aplicação da química verde na síntese de

II Congresso Internacional de Educação Cientifica e Tecnológica – Santo Ângelo – 2012
APLICAÇÃO DA QUÍMICA VERDE NA SÍNTESE DE TRIGLICERIDEO
EMPREGANDO GLICEROL E ÁCIDO GRAXO
STRACKE, M.P. (URI)1; SALLA, R.G. (URI)1; SCHREKKER, H. S. (UFRGS)2
1
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – Campus de Santo
Ângelo/Departamento de Química
2
Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Departamento de Química Orgânica
e-mail: [email protected]
1 CONTEXTO DO RELATO
Atualmente, a reciclagem de resíduos agrícolas e agro-industriais vem
ganhando espaço cada vez maior, não simplesmente porque os resíduos
representam "matérias primas" de baixo custo, mas, principalmente, porque os
efeitos da degradação ambiental decorrente de atividades industriais e urbanas
estão atingindo níveis cada vez mais alarmantes. A atividade química é
frequentemente relacionada aos chamados “desastres ambientais”, além de outras
atividades humanas que exercem papel importante na degradação e poluição
ambiental. Uma das principais ações no sentido de minimizar o impacto ambiental
causado por atividades industriais que geram algum tipo de resíduo é o tratamento
adequado do mesmo, embora, apresente baixa vantagem ambiental relativa, se
comparada com técnicas de redução na fonte, que tem colaborado bastante para
diminuir a velocidade de contaminação do ambiente por muitas atividades
industriais.
No início da década de 90, surgiu uma nova tendência para a questão dos
resíduos químicos, esta nova visão do problema, considera que é preciso buscar
uma alternativa que evite ou minimize a produção de resíduos, em detrimento da
preocupação exclusiva com o tratamento do resíduo no fim da linha de produção.
Este novo direcionamento na questão da redução do impacto da atividade química
ao meio ambiente vem sendo chamado de “Química Verde”. De acordo com a
química verde, pode-se mencionar que os processos que buscam a química limpa
têm sido constante objeto de estudo em várias revisões.
A química verde engloba doze tópicos que precisam ser seguidos quando se
pretende implementa-la em uma indústria ou instituição de ensino e/ou pesquisa na
área de química: I. Prevenção - Evitar a produção do resíduo é melhor do que tratálo ou “limpá-lo” após sua geração; II. Economia de átomos - Esse conceito avalia a
eficiência sintética de uma reação. A reação ideal é aquela em que toda a massa
dos reagentes é incorporada no produto. III. Síntese de produtos menos perigosos Sempre que praticável, a síntese de um produto químico deve utilizar e gerar
substâncias que possuam pouca ou nenhuma toxicidade à saúde humana e ao
ambiente. IV. Desenho de produtos seguros - Os produtos químicos devem ser
desenhados de tal modo que realizem a função desejada e ao mesmo tempo não
sejam tóxicos. V. Solventes e auxiliares mais seguros - O uso de substâncias
auxiliares (solventes, agentes de separação, secantes, etc.) precisam, sempre que
possível, tornar-se desnecessário e, quando utilizadas, estas substâncias devem ser
inócuas. VI. Busca pela eficiência de energia - A utilização de energia pelos
processos químicos precisa ser reconhecida pelos seus impactos ambientais e
econômicos e deve ser minimizada. Se possível, os processos químicos devem ser
conduzidos à temperatura e pressão ambientes. VII. Uso de fontes renováveis de
matéria-prima - Sempre que técnica e economicamente viável, a utilização de
matérias-primas renováveis deve ser escolhida em detrimento de fontes não
renováveis. VIII. Evitar a formação de derivados - A derivatização desnecessária
(uso de grupos bloqueadores, proteção/desproteção, modificação temporária por
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processos físicos e químicos) deve ser minimizada ou, se possível, evitada, porque
estas etapas requerem reagentes adicionais e podem gerar resíduos.
IX. Catálise
- Reagentes catalíticos (tão seletivos quanto possível) são melhores que reagentes
estequiométricos. X. Desenho para a degradação - Os produtos químicos precisam
ser desenhados de tal modo que, ao final de sua função, se fragmentem em
produtos de degradação inócuos e não persistam no ambiente. XI. Análise em
tempo real para a prevenção da poluição - Será necessário o desenvolvimento futuro
de metodologias analíticas que viabilizem um monitoramento e controle dentro do
processo, em tempo real, antes da formação de substâncias nocivas. XII. Química
intrinsecamente segura para a prevenção de acidentes - As substâncias, bem como
a maneira pela qual uma substância é utilizada em um processo químico, devem ser
escolhidas a fim de minimizar o potencial para acidentes químicos, incluindo
vazamentos, explosões e incêndios.
