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Type: Tese de Doutorado
Title: Valorização dos compostos terpênicos via catálise por heteropoliácidos: isomerização de compostos terpênicos e síntese do florol
Authors: Augusto Luis Pereira de Meireles
First Advisor: Elena Vitalievna Goussevskaia
First Co-advisor: Kelly Alessandra da Silva Rocha
First Referee: Alzir Azevedo Batista
Second Referee: Victor Luis dos Santos Teixeira da Silva
Third Referee: Fabiano Vargas Pereira
metadata.dc.contributor.referee4: Luciano Andrey Montoro
Abstract: Os terpenos são encontrados na natureza como os principais constituintes nos óleos essenciais de plantas. Os terpenos naturais e seus derivados sintéticos são muito importantes para as indústrias de perfumes, farmacêuticas e de cosméticos. Muitos terpenóides de alto valor agregado são produzidos industrialmente por meio de transformações de outros compostos terpênicos mais abundantes catalisadas por ácidos. Os heteropoliácidos (HPAs) da série de Keggin são amplamente conhecidos como catalisadores ácidos verdes e atraentes para muitos processos importantes na Química Fina, devido à sua forte acidez de Brønsted e elevada estabilidade química. Heteropoliácidos suportados podem ser usados como catalisadores heterogêneos em solventes apolares ou de baixa polaridade sem problemas de lixiviação. Por outro lado, para o desenvolvimento de processos catalíticos heterogêneos em solventes polares, nos quais HPAs são altamente solúveis, seus sais insolúveis representam uma excelente alternativa. Em particular, o Cs2,5H0,5PW12O40 (CsPW), um composto com elevada acidez de Brønsted e boa área específica (em torno de 150 m2.g-1) pode ser usado como catalisador ácido heterogêneo em solventes polares. Até mesmo em sistemas homogêneos, o HPA pode ser recuperado e reciclado sem neutralização por meio de sua precipitação com um solvente apolar. O heteropoliácido H3PW12O40 pode ser aplicado como um catalisador homogêneo na síntese do [alfa]-bisabolol, um composto de alto valor e que possui uma alta demanda nas indústrias de fragrâncias, cosméticos e farmacêuticas. Em soluções de acetona, o [alfa]-bisabolol pode ser obtido com 55-60% de rendimento a partir do nerolidol e com 60-70% de rendimento a partir do farnesol com total conversão do substrato. Pelo método de síntese proposto é possível obter o [alfa]-bisabolol livre da presença de farnesol, que é considerado um agente alergênico e deve ser evitado nos produtos nos quais o [alfa]-bisabolol é aplicado comercialmente. Os principais subprodutos desse processo são o [alfa]-bisaboleno e o ß-bisaboleno, compostos também com aplicações comerciais. O catalisador demonstra altos turnover numbers e opera em condições brandas, próximas às condições ambientes. A isomerização do óxido de cariofileno, um dos compostos sesquiterpênicos mais amplamente encontrado em uma grande variedade de óleos essenciais, catalisada pelo sal de césio do heteropoliácido fosfotungstato, Cs2,5H0,5PW12O40, leva à formação de compostos sesquiterpênicos oxigenados policíclicos com estrutura do clovano. O cloven-9-ol e o clovan-2,9-diol podem ser obtidos com uma seletividade conjunta de até 80% ou uma seletividade individual de até 60% para cada (sob diferentes condições de reação). O processo é ambientalmente benigno e utiliza os solventes orgânicos verdes: dimetilcarbonato, dietilcarbonato e 2-metiltetrahidrofurano. As reações ocorrem sob condições próximas a ambiente na presença de pequenas quantidades de catalisador e não apresentam problemas de lixiviação. O catalisador sólido pode ser removido do meio reacional através de uma simples centrifugação e os pontos de ebulição relativamente baixos dos solventes permitem sua fácil separação dos produtos por simples destilação. O Florol é um composto não natural utilizado na indústria como uma mistura racêmica de seus diasteroisômeros em um grande número de formulações de fragrâncias conferindo um aroma floral sem alterar as propriedades do perfume. O Florol pode ser sintetizado utilizando os catalisadores 20% H3PW12O40/SiO2 e o Cs2,5H0,5PW12O40 em sistemas heterogêneos com rendimentos de 70-80% e elevados valores de TON. O processo pode ser realizado utilizando os solventes orgânicos verdes não tóxicos e biodegradáveis, tais como o dimetilcarbonato, dietilcarbonato e 2-metiltetrahidrofurano. As reações ocorrem na presença de pequenas quantidades de catalisador e não apresentam problemas de lixiviação. O CsPW pode ser removido do meio reacional através de uma simples centrifugação e reutilizado.  
