65ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 5. Química Industrial

Variáveis de influência na obtenção de 5-hidroximetilfurfural a partir de glicose em sistema bifásico

Príscila Marques de Siqueira - Instituto Federal do Rio de Janeiro Mariana M. V. M. Souza - Universidade Federal do Rio de Janeiro Nei Pereira Jr. - Universidade Federal do Rio de Janeiro

INTRODUÇÃO:

É crescente o interesse por compostos furânicos como plataforma química para processos de biorrefinaria. Essa versátil família de compostos pode dar origem a substâncias que podem substituir desde os combustíveis fósseis tradicionais a intermediários químicos para produção de poliésteres, poliamidas e poliuretanas. O 5-hidroximtilfurfural (HMF) é considerado uma peça-chave na construção dessa promissora economia baseada em biomassa, pois a partir dele é possível produzir o ácido 2,5-furanodicarboxílico, utilizado na produção de polímeros, e seus ésteres tem sido apontado como possíveis combustíveis. Entretanto, ainda são altos os custos de produção a partir de frutose, pois somente assim se obtém altos rendimentos. O desenvolvimento de uma rota que permita a conversão de glicose com bons rendimentos possibilitará a utilização de matérias-primas sacaríneas e lignocelulósicas que poderiam minorar os custos de produção do HMF e viabilizar a utilização de seus derivados em larga escala.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Avaliar as influência das variáveis tempo, temperatura, proporção acetona:água, concentração de catalisador e concentração inicial de glicose na desidratação de glicose em 5-hidroximetilfurfural, utilizando catálise ácida homogênea em sistema bifásico.

MÉTODOS:

Foi utilizado um delineamento fatorial fracionado 25-2 para avaliar o grau de influência de cada variável estudada, gerando vinte ensaios. As reações de desidratação foram conduzidas em reator Parr de aço inox de 450 mL. Três valores para cada variável foram testados: concentração inicial de glicose 150/200/250g/L; proporção acetona:água 1:2/1:1/2:1; temperatura 160/180/200oC; tempo 5/10/15min; e concentração de ácido fosfórico (catalisador) 0,75/1/1,25%. 31g de NaCl foram acrescentados a cada reação para a obtenção do sistema bifásico. Os produtos da reação foram analisados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) Shimadzu LC20AT, com coluna Bio-Rad Aminex HPX -87H, solução 5mM de H2SO4 como fase móvel a 0,8 mL/min e 55oC. Ácido levulínico, HMF, ácido fórmico e furfural foram quantificados em detector de UV-Vis a 210nm e glicose e frutose pelo detector de índice de refração, ambos da Shimadzu, modelos SPD-20AV e RID-10A, respectivamente.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Altos rendimentos para a reação estudas são alcançados com solventes apróticos e líquidos iônicos, que são sistemas com alto custo e/ou mais tóxicos e, portanto, de manipulação mais difícil. Em relação ao sistema catalítico estudado, pode-se verificar que a presença de ânions fosfato favorece a conversão de glicose e a literatura reporta que os ânions cloreto são mais eficientes na conversão de glicose que de frutose, entretanto, o cloreto também pode catalisar a decomposição do HMF. De fato, verificou-se nos experimentos realizados a presença de ácido levulínico e fórmico, produtos da reidratação do HMF. Ainda assim esse sistema catalítico apresenta rendimento bastante superior a outros contendo cloretos, o que pode ser explicado pela presença da acetona, que pode estar funcionando como doador de elétrons, além de deslocar o equilíbrio pela extração do HMF formado da fase aquosa. Com relação à análise estatística, foi realizada a análise de variância e a partir dela a verificação da significância de todas as cinco variáveis para a variável de resposta rendimento e apontou para uma redução da temperatura, associada a menores concentrações de ácido, e menores tempos reacionais como principais efeitos das variáveis para maximizar o rendimento.

CONCLUSÕES:

O melhor rendimento alcançado foi de 44,1% utilizando 0,75% de ácido fosfórico, 200oC, 250g/L de glicose, 5 minutos e proporção acetona:água de 2:1. Quando comparado ao rendimento de 15% em HMF reportado pela literatura com um sistema água:etanol a 160oC utilizando AlCl3, o valor alcançado parece promissor. Para o sistema reacional estudado, existe a possibilidade de otimização e para isso, as variáveis concentração inicial de glicose e proporção acetona:água poderão ser fixadas, já que os valores máximos estudados demonstraram bons rendimentos. Essa otimização será objeto de trabalhos posteriores.

Palavras-chave: 5-Hidroximetilfurfural, glicose, acetona.