 |
José M. Marinas Rubio Organic Chemistry Department, Córdoba University E-14014 Córdoba (Spain) Heterogeneous Catalysis and Sustainable Organic Chemistry |
Abstract
Nowadays Chemistry has to face the challenge of Environmental Pollution. Therefore, in the last few years terms such as Green Chemistry, Clean Chemistry or Environmentally Benign Chemistry are all used to describe a currently active and innovative area of research (1).
Green Chemistry is defined as “the invention, design and applications of chemical products and processes to reduce or to eliminate the use and generation of hazardous substances”. It utilizes a set of 12 Principles or Rules. These Principles should be understood in terms similar to other criteria historically used by chemists such as yield, number of total synthetic steps, or selectivity.
Centi and Parathoner (2) pointed out that even though Green Chemistry and Sustainable Chemistry are usually considered as equivalent terms, there is a key difference in the definition. While Green Chemistry indicates that a not risky and polluting chemical production process may exist, the Sustainable Chemistry concept links ecoefficieny, economic growth and quality of life in terms of a cost/benefit analysis.
According to Anastas and Warner (1) Sustainability is “the ability to maintain the development of the quality of life while not compromising the ability of our progeny to do the same”.
As for the relationship between Catalysis and Green Chemistry, the 9 th Principle of Green Chemistry is specifically related to that: “Catalytic Reagents (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents”. Nevertheless, as pointed out by Anastas, Barlett et al. (3) Catalysis is a primary tool for achieving all the 12 Principles of Green Chemistry.
Green Chemistry has introduced some criteria dealing with environmental selectivity such as the E-Factor, Atom Selectivity or Atom Utilization (4) and Factor E x Q (5), where Q takes into account the toxicity of the considered chemical, its value being lower as the chemical is more friendly to the Environment.
Some specific aspects differentiate Environmental Catalysis from other fields of Catalysis (6). So unlike Catalysis for chemical production and refineries it is often necessary in Environmental catalysis to develop technologies able to efficiently operate at the conditions defined by upstream units (i.e the feed and reaction conditions cannot be adapted to maximize conversion or selectivity as in chemical catalytic processes).
Environmental Catalysis finds application not only in refinery and chemical processes, but also in several applications for the treatment of emissions in other types of production, household or indoor applications, and in auto, ship and flight emission control.
Finally, Environmental Catalyst often operates in more extreme reactions conditions than catalysts for chemical production of refineries (very low or very high temperatures, in the presence of non-removable poisons, with very high space velocities, with ultra-low concentrations, etc.).
W. F. Holderich (7) indicated the research fields to be developed from 2000 on environmentally benign manufacturing of fine and intermediates chemicals. Moreover, J. N. Armor (8) offered an assessment of potential target areas in the area of Environmental Catalysis and on which the author believed attention needed to be focused, since 1997.
Both Hölderich and Armor, implicitly referred to the advances in Biocatalysis which have affected all Chemistry fields.
An in-depth review on the state of the art on all the above-mentioned areas during my conference is impossible. Nevertheless, there is no denying the spectacular advances in catalytic converters; the improvements and development of “green reactors”; monoliths (for auto and diesel exhaust catalysts, VOC treatment systems, ozone decomposition/jet aircraft, etc.); fuel cells, etc.
In some other cases, such as the total elimination of hydrogen fluoride as an acid catalyst, there is still much work to be done.
In my conference I will briefly comment on the advances in the following research areas:
For some recent references on the above-mentioned topics see 9-21.
It is also interesting to refer to some of the new tools currently used in Environmental Catalysis: the use of Catalytic Chemistry in aqueous media; the use of the Indio as catalyst; the utilisation of supercritical fluids and ionic liquids as solvents; the use of immobilized (or supported) solvents; the dry medium reactions or the heterogeneous catalytic processes assisted by ultrasounds or microwaves.
I would like to finish quoting Paul Anastas, who is one of the best experts in Environmental Benign Chemistry: “Traditionally, the fundamental role of synthesis chemists has been to design pathways leading to the target molecules with maximal conversion at the minimum possible cost. At present, the goal of Environmental Benign Chemistry is to design methodologies reducing or minimizing the use or production of raw materials, by-products, processes or any other form of chemical action generating toxicity”.
This is the challenge of Chemistry for the present and the years to come.
References
Biography (in Spanish)
José Mª Marinas Rubio nació en Segovia, en 1941. En esa ciudad realizó los estudios primarios y de Bachillerato.
En el período comprendido entre 1959-1963 se licencia en Ciencias Químicas en la Universidad Complutense, especializándose en las ramas de Química Fundamental, Química-Física y Química Orgánica.
Realizó su Tesis de Licenciatura en el Departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencias sobre el tema “Determinación de flúor en fósiles para conocer la edad de los terrenos”. Posteriormente comenzó los estudios de Doctorado, realizando su Tesis Doctoral en el Departamento de Química Orgánica, bajo la dirección del Prof. Alberola Figueroa, sobre el tema “Los ortofosfatos de aluminio como catalizadores de craqueo”, por la que obtiene Premio Extraordinario en 1971. Durante la realización de su Tesis Doctoral, disfrutó de una beca del Ministerio de Educación y Ciencia.
Asimismo, en este período, obtiene el diploma de “Alta Especialización en Plásticos y Caucho", en el Instituto de la misma denominación del C.S.I.C.
Actividad Docente
Desde que finaliza sus estudios de Licenciatura, comienza a ejercer su labor docente pasando, sucesivamente, por todos los escalones académicos: Prof. Ayudante de Clases Prácticas, Encargado de Curso, Prof. Adjunto Interino, Prof. Adjunto, por oposición, y Prof. Adjunto Numerario. Todos estos cargos los desempeña en el Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de la Universidad Complutense, en el período comprendido entre 1963-1975. Durante estos años imparte las 12 disciplinas teórico-prácticas que dependen del Departamento, incluida la "Química para Médicos".
