάπτυξης.
Η Οργανική Σύνθεση έχει σκοπό την παρασκευή χημικών ενώσεων και αποτελεί θεμελιώδες εργαλείο για την βιομηχανία, αφού μπορεί να παράξει αγαθά όπως δομικά υλικά, προσθετά τροφίμων, φάρμακα κ.α, τα οποία καταναλώνουμε και χρησιμοποιούμε καθημερινά. Για την σύνθεση χημικών ενώσεων βιομηχανικού ενδιαφέροντος απαιτούνται πρώτες ύλες οι οποίες συνήθως βρίσκονται σε αφθονία στη φύση. Οι πρώτες ύλες διαλύονται και μέσω των χημικών αντιδράσεων παράγουν τα επιθυμητά προϊόντα. Οι χημικές αντιδράσεις απαιτούν ενεργεία και παραδοσιακά οι περισσότερες πραγματοποιούνται υπό θέρμανση, κάτι που σε μεγάλες βιομηχανικές κλίμακες προκαλεί έμμεσα εκπομπή μεγάλων ποσοτήτων αερίων του θερμοκηπίου και άλλων περιβαλλοντικών ρύπων, που έχουν ως συνέπεια την ρύπανση του περιβάλλοντος. Η χρήση φωτός και κυρίως της ηλιακής ακτινοβολίας ως πηγή ενέργειας μπορεί να δώσει τη λύση στο πρόβλημα.
Παρόλο που η χρήση φωτός στις χημικές αντιδράσεις ξεκίνησε να εμφανίζεται στις αρχές του 20ου αιώνα, τα τελευταία χρόνια άρχισε η αναβίωση της, καθώς αποτελεί έναν έξυπνο τρόπο δημιουργίας οργανικών ενδιαμέσων υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Η ταυτοποίηση και η μελέτη των ενδιαμέσων αυτών αποτελούν το κλειδί για τους χημικούς ώστε να πραγματοποιηθεί περεταίρω η εξερεύνηση νέων χημικών μετασχηματισμών και η ανάπτυξη καινοτόμων πρωτοκόλλων. Από το 2008 πολλοί οργανικοί χημικοί ανά τον κόσμο έστρεψαν το ενδιαφέρον τους σε χημικούς μετασχηματισμούς, όπου χρησιμοποιείται το φως ως πηγή ενέργειας, στον κλάδο που ονομάζεται Φωτοχημεία. Στη Φωτοχημεία, εκτός από την πηγή φωτός και τις πρώτες ύλες, απαραίτητη είναι και η χρήση ενός ή περισσότερων αντιδραστηρίων τα οποία είναι ικανά απορροφήσουν την ενέργεια από την ακτινοβολία και να την μεταφέρουν στις πρώτες ύλες με σκοπό να επιτευχθεί ο επιθυμητός μετασχηματισμός. Τα αντιδραστήρια αυτά ονομάζονται φωτοκαταλύτες.
Οι φωτοκαταλύτες χρησιμοποιούνται σε μικρό ποσοστό στο μίγμα των χημικών αντιδράσεων και αναμιγνύονται με τις πρώτες ύλες και το διαλύτη. Ωστόσο, η παρουσία τους είναι απαραίτητη για το σχηματισμό των επιθυμητών προϊόντων. Συνήθως, ως φωτοκαταλύτης χρησιμοποιείται ένα σύμπλοκο μετάλλου και αυτές οι αντιδράσεις αποτελούν ένα πολύτιμο εργαλείο για την Οργανική Σύνθεση. Ωστόσο, μειονεκτούν στο γεγονός ότι αρκετά από τα σύμπλοκα των μετάλλων έχουν υψηλό κόστος, είναι τοξικά και συνήθως απαιτούνται αδρανείς συνθήκες για να πραγματοποιηθεί η αντίδραση. Επιπλέον, τα περιβαλλοντικά θέματα αποτελούν ένα μείζον πρόβλημα στη χρήση των μετάλλων, καθώς απαιτείται και η εξόρυξη τους.
