Transesterificação: mecanismo, em ácidos graxos, em microalgas, usa - Ciência - 2023

Contente

o transesterificação É uma reação química sofrida pelos ésteres. O grupo alcoxi do éster é substituído por outro geralmente em condições ácidas ou básicas. Esses tipos de reações são realizadas por um mecanismo idêntico ao da hidrólise do éster. No entanto, muitas vezes a transesterificação não ocorre quando o álcool é terciário.

Por ser uma reação de equilíbrio, deve mover-se na direção desejada utilizando um considerável excesso do álcool que se deseja estar presente na estrutura final ou eliminando o outro.

O fato de o equilíbrio reacional ser reversível, com mecanismos equivalentes para as reações diretas e inversas, implica que a transesterificação se mostra como o exemplo mais adequado para iniciar o estudo dos mecanismos de substituição nucleofílica no grupo acila quando é catalisada. por um ácido ou por uma base.

Mecanismo de transesterificação

As reações de transesterificação são geralmente catalisadas por ácido ou base.

Em bases

Quando uma base é usada como catalisador, o mecanismo de reação envolve uma substituição nucleofílica simples no grupo acila que é dividida em duas etapas: a adição do nucleófilo e a eliminação do grupo de saída.

Em ácidos

No caso da transesterificação catalisada por ácido, a reação também é dividida nas duas etapas mencionadas acima, mas uma transferência de prótons é necessária antes e depois de cada uma delas.

Ou seja, o ataque nucleofílico do álcool é precedido pela protonação do grupo carbonila e, após ocorrer, é necessário que ocorra a desprotonação. Da mesma forma, a eliminação do grupo de saída é precedida por sua protonação e, uma vez que a etapa de eliminação é concluída, a desprotonação ocorre novamente.

Como o mecanismo acima pode gerar a formação de ácidos carboxílicos pela reação do carbocátion (produto da protonação do grupo carbonila) com água presente no meio de reação, as reações de transesterificação catalisadas por ácido devem ser realizadas na ausência de água.

Em alguns casos, a transesterificação pode ser realizada em um meio não catalítico. No entanto, isso só é possível em condições supercríticas (temperatura e pressão mais altas), o que não é economicamente viável.

Transesterificação de ácidos graxos

Os óleos vegetais, de sementes e frutos de plantas, são compostos principalmente por triglicerídeos (triésteres de glicerol) que incluem três ácidos graxos de cadeia longa responsáveis pela alta massa molecular e baixa volatilidade desses óleos.

Ao submetê-los a um processo de transesterificação com metanol, os óleos são convertidos nos ésteres metílicos dos três ácidos graxos individuais. O glicerol também é gerado como um subproduto da reação.

Álcoois e catalisadores

Além do metanol, outros álcoois de cadeia curta, como etanol, propanol, butanol e pentanol, são freqüentemente usados na transesterificação de ácidos graxos. No entanto, metanol e etanol são preferidos:

Metanol devido às suas propriedades físico-químicas particulares.
O etanol porque é menos tóxico e pode ser produzido a partir de fontes renováveis.

Os catalisadores usados na reação podem ser ácidos ou básicos. Porém, é comum que o processo seja realizado em ambiente alcalino, pois a eficiência da reação é maior e, além disso, menos danos são gerados nos equipamentos utilizados em decorrência da corrosão.

Biodiesel

Como as massas moleculares dos ésteres metílicos obtidos são de aproximadamente um terço da massa molecular do triglicerídeo original, sua volatilidade é maior e podem ser usados em motores a diesel.

Portanto, a mistura de ésteres metílicos obtida dos ácidos graxos costuma ser chamada de biodiesel. No entanto, sua composição dependerá da estrutura das cadeias de ácido carboxílico que compõem cada triglicerídeo.

Transesterificação em microalgas

Os triglicerídeos também podem ser obtidos a partir de microalgas. Essas espécies não apenas os sintetizam naturalmente, mas também os armazenam como uma reserva de energia de carbono em suas células quando não podem mais se dividir.

