Valorización de glicerol mediante reacciones catalizadas por sólidos y/o enzimas

Abstract

El objetivo principal de este proyecto es la valorización de glicerol mediante su transfor-mación en productos valiosos empleando catálisis heterogénea y enzimática. Concreta-mente se propone estudiar la conversión de este poliol a través de varias rutas: 1) Formación selectiva de 1,3 propanodiol a partir de una solución acuosa de glicerol empleando catalizadores mono y bimetálicos soportados que favorezcan selectivamente la ruptura de enlaces C-O preservando la cadena carbonada y evitando reacciones indeseables. 2) Convertir selectivamente glicerol en alcohol alílico en una reacción en fase líquida, evaluando la viabilidad técnica del proceso empleando óxidos metálicos, evaluar el efecto de la temperatura y la cantidad del co-reativo (alcohol donante de hidrógeno) adicionado para obtener las condiciones óptimas de reacción, incluyendo relación de reactivos, velocidad de agitación y masa de catalizador. 3) Mejorar los procesos comerciales actuales de síntesis ácido láctico mediante el desarrollo de nuevos procesos alternativos no agresivos para el medio ambiente. Se busca obtener selectivamente ácido láctico a partir de hidroxicetonas como la dihidroxiacetona y la hidroxiacetona o acetol (HA), en presencia de agua empleando catálisis ácido-básica heterogénea. Para ello, es imprescindible alcanzar el conocimiento de la química superficial involucrada e identificar las especies superficiales que promueven selectivamente las reacciones consecutivas de isomerización, retroaldolización y deshidratación de las hidroxiacetonas. 4) Desarrollar un proceso catalítico en fase líquida discontinuo o semicontinuo para la producción de solketal evaluando una serie de catalizadores sólidos seleccionados y determinar la influencia de las condiciones de operación (temperatura, presión, relación de reactivos, entre otras) sobre la actividad catalítica, el rendimiento a solketal, la estabilidad y recuperación del catalizador. Se plantea emplear procesos catalíticos heterogéneos, sin uso de solventes, con el propósito de eliminar las etapas de separación y purificación de los productos y así tener un proceso químico más verde. 5) Producción de furanonas mediante reacciones de condensación y ciclización. En una primera etapa dos moléculas altamente funcionalizadas, hidroxiacetona y metilglioxal forman un producto aldol mediante una condensación aldólica; esta etapa puede realizarse empleando catálisis enzimática o catálisis heterogénea. La segunda etapa, que involucra la ciclización y deshidratación del producto aldol intermediario para formar la furanona sustituída que se llevará acabo modificando el pH del medio o bien en presencia de catalizadores inorgánicos. Ambas etapas se estudiarán primero por separado, optimizando en cada caso las condiciones de reacción para favorecer la obtención selectiva del producto deseado. Luego de seleccionar los catalizadores más promisorios para cada ruta de reacción propuesta y las condiciones óptimas de reacción, se profundizará el estudio del mecanismo de reacción involucrado así como la desactivación de los catalizadores y su potencial reusabilidad, de manera de lograr desarrollar catalizadores activos, selectivos y estables.

The aim of this project is the valorization of glycerol through its transformation into valuable products using heterogeneous and enzymatic catalysis. Specifically, it is pro-posed to study the conversion of this polyol through several routes: 1) Selective formation of 1,3 propanediol from an aqueous glycerol solution using sup-ported mono- and bimetallic catalysts that selectively favor the breaking of C-O bonds, preserving the carbon chain and avoiding undesirable reactions. 2) Selectively convert glycerol into allyl alcohol in a liquid phase reaction, evaluating the technical feasibility of the process using metal oxides, studying the effect of temper-ature and the amount of co-reagent (hydrogen donor alcohol) added in order to obtain optimal conditions of reaction, including ratio of reactants, stirring speed and mass of catalyst. 3) Improve the current commercial lactic acid synthesis processes by developing new alternative processes that are not aggressive to the environment. The aim is to selectively obtain lactic acid from hydroxyketones such as dihydroxyacetone and hydroxyacetone or acetol, in the presence of water using heterogeneous acid-base catalysis. Thus, it is essential to achieve knowledge of the surface chemistry involved and identify the surface species that selectively promote the consecutive reactions of isomerization, retro-aldoli-zation and dehydration of hydroxyacetones. 4) Develop a discontinuous or semi-continuous liquid phase catalytic process for the pro-duction of solketal by evaluating a series of selected solid catalysts and determining the influence of operating conditions (temperature, pressure, reactants ratio, among others) on the catalytic activity, solketal yield, stability and recovery of the catalyst. It is pro-posed to use heterogeneous catalytic processes, without the use of solvents, with the pur-pose of eliminating the separation and purification stages of the products and thus having a greener chemical process. 5) Production of furanones through condensation and cyclization reactions. In a first step, two highly functionalized molecules, hydroxyacetone and methylglyoxal, form an aldol product through an aldol condensation (this step can be carried out using enzymatic ca-talysis or heterogeneous catalysis). The second step, which involves the cyclization and dehydration of the intermediate aldol product to form the substituted furanone, will be carried out by modifying the pH of the medium or in the presence of inorganic catalysts. Both stages will first be studied separately, optimizing the reaction conditions in each case to favor the selective obtaining of the desired product. After selecting the most promising catalysts for each proposed reaction route and the optimal reaction conditions, the study of the reaction mechanism involved will be deep-ened, as well as the deactivation of the catalysts and their potential reusability, in order to develop active, selective catalysts. and stable.