Síntese direta de compostos carbonílicos a partir de reações do álcool benzílico sobre Cu/ZrO 2

Abstract

Compostos carbonílicos tais como aldeídos e ésteres são importantes para a síntese de inúmeros produtos desde fármacos a produtos da química fina. A principal rota comercial de síntese do benzaldeído envolve cloração e oxidação do tolueno, enquanto acetato de benzila é produzido por reação de condensação do álcool benzílico e ácido acético. Catalisadores à base de cobre são ativos e seletivos em reações de desidrogenação de álcoois e tem mostrado propriedades que favorecem a obtenção direta de ésteres. Com o objetivo de adequar os processos químicos para que sejam ambientalmente corretos e sustentáveis, existe uma grande preocupação em desenvolver novos processos que minimizem o descarte de efluentes tóxicos e façam uso de matéria-prima derivada de biomassa. Dessa forma este trabalho foi direcionado ao desenvolvimento e investigação de novos processos sintéticos, em uma abordagem reacional, a partir do álcool benzílico utilizando etanol e diferentes substratos, em fase gasosa à 250 °C e fluxo contínuo sobre o sólido de cobre suportado em zircônia (Cu/ZrO 2 ). Estudos de modelagem utilizando método de minimização da energia de Gibbs mostrou que é favorável termodinamicamente a obtenção desses compostos a partir do álcool benzílico e etanol. Os resultados dos testes catalíticos também demonstram que somente a utilização de dois substratos no meio reacional, apresentam vantagens significativas pois não gera efluente clorado, são livres da presença de ácido carboxílico e derivados. A formação direta desses compostos ocorre via reações de desidrogenação do álcool benzílico, devido à combinação de fragmentos intermediários dos substratos adsorvidos na superfície do catalisador. Os produtos do efluente reacional foram elucidados e quantificados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM) e implicam em processos mais limpos e estratégicos do ponto de vista econômico e tecnológico comparados aos processos convencionais e descritos na literatura. Nestes estudos, foi possível mostrar que a utilização do Cu/ZrO 2 nas reações do álcool benzílico revelou-se capaz de favorecer a produção direta de ésteres benzílicos, constituindo uma alternativa em potencial para aplicação industrial.

Carbonyl compounds such as aldehydes and esters are important for the synthesis of numerous products from drugs to fine chemicals. The main commercial route of benzaldehyde synthesis involves chlorination and oxidation of toluene, while benzyl acetate is produced by condensation reaction of benzyl alcohol and acetic acid. Catalysts based Copper compounds are active and selective in alcohol dehydrogenation reactions and have shown that favor the direct obtaining of esters. In order to adapt chemical processes to be environmentally sound and sustainable, there is a great concern to develop new processes that minimize the disposal of toxic effluents and make use of biomass-derived raw material. Thus this work was directed to the development and investigation of new synthetic processes, in a reaction approach, from benzyl alcohol using ethanol and different substrates, in gas phase at 250 ° C and continuous flow over the zirconia supported copper solid ( Cu/ZrO 2 ). Modeling studies using Gibbs energy minimization method showed that it is thermodynamically favorable to obtain these compounds from benzyl alcohol and ethanol. The results of the catalytic tests also demonstrate that only the use of two substrates in the reaction medium, have significant advantages as it does not generate chlorinated effluent, are free of the presence of carboxylic acid and derivatives. The direct formation of these compounds occurs via benzyl alcohol dehydrogenation reactions, due to the combination of intermediate fragments of the adsorbed substrates on the catalyst surface. Reaction effluent products have been elucidated and quantified by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and imply cleaner and more economically and technologically strategic processes compared to conventional processes described in the literature. In these studies, it was possible to show that the use of Cu / ZrO2 in benzyl alcohol reactions was able to favor the direct production of benzyl esters, constituting a potential alternative for industrial application.