Slide 1 - RExLab

SÍNTESE E ANALISE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS DE
INTERESSE INDUSTRIAL
Engenharias e Computação.
Rogério Sorato(IC) e Jair Juarez João(PQ)
Pesquisa Artigo 170 - Curso Engenharia Química - Tubarão
Introdução
As sucessivas crises nas indústrias químicas e alimentícias vêm colaborando para o
desenvolvimento de estudos visando à síntese de novos compostos orgânicos de interesse
industrial. Estudos na década de 90 apontaram dados quantitativos e qualitativos, a níveis
industriais e ambientais, de extrema importância para o planejamento das ações
governamentais e para o estabelecimento de uma política nacional direcionado a síntese de
compostos que agridam menos o meio ambiente. Devido à problemática de estudo e
interesse do mercado consumidor foi enfocada a pesquisa na síntese de aditivos alimentares.
Os aditivos alimentares são substâncias químicas ou misturas, dotadas ou não de valor
nutritivo, adicionadas intencionalmente aos alimentos com a finalidade de impedir alterações,
manter, conferir ou intensificar seu aroma, cor e sabor, manter ou modificar seu estado físico.
Devido ao elevado desenvolvimento tecnológico, as indústrias do setor produtivo têm
buscado soluções inovadoras para melhoria de seus produtos. Tais inovações, por sua vez,
são novos aditivos ou emprego de novas substâncias nos processos, baseados em
catalisadores heterogêneos com elevado grau de pureza, facilitando assim, a purificação dos
compostos. Com base nos dados relatados, o foco do presente trabalho foi limitado na
produção de novos aditivos alimentares, baseando-se na síntese de ésteres do acido cítrico
com alcoóis, utilizando dois tipos de catalisadores inorgânicos: ácido sulfúrico e ácido nióbico
(Nb2O5 . nH2O), produzido na sua forma ativa em pallets pela OXITENO, dentro dos padrões
de qualidade ISO 9001 e ISO 14001. Algumas recentes pesquisas listam várias aplicações de
interesse industrial, nos quais catalisadores contendo nióbio demonstram melhor ou igual
desempenho do que sistemas catalíticos tradicionais. O ácido nióbico apresenta-se como
potencial substituto de catalisadores convencionais por ser homogêneo, possuir acentuada
acidez e pelo fato de ser matéria-prima nacional. Por conseguinte, a aplicação do óxido de
nióbio e a utilização de matérias-primas abundantes são de grande importância econômica e
estratégica para o Brasil, devido sua potencialidade em ambos os casos.
Objetivos
Este trabalho teve como objetivo a determinação de metodologia e catálise para as reações
de esterificação do acido cítrico com álcoois. Testes dos produtos em alimentos e verificação
da atividade conservadora dos compostos.
Metodologia
As reações catalisadas pelo acido sulfúrico foram processadas adicionando-se 0,05 mols de
ácido cítrico em um balão de 100 mL e um Dean Stark acoplado. Em seguida, foi adicionado
1,5 mol de metanol ou etanol ou 1-butanol ou 1-pentanol e 1,8 mL do catalisador. A reação foi
mantida sob refluxo coletando amostras a cada 4hs. As reações catalisadas pelo NB-340
foram processadas adicionando-se 0,03 mols de ácido cítrico em um balão de 100 mL e um
Dean Stark acoplado, 0,5g de catalisador e 1g de sulfato de sódio anidro. Em seguida, foi
adicionado 0,15 mol de etanol ou 1-butanol ou 1-pentanol. A reação foi mantida sob refluxo
coletando amostras nos períodos de 4 e 8hs. Ao decorrer das reações os produtos foram
purificados por neutralização do ácido restante, centrifugação para separação das fases e
analisados segundo técnica de infravermelho. Para fins de testes, após obtenção dos
produtos, foi preparada uma emulsão em água do citrato de etila e adicionado,
propositalmente, em laranjas in-natura, juntamente com um branco para comparação por
cinco dias em ambiente contaminado por fungos.
Resultados
De acordo com os resultados apresentados na tabela 1, percebe-se que os alcoóis de maior
número de carbonos apresentaram maior conversão em éster. Este fato pode ser explicado
pela elevação da temperatura de reação de acordo com o aumento do número de carbonos
dos alcoóis, e também, devido ao equilíbrio das reações, que é deslocado à medida que se
forma a água, um subproduto da reação. Apesar de as reações terem excesso de um dos
substratos este não foi o suficiente para a obtenção de altas conversões, podendo ser
explicada pela grande quantidade de ligações de hidrogênio que circundam a reação,
facilitando assim, a interação com a água presente no meio. Foi observada uma leve
competição na reação de esterificação do pentanol-1 com a desidratação do mesmo,
podendo ser explicado pela elevada temperatura de reação na presença de ácido sulfúrico.
Para as reações catalisadas por óxido de nióbio (NB-340) percebe-se que em comparação
ao ácido sulfúrico as conversões em ésteres, além de serem maiores, tiveram o tempo de
reação diminuído consideravelmente. Provavelmente, a melhor conversão dos alcoóis
catalisados por óxidos se deve a eficiência na remoção de água do sistema, pelo uso de
cloreto de cálcio anidro e o uso de Dean Stark. Além da remoção da água da reação, a
acidez do catalisador tem papel predominante na conversão de alcoóis em ésteres. Os
sítios catalíticos do óxido de nióbio têm um efeito sinérgico na acidez global do catalisador.
Tabela 1- Rendimentos obtidos para reação de esterificação do ácido cítrico com alcoóis utilizando acido sulfúrico como
catalisador.
Temperatura de
reação (oC)
Tempo de
reação(h)
Conversão do
éster (%)
Metanol
~64,7
20
41
Etanol
~78,4
20
55
Butanol-1
~117
12
67
Pentanol-1
~137,9
12
78
Álcool
Tabela 2- Resultados das reações catalisadas por óxido de nióbio (NB-340). .
Álcool
Temperatura de
reação (oC)
Etanol
~78,4
Butanol-1
~117
Pentanol-1
~137,9
Tempo de
reação(h)
4
8
4
8
4
8
Conversão do
éster (%)
51
55
68
72
80
86
Os ésteres foram analisados por infravermelho. O éster citrato de etila, durante o teste
limitado em cinco dias, apresentou boas perspectivas em relação à atividade conservadora
e preservadora, inibindo a atividade dos fungos.
Conclusões
Através dos resultados obtidos pode-se concluir que, em comparação dos catalisadores, o
óxido de nióbio se mostrou mais eficiente que o ácido sulfúrico na esterificação de alcoóis
com ácido cítrico. Para melhorar a conversão das reações catalisadas por óxido de nióbio,
pode-se testar a elevação das temperaturas de reação, que de acordo com a literatura1,6 ,
aumenta consideravelmente na faixa de 150-180 oC. O ácido cítrico e seus sais derivados
já são bastante conhecidos, tendo propriedades conservadoras. A finalidade do projeto em
questão foi de desenvolver um composto derivado do ácido cítrico e testá-lo como aditivo
em alimentos. Não foi obtida na literatura dados sobre síntese e finalidades para estes
ésteres, o que dificultou o avanço na metodologia de síntese e aplicação dos mesmos. Se
tratando de uma inovação, este trabalho serve como um começo de estudo e
desenvolvimento de novos aditivos químicos que possam vir a atender ao setor produtivo,
uma vez determinadas as peculiaridades de metodologia e aplicação destes ésteres.
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