Abstract: Terpenes are found in nature in essential oils of plant materials, often as main constituents. Terpenes and their synthetic derivatives represent an important renewable feedstock for perfumery, pharmaceutical and cosmetic industries. Various useful terpenoid products are industrially produced through the acid catalyzed transformations of more abundant terpenes. Heteropoly acids (HPAs) of the Keggin series are widely recognized as attractive acid catalysts for the green synthesis of many fine and specialty chemicals for important processes in fine chemistry due to the strong Brønsted acidity and high chemical stability. Supported HPAs can be used as heterogeneous catalysts in non-polar and weakly polar media without leaching problems. On the other hand, for heterogeneous catalysis in polar solvents, where HPAs are highly soluble, their insoluble acidic salts represent excellent alternative. In particular, Cs2.5H0.5PW12O40 (CsPW), a compound with strong Brønsted acidity and large surface area, can be used as a heterogeneous acid catalyst in polar media. Even from homogeneous systems HPAs can be recovered and recycled without neutralization by precipitating with a non-polar solvent. The H3PW12O40 is a homogeneous catalyst for the synthesis of -bisabolol, a high-priced and highly demanded ingredient for the fragrance, cosmetic and pharmaceutical industries, starting from more abundant biomass-based sesquiterpenic alcohols. In acetone solutions, -bisabolol can be obtained in 5560% yields from nerolidol and 6070% yields from farnesol at complete substrate conversions. -bisabolol synthesized by this method contains no farnesol, which is a potentially allergenic compound and should be avoided in the commercially used -bisabolol. The catalyst shows high turnover numbers and operates under mild nearly ambient conditions. The isomerization of caryophyllene oxide, one of the most widespread sesquiterpenes found in various essential oils, catalyzed by the acidic Cs salt of tungstophosphoric heteropoly acid, Cs2.5H0.5PW12O40, gives much rarer polycyclic oxygenated sesquiterpenes with a clovane structure. Cloven-9-ol and clovan-2,9-diol can be obtained with up to 80% combined selectivity and 60% individual selectivity each (under different reaction conditions). The process is environmentally benign and can be performed not only in conventional solvents such as 1,2-dichloroethane and acetone but also in eco-friendly green organic solvents such as dimethylcarbonate, diethylcarbonate and 2-methyltetrahydrofuran. The reactions occur under ambient conditions at low catalyst loadings without catalyst leaching. The solid catalyst can be simply centrifuged from the reaction mixture. Florol is a non-natural, floral odorant handled in the industry as a racemic diastereoisomeric mixture which can be used in a large number of fragrances and formulations conferring floral scents without changing the olfactory character of the perfume. In this work, Florol was synthesized using 20% H3PW12O40/SiO2 and Cs2,5H0,5PW12O40 as heterogeneous catalysts with 70-80% yield and high turnover numbers (TON). The process can be performed in environment-friendly green organic solvents, such as dimethylcarbonate, diethylcarbonate and 2-methyltetrahydrofuran. The reactions occur with small catalyst amounts without leaching problems. The CsPW can be removed by simple centrifugation, and then reutilized.
Subject: Terpenios
Catálise
Isomerização
Química fina
Quimica inorganica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-AR7QEM
Issue Date: 31-Jul-2017
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