Síntesis de productos químicos derivados de la biomasa empleando catálisis heterogénea

heterociclos de la biomasa

José Jobanny Martínez Zambrano, Hugo Alfonso Rojas Sarmiento, Jairo Cubillos Lobo, Edna Ximena Aguilera Palacios, David Fernando Silva Pinzón, Oscar Hernando Pardo Cuervo, Mónica Liliana Becerra Jiménez, Sandra Patricia Chaparro Acuña, Luis Alexander Páez Guevara, Gustavo Pablo Romanelli

• Editorial: Editorial de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - UPTC
• Año: 2020
• ISBN:
  9789586604277
• Edición: 1
• Categoría: Biological Sciences
• Categoría: Biochemistry

En este libro se presentan los aspecto más relevantes relacionados con la producción de 5-HMF ésteres de ácido levulímico y FDCA principalmente, desde el punto de vista de los sustratos utilizados, los sistemas catalíticos y las condiciones de reacción. El último capítulo se dedica a la síntesis de heterocíclicos nitrogenados representativos que pueden prontamente llegar a se considerados también moléculas plataforma. El texto es el resultado de los proyectos de investigación desarrollados desde el 2015, y es presentado en conmemoración de los 20 años del grupo de catálisis de la UPTC con la finalidad de proveer un material de consulta para estudiantes y profesionales del área de la química interesados en conocer el estado actual de moléculas derivadas de la biomasa.

SÍNTESIS DE PRODUCTOS QUÍMICOS DERIVADOS DE LA BIOMASA EMPLEANDO CATALÍSIS HETEROGÉNEA

HETEROCICLOS DE LA BIOMASA

PRÓLOGO

Atualmente, háumapreocupaçãocrescente por parte da sociedadecomrelacãoaodesenvolvimentoeconômicosustentável. Em particular, o debate sobre a questão do aquecimento global causado pelo uso de combustíveisfósseistemlevado a um aumento nas investigações científicas sobre as chamadas tecnologiaslimpas. O uso de matérias-primas derivadas da biomassa para a obtenção de combustíveis e de produtos químicos é uma da alternativas futuras para o desenvolvimento de umaindústria química sustentável.

O presentelivrodemonstra a contribuição dos autores neste tema de relevância mundial. São apresentados métodos importantes de obtenção de diversos compostos químicos a partir de sacarídeos e biomassa residual, obtidosnas pesquisas realizadas nos laboratórios dos autores. Trata-se do ponto de partida para o estabelecimento de processos de producão de produtos químicos a partir de matérias-primas renováveis. Este livrocertamente será útil a estudantes e profissionaisinteressadosemprocessos catalíticos aplicados `a conversão de biomassa.

Fabio B. Passos.

Laboratório de Reatores, Cinética e Catálise

Universidade Federal Fluminense, Brasil.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos orgánicos heterocíclicos son un grupo numeroso de sustancias cuya característica principal es estructural, en los cuales al menos uno de los átomos constituyentes del ciclo pertenece a un elemento diferente al carbono (y se lo denomina heteroátomo). Entre los heteroátomos más comunes en formar parte del esqueleto cíclico se encuentra el oxígeno y el nitrógeno que le otorgan a las moléculas características particulares en cada caso y constituyen un inmenso grupo de sustancias orgánicas, entre las cuales una mayoría posee propiedades biológicas destacadas que los convierte en productos importantes para diferentes industrias. Su preparación se suele realizar mediante procedimientos que involucran muchas etapas, a la vez que se emplean cantidades importantes de solventes, involucrando reactivos de toxicidad importante. La consecuencia principal de dichos procesos industriales es la generación de una gran cantidad de residuos, a escalas que pueden llegar a ser 100 veces superiores que el peso de producto desarrollado.

Ciertos heterociclos derivados de la biomasa han sido seleccionados de acuerdo con su disponibilidad y tecnologías comerciales para su producción y su potencial para ser transformados en combustibles y productos químicos a los cuales se les denomina moléculas plataforma. En comparación con los compuestos procedentes de materias primas fósiles, estas moléculas plataforma están funcionalizadas lo que permite su transformación en productos químicos más valiosos a través de un menor número de pasos como los que se requiere cuando se parte de alcanos [1].

El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) en el año 2004 publicó un listado de heterociclos oxigenados considerados como plataforma para ser convertidas en aditivos para combustible y productos intermedios para la química fina. Bozell y Petersen en el año 2010, teniendo en cuenta criterios como la amplia gama de literatura, múltiples aplicaciones de sus productos, potencial plataforma y bloque primario de construcción, incluyeron el 5-(hidroximetil)-2-furaldehído (HMF), el ácido levulínico (AL), el ácido 2,5-furanodicarboxilico (2,5-FDCA) en esta lista [2]. Aunque no se mencionan heterociclos nitrogenados, su amplia gama y su importancia en la química fina no pueden ser excluidas.

Solo por mencionar, el mercado mundial del HMF se estima en 100 toneladas por año. El sector es relativamente pequeño y está ocupado con una matriz baja de productores. Uno de los mayores fabricantes de HMF, con sede en Suiza, representa el 20% del mercado total. Se ha establecido que la producción de este compuesto a partir de la biomasa será una tendencia clave para el crecimiento económico de los países [3].La producción de HMF se lleva a cabo por la transformación de diferentes sustratos tales como la fructosa, glucosa, sacarosa, celulosa, almidón e inulina. Sin embargo, convencionalmente se obtiene HMF a partir de fructosa, no obstante esto limita la producción a gran escala por el alto costo de la materia prima, por esta razón el mayor desafío sigue siendo reemplazar la fructosa, glucosa y polímeros a base de glucosa, como el almidón y la celulosa, por el uso de biomasa residual directamente como la materia prima para su producción[1].

El HMF permite diferentes transformaciones en la química fina (Fig. 1) tales como a biocombustibles (dimetilfurano), monómeros de polímeros (2,5-diformilfurano y ácido 2,5-furandicarboxíllico (FDCA)), ácido adípico, ácido levulínico, caprolactama, caprolactona y muchas otras moléculas más específicas, incluyendo ingredientes activos farmacéuticos [2].

La principal importancia industrial del FDCA radica en la estructura similar al ácido tereftálico (TPA) e isoftálico utilizados en la industria de polímeros y productos químicos [6] como alternativa para sustituir las materias primas a partir del petróleo. Así el 2,5-FDCA permitiría obtener el 2,5 furanodicaboxilato de polietileno (PEF) que es el homólogo heterociclo del tereftalato de polietileno (PET) que es fabricado a partir del ácido tereftálico[7], por lo cual hay una intensa búsqueda en el mundo en esta área reflejado en el aumento del número de publicaciones y se espera que una tecnología eficiente para la producción a gran escala de FDCA sea desarrollada y eventualmente aplicada en corto tiempo. La producción actual estimada de 2,5-FDCA es de alrededor de 4 toneladas por año con una facturación de 10 millones de dólares. En 2011, Avantium produjo 40 toneladas por año de monómero FDCA en una planta piloto para ...

Índice

• INTRODUCCIÓN
• CAPÍTULO 3. ESTERES DERIVADOS DEL ALCOHOL FURFURILICO