Asimismo desarrolla docencia en los “Cursos de Ciencia y Tecnología del Petróleo” programados, conjuntamente, por la Universidad Complutense y las más importantes industrias petroleoquímicas españolas.
En 1975 gana, por oposición, la Agregaduría de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de Palma de Mallorca, dependiente, entonces, de la Universidad Autónoma de Barcelona.
En 1976 accede a Catedrático de Química Orgánica de la Universidad de Córdoba, cargo que sigue desempeñando actualmente.
Aparte de su docencia en Cursos de Licenciatura ha impartido o imparte más de 80 Cursos Monográficos de Doctorado, sobre diversos temas, habiendo sido Coordinador de varios Programas de Doctorado. En la actualidad, participa en 3 Programas de Doctorado, con “Mención de Calidad”.
Actividad Investigadora
En cuanto a su labor investigadora, sus temas de trabajo se dirigen, fundamentalmente, al campo de la Catálisis y Fotocatálisis Heterogéneas aplicadas a la Síntesis Orgánica, Química “Fina” y Descontaminación Ambiental.
Dentro de esta temática, sus principales líneas de investigación están dirigidas a la Catálisis ácido-básica de interés industrial utilizando diversos materiales, tanto amorfos como zeolíticos y zeotípicos; obtención de nuevos sistemas metálicos soportados y utilización de los mismos en procesos de oxidación y reducción; empleo de reactivos insolubilizados, en Síntesis Orgánica, y Catálisis y Fotocatálisis aplicadas a la Química Sostenible (Química Verde) y a combatir la contaminación ambiental.
En relación con estos temas, ha sido Director o participado en 22 Proyectos de Investigación subvencionados con Fondos Públicos, tanto Nacionales como de la Unión Europea, habiendo participado asimismo, como investigador, en otros Proyectos y Contratos con la Industria .
Fruto de sus investigaciones ha sido la publicación de unos 470 Trabajos Científicos en prestigiosas Revistas Internacionales y Nacionales, la dirección de 37 Tesis Doctorales, la presentación de unas 400 Comunicaciones Científicas a Congresos Internacionales y Nacionales y el registro de cinco Patentes de Invención. Asimismo ha escrito varios capítulos de libros, relacionados con la temática de sus investigaciones, publicados por Editoriales Nacionales e Internacionales.
Es de destacar que el Grupo Investigador dirigido por el Prof. Marinas mantiene relaciones científicas con relevantes Grupos Investigadores de la Unión Europea y de USA realizándose, actualmente, una buena parte de las Tesis dirigidas por él, dentro de la modalidad “Doctorado Europeo”.
El Grupo Investigador, dirigido por el Prof. Marinas, es el único español, junto al dirigido por el Dr. Corma, del Instituto de Tecnología Química de Valencia, que participa en la Acción COST D29, a nivel de Estado, sobre Química Verde y Desarrollo Sostenible, lo que permite a los miembros del Grupo, a través de Reuniones periódicas celebradas en un país europeo, ponerse en contacto con prestigiosos Equipos Europeos que investigan en campos afines.
Por otra parte, el Prof. Marinas ha formado parte del Comité Organizador de diferentes Congresos Nacionales e Internacionales relacionados con sus temas de investigación.
Cargos Académicos y de Gestión
En lo que se refiere a cargos académicos ha ocupado los puestos de Secretario de la Facultad y Director del Dpto. de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de Palma de Mallorca (entonces dependiente de la Universidad Autónoma de Barcelona) y Vicedecano, Decano y Director del Departamento de Química Orgánica, en la de Córdoba.
Ha sido miembro de la Ponencia de Física, Química y Matemáticas, constituida en la Consejería de Educación y Ciencia de la Junta de Andalucía para el desarrollo de los Planes Andaluces de Investigación.
Ha desempeñado el cargo de Secretario de la Ponencia de Química, en la Comisión Valenciana de Acreditación y Evaluación de la Consejería de Cultura, Educación y Deportes de la Generalidad Valenciana.
Ha sido Evaluador de la Actividad Docente e Investigadora realizada por diferentes Universidades Españolas.
Desde su llegada a Córdoba es miembro de la Junta de la Facultad de Ciencias de la Universidad, para la que ha sido recientemente reelegido, por votación, como representante del Profesorado en dicha Junta.
Asimismo, desde su llegada a Córdoba siempre ha sido miembro del Comité que ha elaborado y evaluado los Planes de Estudio de las Licenciaturas en Química, Bioquímica, Medio Ambiente y Ciencia y Tecnología de los Alimentos, de la Universidad.
Es uno de los cuatro miembros fundadores del Instituto Andaluz de Química Fina, dependiente de la Junta de Andalucía, con sede en Córdoba.
Asimismo montó y fue el primer Director de los laboratorios centralizados de Resonancia Magnética Nuclear y de Espectrometría de Masas de la Universidad de Córdoba. Actualmente los citados laboratorios forman parte del Servicio Centralizado de Apoyo a la Investigación (“SCAI”) de esta Universidad.
El Prof. Marinas, ha impartido conferencias relacionadas con la Catálisis Heterogénea en diversas Universidades y Centros de Investigación.
Premios y Distinciones
Finalmente, hemos de indicar que, en la actualidad, el Prof. Marinas está a punto de cumplir 14 trienios, 42 años dedicados a la docencia universitaria, estando en posesión de 6 sexenios investigadores y 6 quinquenios docentes, máximo permitido por Ley.