ÁREA: Química Tecnológica
TÍTULO: Condensação Aldólica do Etanol com a Acetona via Catálise Heterogênea.
AUTORES: BRAGA, T.P (UFC) ; LONGHINOTTI, E (UFC) ; VALENTINI, A (UFC) ; VASCONCELOS, F.L. (UFC)
RESUMO: Importantes produtos químicos empregados na indústria como a 2-pentanona e, a 3- penten-2-ona empregada em síntese orgânica, podem ser obtidos através da reação de condensação aldólica utilizando-se o etanol como um dos reagentes de partida. Com o objetivo de promover a condensação entre etanol e acetona, via catálise heterogênea foram sintetizados catalisadores a base de (cobre, ferro, estanho e alumínio) pela obtenção de esferas híbridas compostas de hidróxidos dos metais e de matérial orgânica (quitosana). Os materiais foram caracterizados por diferentes técnicas: DSC, TGA, FRX, IR e TPR. Os testes catalíticos mostraram a formação da 2-pentanona e butiraldeído como principal produto de condensação.
PALAVRAS CHAVES: esferas, óxidos, condensação
INTRODUÇÃO: Sabe-se que o etanol desempenha um importante papel na economia do Brasil, e que sua produção e emprego serão ainda mais relevantes se as previsões de esgotamento das reservas de petróleo se concretizarem. Diversos produtos químicos podem ser obtidos diretamente do etanol, tais como: acetato de etila, butanol, etileno e éter etílico. O etanol pode ser ainda utilizado em reações de condensação aldólica, sendo assim possível obter produtos empregados na indústria como a 2-pentanona e a 3-metil-2-butanona.
As reações de condensação são muito importantes na síntese orgânica para a produção de pesticidas, polímeros, também na indústria farmaceutica.O objetivo do presente trabalho é sintetizar catalisadores que apresentem boa atividade e seletividade para a reação de condensação de etanol com a acetona
MATERIAL E MÉTODOS: Os catalisadores foram preparados por uma rota diferenciada de síntese, a qual consiste na obtenção de uma esfera híbrida composta dos íons precursores (Al,Fe,Sn) e de um polímero orgânico (quitosana).
Para a síntese das esferas foi utilizada uma solução com relação molar monômero de quitosana/íons de 1/2,5. Através do gotejamento desta mistura em uma solução de NH4OH, e com o posterior tratamento térmico foram obtidas as esferas dos óxidos (Al,Fe,Sn).Após a síntese das esferas híbridas as mesmas foram submetidas a secagem em temperatura ambiente por 96 horas (Figura 1), sendo então submetidas a análise térmica (TGA, ar).
Para a adição de CuO foi utilizado o método de impregnação úmida de uma solução de nitrato de cobre sobre os óxidos obtidos anteriormente, seguida de secagem e calcinação em 500°C.
A reação catalítica foi conduzida em fase gasosa e pressão atmosférica com razão molar entre o etanol e acetona de 2 para 1. A temperatura reacional foi de 350°C, massa de catalisador de 100mg sob fluxo total (N2 com reagentes) de 40ml.min-1. A análise dos produtos reacionais foi realizada por cromatografia gasosa. Os produtos de condensação foram identificados por CG-MS.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A interação da quitosana com o íon metálico Al, foi confirmada por análises de infravermelho. Os resultados mostraram que as bandas dos grupos funcionais, característicos da quitosana (C-N, C-O e N-H), foram deslocadas para números de onda menores, isto ocorre pelo fato do metal (Al) interagir com estes sítios.
Os perfis de TGA (ao Ar) mostrou a eliminação de material até 450°C, com três pontos de inflexão. As curvas de DSC (a N2) mostraram um evento exotérmico em torno de 200°C. Tal evento está relacionado à eliminação de matéria orgânica e a decomposição dos resíduos de nitrato.
O perfil de redução termoprogramada para o catalisador de CuSnAl mostrou um pico a baixas temperaturas (em torno de 280°C), devido à redução do CuO, e um segundo pico em torno de 820°C atribuído para redução do SnO2.
Os resultados dos testes catalíticos (Figura 2) obtidos para o catalisador de CuSnAl mostram uma elevada percentagem de conversão do etanol enquanto que para a acetona mantiveram-se baixos. Para o catalisador de CuFeAl também é observada elevada capacidade conversão do etanol a qual decresce significativamente com 30min de reação.
O catalisador de CuSnAl teve como principal produto da reação a 2-pentanona, já o CuFeAl foi o butiraldeído, indicando que com a mudança na composição do catalisador varia a seletividade dos produtos reacionais.
A elevada conversão de etanol observada na amostra CuFeAl correspondeu a uma elevada seletividade para acetaldeído, sendo também detectada uma significativa produção de H2. A produção de H2 promoveu a redução de CuO, mudando deste modo seu estado de oxidação com o progresso da reação. Tal mudança do estado de oxidação do catalisador é sustentada pela comparação dos perfis de TPR do catalisador CuFeAl, antes e após o processo catalítico.
CONCLUSÕES: O presente estudo indica ser possível sintetizar esferas de óxidos através de uma metodologia simples, com boa atividade na reação de condensação aldólica do etanol com a acetona.
Em relação a seletividade o catalisador de CuSnAl teve como principal produto a 2-pentanona, já o catalisador de CuFeAl teve como principal produto o butiraldeído, indicando que com a mudança na composição do catalisador, provoca mudanças na seletividade da reação.
O catalisador de CuSnAl apresentou uma melhor estabilidade em relação a amostra de CuFeAl.
AGRADECIMENTOS: UFC, CNPq, Laboratório de raios-X/UFC.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Geen, G. J., J. C. USPTO 4, 628, 040. 1986
Michalko, E., J. C. USPTO 4, 250, 058. 1981.
Poubel, W. M., Sousa, R. C.1, Costa, D. R.1,Magalhães,J.B.T.,Fernandes,L. D.VI,COBEQ,2005.
