Síntese do 5-hidroximetilfurfural a partir de açúcares utilizando líquidos iônicos

Abstract

A procura pela utilização de matérias-primas renováveis tem atraído interesse do meio acadêmico e da indústria devido à preocupação crescente com o meio ambiente. Diante desta situação, a produção do 5- hidroximetilfurfural (HMF) a partir da conversão de açúcares é uma alternativa para a obtenção de um composto chave para a produção de poliésteres, poliamidas e poliuretano a partir de fontes renováveis. Neste trabalho, o HMF foi sintetizado utilizando diferentes líquidos iônicos à base de cloreto de imidazólio que são solúveis em água e o líquido iônico trifluorometanosulfonato de 1-decil-3-metilimidazólio (C10MI.CF3SO3) hidrofóbico. Estes processos foram catalisados por HCl ou AlCl3. Para as reações conduzidas com os LIs à base de cloreto de imidazólio, frutose ou glicose e os catalisadores foram avaliados a temperatura (80-120 ºC), e o tempo reacional (2-12 min). Obteve-se um rendimento superior a 90% e 30% partindo da frutose e glicose, respectivamente. Nos processos reacionais realizados com o C10MI.CF3SO3 e com uma solução aquosa de frutose, glicose ou sacarose (sistema bifásico) avaliouse a influência da temperatura (80-140 ºC), do tempo reacional (30-240 min), quantidade de catalisador (5-20% em massa) e a quantidade de açúcar (5-20% em massa). A utilização do C10MI.CF3SO3 apresentou a vantagem de facilitar o processo de separação do HMF utilizando água e sem a utilização de solventes orgânicos, reduzindo custos industriais. De forma geral, os catalisadores demonstraram um eficiente desempenho para a conversão da frutose e sacarose com rendimento em HMF acima de 60%. Para a glicose o rendimento em HMF foi de até 47%, acompanhado da formação de subprodutos.

The demand for the use of renewable raw materials is attracting the interest of the academic community and the industry due to the increasing preoccupation about the environment. Thus, the production of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) from sugar conversion is an alternative to obtain a key product for the production of polyesters, polyamides and polyurethane from renewable sources. In this study, HMF was synthesized using fructose, glucose and sucrose as a start material. Different imidazolium chloride based ionic liquids (ILs) which are water soluble were used. In addition, ionic liquid 1-decyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (C10MI.CF3SO3), which is hydrophobic, was employed. These processes were catalyzed by HCl or AlCl3. For reactions conducted with imidazolium chloride based ILs, fructose or glucose and catalysts, reaction’s temperature (80-140 ºC) and time (30-240 min) were evaluated. HMF yield higher than 90% and 30% was obtained from fructose and glucose, respectively. For reactions performed with C10MI.CF3SO3 and an aqueous solution of fructose, glucose or sucrose (biphasic system formation), the influence of the temperature (80-140 °C), the reaction time (30-240 min), the amount of catalyst (5-20% mass) and the amount of sugar (5-20% mass) were evaluated. The use of C10MI.CF3SO3 had the advantage of facilitating the HMF separation process using water and not organic solvents, thus reducing industrial costs. Typically, the employed systems have demonstrated effective performance for the conversion of sucrose and fructose into HMF with yield higher than 60%. For glucose, the HMF yield was below 47%, accompanied of the formation of byproducts.