Síntesis catalítica directa de mentoles a partir de citral

Abstract

En esta tesis se estudió por primera vez la síntesis de mentoles a partir de citral, en un proceso catalítico heterogéneo de una etapa y en fase líquida, una ruta sintética novedosa, ventajosa económicamente, simple y amigable ambientalmente. Por su parte, el citral constituye, por su gran disponibilidad, una materia prima atractiva. La síntesis planteada involucra tres reacciones sucesivas: la hidrogenación de (E,Z)-citral para dar (±)-citronelal, la isomerización de este último a pulegoles y la hidrogenación del pulegol para dar mentoles. El desafío planteado fue desarrollar un catalizador capaz de promover eficientemente las tres reacciones involucradas en la síntesis siendo, además, selectivo a los intermediarios y productos de interés sin dar lugar a la formación de los numerosos productos indeseables cuyas reacciones entran en competencia en cada etapa con las reacciones propias de la síntesis. Habiéndose estudiado por separado las funciones catalíticas requeridas en al síntesis, se verificó que el tolueno es un solvente adecuado, mientras que el 2-propanol puede impedir que se produzca la reacción de isomerización sobre ciertos catalizadores. Los estudios realizados con catalizadores bifuncionales, preparados por impregnación de Al-MCM-41 y zeolita H-BEA, mostraron que los catalizadores preparados con Ni fueron los que producen mayores rendimientos en mentoles. El catalizador bifuncional Ni/Al-MCM-41 mostró la mayor selectividad a mentoles, con un rendimiento total del 90%. La mezcla de mentoles obtenida estuvo conformada por un 72% de (±)-mentol. La diasteroselectividad de la reacción fue similar para todos los catalizadores de níquel preparados.

In this work was studied for the first time the synthesis of menthols from citral, using a one-step liquid-phase heterogeneous catalytic process - a novel, profitable, simple, and environment-friendly synthetic route. In this sense, citral constitutes a very attractive row material, because of its high availability and low-cost. The proposed synthesis involves three consecutive reactions: (E,Z)-citral hydrogenation to (+,-)-citronellal, isomerization of citral to produce isopulegols, and its successive hydrogenation to give menthols. The stated challenge was the development of a catalyst to efficiently promote the reactions associated to the proposed synthesis, without lateral undesirable reactions that are in competence with those from each step of the synthesis. Tests made with impregnated bifunctional catalysts, showed that Al-MCM-41- and H-BEA-supported Ni produces the higher yields of menthols. Ni/Al-MCM-41 bifunctional catalyst showed the higher selectivity to menthol, with a total yield of 90%. The (+,-)-menthol content in the obtained mixture was 72%. Diasteroselectivity was similar for all the prepared nickel catalysts.