ÁREA: Ambiental
TÍTULO: DESIDRATAÇÃO CATALITICA DE DERIVADOS BIOMÁSSICOS PARA PRODUÇÃO DE 5-HIDROXIMETILFURFURAL
AUTORES: ANDRADE, C. M. (UFPE) ; LIMA, N. M. (UFPE) ; ABREU, C. A. M. (UFPE)
RESUMO: A busca de substitutos para os derivados do petróleo incentiva o estudo de processos
para sua produção: o 5-hidroximetilfurfural (HMF) e seus derivados são escolhas
promissoras. Uma maneira simples e economicamente viável de produzir o HMF é através
da desidratação de um açúcar simples catalisada por um ácido inorgânico. Os
resultados encontrados no presente trabalho demonstraram que a produção do HMF é
favorecida quando se usa a frutose como açúcar precursor e o ácido clorídrico como
catalisador.
PALAVRAS CHAVES: desidratação, açúcares, 5-hidroximetilfurfural
INTRODUÇÃO: Tendo em vista o declínio das fontes de petróleo e o aquecimento global como
conseqüência do uso desmedido de tal recurso, cada dia mais se faz necessário a busca
por substitutos para o petróleo como matéria-prima para a indústria química.
Atualmente, o esforço em desenvolvimento científico e tecnológico está direcionado
para processos mais eficientes ou que permitam outras aplicações dos derivados
biomássicos em substituição aos combustíveis fósseis (SCHUCHARDT et al., 2001). Cerca
de 95% da biomassa produzida na natureza é formada de carboidratos. Na utilização
industrial, excluindo a alimentação, seu uso é restrito a alguns mono e dissacarídeos
de baixa massa molecular (glicose, frutose e sacarose), estes carboidratos são
extremamente atrativos como matéria-prima devido à grande disponibilidade e baixo
valor agregado. A preparação do 5-hidroximetilfurfural (HMF) através da reação de
desidratação de açúcares catalisada por ácidos (ROMÁN-LESHKOV et al., 2007) é um dos
mais importantes meios de transformar biomassa em produtos químicos úteis. O HMF e
seus derivados têm sido reconhecidos como substitutos promissores para produtos
químicos provenientes do petróleo (BAO et al., 2008). O presente trabalho visa a
valorização de recursos renováveis de origem biomássica. O processo consiste na
desidratação da biomassa para produzir HMF usando um ácido inorgânico para catalisar
a reação.
MATERIAL E MÉTODOS: O sistema reacional constitui-se de uma solução aquosa do açúcar (frutose ou glicose
– 30% em massa) e do catalisador ácido (HCl ou H2SO4 – 9,1 g/L). O reator foi
colocado no banho de óleo para pré-aquecimento a 80°C por 2 min, e então transferido
para um banho de óleo a 180°C por 2 min. Foram realizados ensaios utilizando
combinações dos açúcares com os diferentes ácidos inorgânicos. As amostras foram
analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência: os açúcares usando detector
de índice de refração modelo RI310, coluna Aminex HPX-87H (Biorad) a 50°C, fase móvel
água pura (pH = 2) com vazão de 0,6 mL/min, e o HMF usando detector de UV-Vis modelo
325, coluna de aço inox C18 (Varian) a 22°C, fase móvel acetonitrila:água (5:95, v/v)
com vazão de 1,0 mL/min.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A partir da frutose (obtida diretamente da biomassa ou pela isomerização da glicose)
removem-se três átomos de oxigênio por desidratação para produzir HMF (Figura 1). Ao
se utilizar a frutose como reagente na desidratação obteve-se concentrações mais
elevadas de HMF. De acordo com a figura 2 pode-se observar que usando o mesmo ácido
como catalisador (ensaios 1 e 4, por exemplo), uma menor conversão da glicose a HMF
que é atribuída a reatividade mais baixa das aldohexoses que das cetohexoses nas
reações de desidratação. Analisando os ensaios 1 e 3 observa-se que embora o tempo de
reação necessário para a conversão máxima da frutose em HMF seja maior,
concentrações mais baixas de HCl resultam em seletividades maiores.
Como o poder desidratante do H2SO4 é maior em relação ao HCl devido aos seus dois
hidrogênios ionizáveis, isto o torna pouco seletivo, e portanto após a formação dos
produtos da desidratação do açúcar, o ácido inicia a desidratação também destes,
aumentando a quantidade de subprodutos formados. Como o HMF é um produto da reação de
desidratação e é também consumido pelo H2SO4 a sua seletividade é reduzida.Ao
confrontar os dados obtidos da corrida 1 com os dados da literatura tem-se uma menor
eficiência no processo de desidratação; possivelmente houve o consumo do HMF após sua
formação já que a reação não foi interrompida por resfriamento brusco.
CONCLUSÕES: Os melhores resultados para a produção de HMF a partir da desidratação de derivados
biomássicos foram obtidos quando se utilizou frutose e também o ácido clorídrico com
concentrações mais baixas como catalisador da reação.
AGRADECIMENTOS: CAPES
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BAO, Q.; QIAO, K.; TOMIDA, D.; YOKOYAMA, C. 2008. Preparation of 5-hydroymethylfurfural by dehydration of fructose in the presence of acidic ionic liquid. Catalysis Communications 9, 1383–1388.
ROMÁN-LESHKOV, Y.; BARRETT, C. J.; LIU, Z. Y.; DUMESIC, J. A. 2007. Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates. Nature, 447: 982-986.
SCHUCHARDT, U.; RIBEIRO, M. L; GONÇALVES, A. R. 2001. A indústria petroquímica no próximo século: Como substituir o petróleo como matéria-prima? Química Nova, 24: 247-251.