Neste contexto, no processo da obtenção do biodiesel há uma grande
produção de glicerol como sub-produto, Bem como, as indústrias alimentícias
produzem grandes quantidades de ácido graxo como resíduo do processo. Embora
lentamente, observa-se uma busca intensa pela diminuição de resíduos nas
indústrias ou reutilização dos mesmos, visando à redução dos riscos causados pelos
mesmos a natureza, e conseqüentemente a população em geral. Na indústria de
transformação de óleos graxos, na fase de tratamento,é extraído o glicerol, o qual é
descartado, devido aos altos custos para a agregação de valor dentro do país na
fabricação da glicerina, porém haja vista a necessidade de cada vez mais incentivarse a produção de biocombustíveis e dar um destino correto aos resíduos da
produção do mesmo, justifica-se pesquisar o reaproveitamento dos resíduos deste
processo para a síntese de triglicerídeo visando demonstrar se essa transformação
reduzirá os impactos ambientais provocados pelas indústrias de biocombustíveis.
O triglicerídeo tem tido papel importante em muitos segmentos, por exemplo:
materiais poliméricos, lubrificantes, biocombustíveis, revestimentos, adesivos
estruturais, entre outros. Tendo em vista a importância do problema que é glicerol
proveniente de um processo de produção de biodiesel verificou-se a necessidade de
um estudo para a formação de um ciclo reacional envolvendo ácido graxo e glicerol
para evitar a produção deste. O seguinte trabalho tem por objetivo sintetizar
triglicerídeo através de uma reação de esterificação utilizando glicerol e ácido graxo
como reagentes, sendo estes dois subprodutos da produção de biodiesel e das
indústrias alimentícias respectivamente, com uma proporção de 1:3, sendo uma
molécula de glicerol para cada três moléculas de ácido graxo. O triglicerídeo
encontrado como produto desta reação poderá ser utilizado para vários fins,
inclusive poderá ser reutilizado para a produção do biodiesel fechando-se um
processo cíclico com a produção do subproduto glicerol, que voltaria para o
processo após a transformação para triglicerídeo, que é onde se encontra o maior
problema para reutilização da enorme quantidade de glicerol produzido no processo
como subproduto.
2 DETALHAMENTO DAS ATIVIDADES
Este trabalho baseou-se basicamente na utilização de amostras de ácidos
graxos provindos de indústrias alimentícias e glicerol provindo de indústrias de
biodiesel, e ácido acético proveniente de vinagre. Objetivando a síntese do
triglicerídeo, sendo esta realizada no laboratório de química da Universidade
Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI Santo Ângelo.
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Foram realizadas 9 reações variando-se as temperaturas de 80 a 120 ºC e
os tempos de 4 a 16 horas.
Para estas, inicialmente adicionou-se em um balão volumétrico de fundo
chato de 200ml, 0,92g de glicerol, 5g de ácido graxo e 0,5ml de ácido acético, a fim
de acidificar o meio. Fizeram-se as pesagens e após passou-se para o banho-maria,
montado em uma chapa de aquecimento com agitador magnético e controle de
temperatura acoplado, o qual já apresentava a temperatura adequada a cada
reação, iniciando-se então a agitação, a qual permaneceu pelo tempo necessário
para cada coleta.
A partir das amostras coletadas, fizeram-se testes de cromatografia em
camada delgada (CCD). Passadas as 4 horas iniciais, fez-se a primeira coleta de
amostra.
As amostras foram coletadas e diluídas em 3 ml de hexano e posteriormente
aplicadas nas placas cromatográficas com auxílio de um capilar de vidro e estas por
sua vez colocadas na cuba de vidro e posteriormente analisadas no ultravioleta.
Este procedimento repetiu-se para todas as reações investigadas.
As amostras foram também avaliadas por ressonância magnética nuclear de
hidrogênio Detalhamento das atividades.
