Solventes sustentáveis para a hidroformilação

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tipo

Tese de doutorado

Título alternativo

Sustainable solvents for hydroformylation

Primeiro orientador

Membros da banca

Simoni Margareti Plentz Meneghetti
Rafael Mafra de Paula Dias
Flávia Cristina Camilo Moura
Maria Helena de Araujo

Resumo

Reações de hidroformilação são realizadas na indústria para produzir aldeídos alifáticos utilizados na síntese de produtos de maior valor agregado. São preocupantes os impactos que os solventes convencionais utilizados nesses processos causam na saúde humana e no meio ambiente, motivando a pesquisa por formas alternativas de produção, seguindo os princípios da química verde e sustentável. Neste trabalho foi investigado o efeito do solvente na hidroformilação do 1-octeno, estireno, diisobutileno, estragol, limoneno, álcool perílico, α-pineno, mirtenol e 1-hexeno catalisada por um sistema catalítico baseado em Rh/PPh3 ou Rh/Tris(2,4-di-tbutilfenil)fosfito. Os solventes testados foram: metoxiciclopentano (CPME), isosorbato de dimetila (DMI), cyrene™ e triacetato de glicerina (triacetina), considerados sustentáveis na literatura corrente, e os solventes biorrenováveis: pinano, mistura p-cimeno/p-mentano (2:1 v:v), solquetal, diidroeugenol e p-propilanisol. Foram analisadas as conversões, seletividades e taxa de reações, tendo como referência as reações em tolueno e texanol™ como solventes petroquímicos e o anisol e o carbonato de propileno como solventes sustentáveis. Na hidroformilação do 1-octeno e estireno, os solventes triacetato de glicerina e p-cimeno/p-mentano apresentaram desempenho igual ou superior ao do tolueno. Por ser classificado como solvente altamente sustentável o triacetato de glicerina foi utilizado como solvente para a hidroformilação dos demais substratos. Foi observado um aumento na taxa de reação e uma redução em reações simultâneas indesejáveis de isomerização da ligação C=C. A triacetina se mostrou de forma preliminar um solvente adequado para a reciclagem do catalisador por até 5 ciclos. Por meio das métricas de sustentabilidade (intensidade mássica de processo e fator E), o processo em triacetina se mostrou mais sustentável comparado ao tolueno. Os solventes se provaram alternativas promissoras para serem utilizadas na hidroformilação de olefinas petroquímicas e biorrenováveis, com destaque para a triacetina.

Abstract

Hydroformylation reactions are employed in industry producing aliphatic aldehydes used in the synthesis of higher value-added products. Conventional solvents used in these processes impact negatively on human health and in the environment, motivating the search for alternative forms of production, following the principles of green and sustainable chemistry. In this work, the effect of the solvent on the hydroformylation of 1-octene, styrene, diisobutylene, estragole, limonene, perillyl alcohol, α-pinene, myrtenol and 1-hexene catalyzed by a catalytic system based on Rh/PPh3 or Rh/TBPP was investigated. The solvents tested were: methoxycyclopentane (CPME), dimethyl isosorbate (DMI), cyrene™ and glyceryl triacetate (triacetin), considered sustainable in the current literature, and the biorenewable solvents: pinane, p-cymene/p-menthane mixture (2:1 v:v), solketal, dihydroeugenol and p-propylanisole. The conversions, selectivities and reaction rates were analyzed, taking as reference the reactions in toluene and texanol™ as petrochemical solvents and in anisole and propylene carbonate as sustainable solvents. In the hydroformylation of 1-octene and styrene, the solvents glyceryl triacetate and p-cymene/p-menthane had their performance equal to or better than that in toluene. Since glyceryl triacetate is classified as a highly sustainable solvent, it was used as a solvent for the hydroformylation of the other substrates. An increase in the reaction rate and a reduction in concurrent C=C isomerization reactions were observed. Triacetin has preliminarily proven to be a suitable solvent for catalyst recycling for up to 5 cycles. Through sustainability metrics (PMI and E factor), the process in triacetin has proven to be more sustainable compared to toluene. The solvents have proven to be promising alternatives for use in the hydroformylation of petrochemical and biorenewable olefins, with outstanding results for triacetin.

Assunto

Química inorgânica, Solventes, Aldeídos, Química ambiental, Catalisadores, Tolueno, Olefinas, Terpenios, Hidrogenação, Catálise

Palavras-chave

Hidroformilação, Solventes verdes, Triacetina, Insumos renováveis, Olefinas, Terpenos

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