Vantagem

Com relação aos óleos vegetais, as microalgas apresentam diversas vantagens no que diz respeito ao seu uso como matéria-prima para a obtenção do biodiesel. Além de produzirem uma quantidade maior de biomassa por apresentarem altas taxas de crescimento, não representam uma competição pelas áreas de cultivo destinadas à produção de alimentos.

As microalgas podem crescer em condições tão adversas quanto aquelas encontradas em terras não aráveis ou corpos de água doce e salgada, como lagoas, lagos, mares e oceanos.

Transesterificação catalisada por ácido

Como o óleo de microalgas contém mais ácidos graxos livres do que os óleos vegetais, que produzem reações colaterais adversas em um meio básico, um processo de esterificação usando catalisadores ácidos deve ser realizado antes da transesterificação usual.

Diante disso, os catalisadores sólidos apresentam grande potencial na transesterificação de microalgas. Além de poderem ser usados várias vezes e facilmente separados do meio reacional, o glicerol puro é obtido sem subprodutos, uma vez que o processo não é afetado pela umidade presente nas matérias-primas e ácidos graxos livres.

Aplicações dotransesterificação

A transesterificação é usada principalmente na produção de biodiesel; Não há apenas benefícios econômicos, mas as emissões de gases de efeito estufa são reduzidas. Porém, a grande versatilidade da transesterificação tem permitido seu uso tanto no laboratório quanto na indústria.

Síntese de éster

Quando se trata da síntese de ésteres, a transesterificação geralmente apresenta mais vantagens do que o uso de ácidos carboxílicos e álcoois em certos casos particulares.

Os ésteres são solúveis na maioria dos solventes orgânicos, enquanto alguns ácidos carboxílicos têm solubilidade muito baixa, o que torna difícil realizar uma esterificação homogênea. Então, a transformação éster-éster a partir de ésteres metílicos e etílicos disponíveis comercialmente é particularmente útil.

Polimerização

A transesterificação também é útil para abrir o anel de lactona que resulta na formação de um poliéster.

Embora hoje a produção de tereftalato de polietileno (PET) seja baseada quase inteiramente na esterificação direta do ácido tereftálico, a reação de transesterificação entre o tereftalato de dimetila e o etilenoglicol costumava ser usada na produção. deste poliéster.

Por outro lado, a transesterificação é fundamental na indústria de tintas, pois a cura (poliesterificação) de resinas alquídicas permite melhorar as propriedades de tintas nas quais óleos vegetais são utilizados como matéria-prima.

Referências

Da Silva, V. T., & Sousa, L. A. (2013). Melhoria Catalítica de Gorduras e Óleos Vegetais para Produção de Combustíveis. The Role of Catalysis for the Sustainable Production of Bi-Fuels and Bio-Chemicals, 67-92.
Makareviciene, V., & Skorupskaite, V. (2019). Transesterificação de microalgas para produção de biodiesel. Segunda e terceira geração de matérias-primas, 469-510.
Meneghetti, S. P., Meneghetti, M. R., & Brito, Y. C. (2013). Transesterificação, algumas aplicações e produção de biodiesel. Virtual Journal of Chemistry, 5 (1), 63-73.
Nasreen, S., Nafees, M., Qureshi, L. A., Asad, M. S., Sadiq, A., & Ali, S. D. (2018). Revisão dos métodos de transesterificação catalítica para produção de biodiesel (pp. 93-119). IntechOpen.
Schuchardt, U., Sercheli, R., & Vargas, R. M. (1998). Transesterificação de óleos vegetais: uma revisão. Journal of the Brazilian Chemical Society, 9 (3), 199-210.
Smith, M. B. (2020). Química Orgânica Avançada de Março: Reações, Mecanismos e Estrutura (8^º ed.). Hoboken: John Wiley & Sons.
Vyas, A. P., Verma, J. L., & Subrahmanyam, N. (2010). Uma revisão dos processos de produção do FAME. Combustível, 89 (1), 1–9.
Wade, L. G. (2013). Química Orgânica (8^ºed.). Nova york. Pearson.