Síntese de solketal a partir de glicerol e seu uso como precursor na síntese de ésteres de solketila e monoacilglicerídeos

Abstract

O presente estudo descreve a síntese do catalisador heterogêneo SiO2-SO3H, obtido através da imobilização dos grupos sulfônicos em SiO2, produzida a partir de uma mistura contendo área de construção e carbonato. A imobilização do -SO3H foi confirmada, através da caracterização inicial da sílica e do catalisador por IV, MEV, DRX, TGA e isotermas de adsorção/dessorção BET, que demonstrou haver modificação da estrutura da sílica após a imobilização dos grupos sulfônicos, ocasionando diminuição da área superficial específica (SBET) de 507 para 115 m2 g−1, e uma diminuição do volume dos poros 0,78 para 0,38 cm3 g-1. Inicialmente, avaliou o desempenho catalítico da mistura SiO2-SO3H em reações de esterificação do ácido acético e do ácido graxo (octanóico) com o 2,2-dimetil-1,3-dioxolano-4-metanol, conhecido como “solketal”, que possui uma cadeia carbônica grande, além de ter outro grupo funcional na sua estrutura. Os resultados obtidos demonstram a eficiência do SiO2-SO3H para a síntese do acetato 2,2- dimetil-1,3-dioxolan-4-il metil, em que utilizou-se inicialmente, como reagentes, glicerol bruto, acetona e a mistura catalítica, após 2 hora de reação, foi adicionado no mesmo reator, o ácido acético em um processo “one pot”, sem a prévia extração e a purificação do solketal (reagente intermediário). Pelo o mesmo procedimento, foi obtido, em excelente rendimento, o octanoato de solketila. Nesses processos reacionais não houvera a necessidade do uso de solvente ou aparelhos auxiliares, como clevenger ou dean-stark, para remoção da água formada durante o processo que envolve 2 reações (cetalização e esterificação), sendo dessa forma resistente ao processo de lixiviação. Diante dos excelentes resultados, partiu para reações de esterificação com outros ácidos graxos, com até 18 átomos de carbono na cadeia, tais como o ácido linoleico e oleico. Contudo não foi observado a formação de produtos nessas reações. Acredita-se que esse fato esteja relacionado com a grande afinidade que o solketal apresenta pelo SiO2-SO3H, devido a sua alta polaridade, fazendo com que fique retido dentro dos poros do catalisador. Outro ponto importante foi o tamanho da cadeia carbônica dos ácidos graxos utilizados, visto que quanto maior o tamanho da molécula, maior a hidrofobicidade, isso faz com que eles sofram repulsão do catalisador. Acredita-se que esses dois fatores contribuíram para que não ocorresse a interação entre os reagentes e o catalisador, levando, em alguns casos, à formação de ésteres de solketila com rendimentos moderados. Essa hipótese foi comprovada, quando utilizou-se um álcool de cadeia carbônica menor, como o metanol, o qual reagiu com o ácido linoleico e oleico na presença da mistura catalítica SiO2-SO3H, para produção de ésteres metílicos. Os resultados obtidos comprovam a síntese do oleato de metila e do linoleato de metila no tempo de 15 min, com rendimento em torno de 96 a 98%. Isso demonstrou que é de fundamental importância o escoamento dos reagente para os poros do catalisador. O que sugere que para garantir o sucesso das reações do solketal com ácidos de cadeia carbônica maior o escoamento desse reagentes devem ser facilitado e isso pode ser obtido através do uso de solvente.