3 ANÁLISE E DISCUSSÃO DO RELATO
As reações de síntese de triglicerídio foram monitoradas por placas
cromatográficas utilizando-se como solvente uma mistura equivalente de Etanol e
Ácido acético, as análises qualitativas nos mostraram que o reagente glicerol foi
totalmente consumido (Figura 1), o que nos permitiu afirmar que o produto
triglicerídio foi formado, para tanto as amostras foram analisadas por ressonância
magnética nuclear de hidrogênio para a caracterização deste triglicerídio (Figura 2).
Estas análises nos confirmaram a formação de triglicerídio para as nove reações
investigadas variando-se o tempo reacional de 4, 8 e 16 horas e a temperatura de
80, 100 e 120º. As reações a 80, 100 e 120 ºC ocorreram respectivamente após 16,
8 e 4 horas para a conversão total conforme monitoramente por placas
cromatográficas com um rendimento de 90%. Assim verifica-se uma relação
diretamente proporcional entre temperatura e tempo reacional para a formação do
triglicerídio.
Figura 1. Placa cromatográfica do produto, ácido graxo e glicerol.
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Figura 2. RMN de 1H do triglicerídio sintetizado.
O triglicerídio sintetizado pode assim ser caracterizado por RMN de ¹H: O
sinal (tripleto) em 0,9 ppm é referente aos 3 hidrogênios H1 da metila, o sinal
(multipleto) entre 1,5 e 1,3 ppm é atribuído aos hidrogênios H2 de 7 grupamentos
metilênicos (CH2) das cadeias alifáticas, o sinal (quinteto) entre 1,7 e 1,5 ppm é
atribuído aos hidrogênios H3 do grupamento CH2 vizinho as cadeias alifáticas. O
sinal (quinteto) entre 2,1 e 1,9 ppm é atribuído aos hidrogênios H4 ligados ao
carbono alfa do carbono da carbonila. O sinal (tripleto) entre 2,4 e 2,2 ppm é
atribuído aos hidrogênios H5 do carbono beta a carbonila, o sinal em 3,6 ppm se
refere aos hidrogênios da água. O sinal em 5,4 ppm corresponde aos hidrogênios
H6 e H7 do grupamento CH2 e CH do triglicerídio.( Figura 2).
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Contudo através do testes cromatográficos e das análises de ressonância
magnética nuclear de hidrogênio, pode-se concluir que o triglicerídio foi obtido, e os
resultados de ressonância magnética nuclear nos evidenciaram que a cadeia do
triglicerídio era formada em média por 11 grupamentos CH2, estes grupamentos
aliados ao carbono da carbonila sugerem que o ácido graxo utilizado seja de um
ácido dodecanóico. Desta forma, pode-se inferir que houve a formação de
triglicerídio que está sendo analisado através de reações de transesterificação e
análise dos produtos por CG/MS. Diante destes resultados acredita-se que após as
análises finais consiga-se atingir os objetivos propostos oferecendo-se uma
alternativa para as reações de produção de biodiesel de forma que este consiga se
aproximar de uma “química mais verde” diante da situação atual. Uma vez que,
utilizaria-se os subprodutos de sua produção e ácido acético que se trata de
condição bem mais branda que as atuais disponíveis para reação de esterificação.
5 REFERÊNCIAS
DUPONT, Jairton. Economia de átomos, engenharia molecular e catálise
organometálica bifásica: conceitos moleculares para tecnologias limpas.
Quimica Nova, v. 23, n. 6, p. 825-831, 2000.
NETO, Pedro Ramos Costa; ROSSI, Luciano Fernando dos Santos; ZAGONEL,
Giuliano Fernandes; RAMOS, Luiz Pereira. Transesterificação de óleo comestível
usado para a produção de biodiesel e uso em transportes. Disponível em
www.biodieselecooleo.com.br/biodiesel/estudos/biocombustivel%20alternativo.htm>
Acesso em: 31 de maio de 2011.
SUAREZ, Paulo Anselmo Ziani; MENEGHETI, Simoni Margareti Plentz,
MENEGHETI, Mário. Roberto; WOLF, Carlos Rodolfo. Transformação de
URI, 27-29 de junho de 2012.
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triglicerídeos em combustíveis, materiais poliméricos e insumos químicos:
algumas aplicações da catálise na oleoquímica. Química Nova, v.30, n.3, 2007.
URI, 27-29 de junho de 2012.