Síntese de produtos para química fina a partir de compostos modelo provenientes da biomassa

Abstract

Diante das previsões de esgotamento dos recursos fósseis e os problemas ambientais causados pela queima de combustíveis, é cada vez mais urgente substituir esses materiais por matérias- primas de fonte renovável. Diante disso, a biomassa é apresentada como a melhor solução, uma vez que ela é uma fonte sustentável, limpa e abundante para obtenção de energia e de carbono orgânico. Para isso, foi estabelecida a biorrefinaria, que é uma unidade industrial com finalidade de transformar biomassa renovável, e materiais advindos dela, em biocombustíveis, plataformas, insumos químicos e energia. Essa alternativa, tem movido inúmeras pesquisas na área acadêmica e industrial. Porém, para isso é fundamental desenvolver metodologias envolvendo catálise, uma vez que os catalisadores tornam as transformações mais seletivas, rápidas e eficazes. Nesse contexto, os organocatalisadores derivados dos calix[n]arenos chamam atenção, uma vez que foram pouco explorados e tem inúmeras qualidades, como ser reciclável, não ser corrosivo, ser de baixa volatilidade e apresentar baixa toxicidade. Dessa forma, este trabalho objetivou produzir a plataforma química 5-hidroximetilfurfural (HMF), potenciais biocombustíveis, aditivos de combustíveis e insumos químicos a partir de moléculas modelos derivadas da biomassa, empregando o ácido p-sulfônico calix[4]areno como catalisador em todas transformações químicas. Foi possível converter a frutose em HMF empregando dois sistemas distintos – um sistema bifásico constituído por solução aquosa saturada com NaCl e acetato de etila, e outro constituído por solvente eutético profundo e acetato de etila – com 74% e 90% de rendimento, respectivamente. Outra vertente do trabalho foi a conversão em tandem da frutose em 5-etoximetilfurfural, com 88% de rendimento. Além disso, foi desenvolvida uma metodologia verde para a síntese de dez ésteres levulínicos, obtidos em rendimentos que variaram de 13 a 99%. Por fim, foram sintetizados acetais derivados do glicerol, como potenciais aditivos de combustíveis, com rendimentos totais entre 6 e 99%. Em suma, foi possível desenvolver metodologias verdes, sustentáveis e rápidas, para síntese de produtos para química fina, com bons rendimentos e que trazem oportunidades para biorrefinaria. Palavras-chave: Organocatálise. 5-hidroximetilfurfural. Calixarenos. Frutose. Ácido levulínico. Glicerol. Química verde.

In view of the predictions of depletion of fossil resources and the environmental problems caused by the burning of fuels, it is increasingly urgent to replace these materials with raw materials from renewable sources. Therefore, biomass has been shown to be the best solution, since it is a sustainable, clean and abundant source of energy and organic carbon. For this, the biorefinery was established, which is an industrial unit with the purpose of transforming renewable biomass, and materials derived from it, into biofuels, platforms, chemical inputs and energy. This alternative has driven numerous researches in the academic and industrial areas. However, for this it is essential to develop methodologies involving catalysis, since the catalysts make the transformations more selective, fast and effective. In this context, the organocatalysts derived from calix[n]arenes draw attention, since they have been little explored and have numerous qualities, such as being recyclable, non-corrosive, low volatility and low toxicity. Thus, this work aimed to produce the 5-hydroxymethylfurfural (HMF) chemical platform, potential biofuels, fuel additives and chemical inputs from model molecules derived from biomass, using calix[4]arene p-sulfonic acid as a catalyst in all chemical transformations. It was possible to convert fructose into HMF using two different systems – a two-phase system consisting of an aqueous solution saturated with NaCl and ethyl acetate, and another consisting of a deep eutectic solvent and ethyl acetate – with 74% and 90% yield, respectively. Another aspect of the work was the tandem conversion of fructose into 5-ethoxymethylfurfural, with 88% yield. In addition, a green methodology was developed for the synthesis of ten levulinic esters, obtained in yields ranging from 13 to 99%. Finally, glycerol-derived acetals were synthesized as potential fuel additives, with total yields between 6 and 99%. In short, it was possible to develop green, sustainable and fast methodologies for the synthesis of products for fine chemicals, with good yields and that bring opportunities for biorefinery. Keywords: Organocatalysis. 5-hydroxymethylfurfural. Calixarenes. Fructose. Levulinic acid. Glycerol. Green chemistry.