Ένας νέος τομέας, ο οποίος κερδίζει συνεχώς έδαφος έναντι της Φωτοκατάλυσης με μέταλλα, είναι η Φωτοκατάλυση με μικρά οργανικά μόρια ή αλλιώς Φωτοοργανοκατάλυση. Στη Φωτοοργανοκατάλυση γίνεται χρήση μικρών οργανικών μορίων ως φωτοκαταλυτών και υπό την επίδραση φωτός (συνήθως από οικιακούς λαμπτήρες, λαμπτήρες LED ή την ηλιακή ακτινοβολία) επιτυγχάνεται η επιτάχυνση οργανικών μετασχηματισμών. Τα μικρά οργανικά μόρια τα οποία χρησιμοποιούνται είναι ευκολά προσβάσιμα, αφού υπάρχουν σε ποικίλες φυσικές πηγές. Όλες οι χημικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στην Φωτοοργανοκατάλυση έχουν ως βασική αρχή τους την αποφυγή ή την αντικατάσταση κοστοβόρων ή τοξικών μεταλλικών καταλυτών και τη μείωση ενεργειακών πόρων που απαιτούνται. Επιπλέον, αξιοποιούν πάντα τις αρχές της οικονομίας ατόμων, αφού οι οργανικοί φωτοκαταλύτες είναι όλοι μικρού μοριακού βάρους, σε αντίθεση με καταλύτες που χρησιμοποιούνται σε άλλα πεδία της κατάλυσης, όπως η ενζυμική κατάλυση. Με αυτόν τον τρόπο έχουμε μειωμένη παραγωγή παραπροϊόντων και χρήση μικρότερης ποσότητας αντιδραστηρίων για να ληφθεί το επιθυμητό προϊόν σε υψηλότερες αποδόσεις. Τέλος, με την εφαρμογή της κυκλικής οικονομίας στα νέα πρωτόκολλα, αναπτύσσονται οικολογικές μεθοδολογίες με σκοπό να αντικαταστήσουν παλιές ρυπογόνες τεχνικές. Οι μέθοδοι αυτές καθίστανται οικονομικές και άκρως φιλικές προς το περιβάλλον. Τα πρωτόκολλα μέχρι στιγμής βρίσκουν άριστη εφαρμογή σε μια μεγάλη ποικιλία φωτοχημικών αντιδράσεων. Μέσα από τις μεθοδολογίες αναπτύσσονται καινοτόμα πρωτόκολλα για τη σύνθεση προϊόντων υψηλής βιομηχανικής και προστιθέμενης αξίας, αλλά και φαρμακευτικών ουσιών. Ενδεικτικά το Moclobemide, ένα αντικαταθλιπτικό φάρμακο και το Vorinostat ένα αντικαρκινικό φάρμακο συντέθηκαν με αυτές τις οικολογικές μεθοδολογίες.
Πέραν από την χρήση της φωτοοργανοκατάλυσης για την ανάπτυξη οικολογικότερων τεχνικών από την χημική βιομηχανία, οι αρχές της Πράσινης Χημείας αποτελούν απαραίτητο συστατικό για την Αειφόρο Ανάπτυξη. Τα χημικά προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται ώστε να διατηρούν την αποτελεσματικότητά τους, ενώ παράλληλα να μειώνουν την τοξικότητα. Μετά το τέλος της λειτουργίας τους πρέπει να μην παραμένουν στο περιβάλλον και να μην διασπώνται σε επιβλαβή προϊόντα. Οι χημικές αντιδράσεις πρέπει να διεξάγονται σε θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος. Οι χημικές ουσίες και μορφές τους σε μια χημική διεργασία πρέπει να επιλέγονται ώστε να ελαχιστοποιούνται οι δυνητικοί κίνδυνοι για χημικά ατυχήματα, όπως πυρκαγιές και εκρήξεις. Φυσικά το σημαντικότερο όμως όλων είναι η ασφάλεια των εργαζομένων στις βιομηχανίες και η ελάττωση της έκθεσης τους σε επικίνδυνα χημικά. Επίσης, η χρήση βοηθητικών ουσιών όπως οι διαλύτες πρέπει να αποφεύγονται όπου αυτό είναι εφικτό και να είναι αβλαβείς όταν χρησιμοποιούνται. Οι διαλύτες αποτελούν ακόμα και σήμερα σημαντικό ρυπογόνο παράγοντα και η χρήση των πράσινων διαλυτών έρχεται να αντικαταστήσει επικίνδυνους και τοξικούς διαλύτες που χρησιμοποιούνταν από την βιομηχανία στο παρελθόν. Εν κατακλείδι, η Αειφόρος Ανάπτυξη αφορά κάθε άνθρωπο που ονειρεύεται ένα βιώσιμο μέλλον για τις νέες γενιές. Η ορθολογιστική και επιστημονική σχολή σκέψης δεν πρέπει να θυσιάζεται στο βωμό της ευημερίας των μεγαλοβιομήχανων, αλλά να χρησιμοποιείται για το κοινό καλό.
•Κωνσταντίνος Κωνσταντίνου
Υποψήφιος Διδάκτορας, Τμήμα Χημείας, Σχολή Θετικών Επιστημών, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
