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RELATÓRIO DE PROJETO DE PESQUISA ART. 170
Nome do Projeto: Síntese e Análise de Compostos Orgânicos de Interesse
Industrial
Nome do Orientador: Dr. Jair Juarez João
Nome do Bolsista: Rogério Sorato
Campus/Unidade: Tubarão
Data do Relatório: 09/07/2008
Tipo do Projeto: Artigo 170 final
1. 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 ambiente1. 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 acima 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 pesquisas5,8,9,10 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.
Assim sendo, após a obtenção dos produtos, adequação dos
mesmos as necessidades tecnológicas exigidas pelo setor produtivo e testes
em alimentos diversos, o presente trabalho pretende tornar-se uma inovação
tecnológica, contribuindo com o surgimento de novos compostos orgânicos de
interesse industrial na área química e alimentícia.
2. Objetivos
2.1 Objetivo Geral

Sintetizar e analisar compostos orgânicos de interesse para indústria
química e alimentícia.
2.2 Objetivos Específicos

Sintetizar compostos capazes de conservar alimentos.

Elaborar metodologia e catalisadores.

Fazer caracterização dos compostos obtidos.

Fazer testes perante alimentos selecionados.
3. Materiais e Métodos
3.1 Materiais e Reagentes
Listados abaixo, estão os equipamentos e reagentes utilizados nos
procedimentos laboratoriais.
Equipamentos
Reagentes
Catalisadores
Espectofotômetro de
Infravermelho
Centrífuga
Metanol
Ácido Sulfúrico
Etanol
Óxido de nióbio (NB-340)
Manta de aquecimento
Butanol
Balança analítica
1-Pentanol
Coluna de refluxo
Ácido Cítrico
Balão de fundo chato
Bicarbonato de Sódio
Cloreto de Cálcio Anidro
Clorofórmio
Tabela 1: Equipamentos, reagentes e catalisadores utilizados nos procedimentos.
3.2 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 1butanol 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.
4. Resultados e Discussões
As reações ocorrem com estequiometria de 1:3 de ácido e álcool. A
reação pode ser representada pela equação a seguir:
A tabela 2, a seguir, mostra resultados das reações catalisadas pelo
ácido sulfúrico.
Temperatura de
Tempo de
Conversão do
reação (oC)
reação(h)
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 ácido sulfúrico.
A tabela 3, a seguir, mostra os resultados das reações catalisadas
por óxido de nióbio (NB-340).
Álcool
Temperatura de
Tempo de
Conversão do
reação (oC)
reação(h)
éster (%)
4
51
8
55
4
68
8
72
4
80
8
86
Etanol
~78,4
Butanol-1
~117
Pentanol-1
~137,9
Tabela 3: resultados das reações catalisadas por óxido de nióbio (NB-340).
De acordo com os resultados apresentados na tabela 2, 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) percebese 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.
Os ésteres foram analisados por infravermelho, sendo que por
momento, não foi estabelecido um critério de seletividade dos ésteres
formados, mas sim uma análise quantitativa dos mesmos.
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. Sabe-se que, eventuais testes,
para terem resultados válidos, necessitam de metodologia específica, maior
acompanhamento e purificação dos compostos.
4.1 Outros Resultados
O presente trabalho será apresentado em forma de artigo no período
de 13 a 15 de novembro próximo, no XVI Encontro de Química da Região Sul
realizado pelo SBQ na Furb.
5. 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.
6. Referências
1. NASCIMENTO, Maria da Graça; NETO, Pedro Ramos da Costa; MAZUCCO,
Lílian Maria. Biotransformação de óleos e gorduras. Biotecnologia Ciência e
Desenvolvimento. V.19, p.28-31, 2001.
2. ILVERSTEIN, R.; M. Identificação de compostos Orgânicos. 5a edição,
Editora Guanabara Koogan, 1991.
3. VOGEL, Arthur Israel. Análise Orgânica Qualitativa. Tradução da 3a
edição. Rio de Janeiro, Ao livro Técnico, 1978.Vol. I.
4. LOPES, Wilson Araújo; FASCIO, Miguel. Esquema para Interpretação de
Espectros de Substâncias Orgânicas na Região do Infravermelho. Revista
Química Nova. V. 27, n. 4, p. 670-673, 2004.
5. DIAZ G, et al., J. Catal, 187, (1999) 1.
6. OXITENO. Boletim Técnico. Disponível em: <http://www.oxiteno.com.br>
acesso em: 16 de maio de 2008.
7. NIST. Propriedades Físico-químicas de Compostos Orgânicos.
Disponível em: <http://webbook.nist.gov/cji/cbook.cji?Scan=cob6730&Type=IR>
acesso em: 14 de maio de 2008.
8. CORTEZ, G. G.; et al. Influencia do Nióbio na Acidez do Sistema
Nb2O5/Al2O3. Livro de Resumo do VII Encontro Regional de Catálise,
Lorena/Cachoeira Paulista-SP, 2006.
9. BRAGA, S.V.; GARCIA, F.A.C.; DIAS, J.A.; DIAS, S.C.L. Esterification of
acetic acid with alcohols using supported niobium pentoxide on silicaalumina catalysts. Elsevier, Journal of Catalysis 133-135 (2008) 106–112.
10. TANABE K. Catalytic application of niobium compounds. Catalysis
Today, 78; 65-77; 2003.
11. CRC Handbook of chemistry and physics. 66 ed. Flórida: CRC, 1985-86.
2363 p.