Limonene epoxidation studies in order to obtain natural monomers

Orientador: Rubens Maciel FilhoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Uma das olefinas de fontes renováveis de maior importância no Brasil é o Limoneno, terpeno que compõe cerca de 90% do óleo da casca da laranja. O Brasil é o maior produtor mundial de laranja, com uma produção, entre 2010-2011, de cerca de 15,33 milhões de toneladas do fruto, dos quais 89% da produção são destinadas à produção de suco, sendo a casca e o óleo fixo, resíduos do processo. A parte volátil do óleo é constituída majoritariamente de (R)-limoneno (90 %). Terpenos como o limoneno, podem ser submetidos a reações de oxidação catalítica nos quais os epóxidos são os principais produtos, e podem ser utilizados como precursores para uma ampla variedade de produtos como fármacos, fragrâncias e na fabricação de biopolímeros e resinas. Mediante ao exposto, este trabalho tem por objetivo o estudo da epoxidação de limoneno para a obtenção de epóxidos que possam ser utilizados como monômeros para a síntese de biomateriais para a construção de dispositivos médicos, sendo que avaliou-se sistemas epoxidativos contenho metiltrioxorênio, montmorilonita e alumina. O sistema mais promissor, utilizando H2O2 como oxidante, ?-Al2O3 como catalisador em acetato de etila, foi avaliado em condições reacionais brandas, a 80 °C em pressão atmosférica, caracterizando um sistema verde. As variações na concentração inicial de reagentes a fim de entender o sistema foram estudadas, o que direcionou o estudo para sua otimização via planejamento de experimentos, sendo atingida uma conversão de 100 % em 10 h de reação. A obtenção de limoneno por evaporação de passo curto do óleo de laranja também foi estudada e otimizada, chegando-se à pureza de 99,6 %. O ensaio nas condições ótimas de reação com o limoneno obtido do óleo de laranja mostrou-se idêntico ao limoneno comercial. Os resultados obtidos demonstram a eficácia tanto do processo de obtenção do limoneno, como do sistema reacional com uma produção limpa, uma característica imprescindível para biofabricaçãoAbstract: One of the most important olefins from a renewable source of in Brazil is limonene. The orange peel oil is about 90% limonene. Brazil is the largest producer of orange in the world wild, with a 2010-2011 production about 15.33 million tons of fruit. About 89% of the fruits are intended for the production of juice, which peel and fixed oil are residue from the process. The volatile oil portion is composed predominantly of (R)-limonene. Terpenes such as limonene, may be subjected to catalytic oxidation reactions where the epoxides are the main products, and can be used as precursors for a wide variety of products such as pharmaceuticals, fragrances and the manufacture of biopolymers and resins. By the above, this work is dedicated to study the epoxidation of limonene in order to obtaining epoxides that may be used as monomers for the synthesis of biomaterials with chemical quality to medical devices manufacturing. Thus, some systems like methyltrioxorhenium, montmorillonite and alumina were tested. The most promissory system, using H2O2 as oxidant, ?-Al2O3 as catalyst and ethyl acetate as solvent, was evaluated in mild reaction conditions, at 80 °C at atmospheric pressure, featuring a green system. It was carried out the initial concentration of the substrate, oxidant and catalyst variation studies in order to understand the system, which directed for the optimization by experimental design. It was achieved a 100% of conversion in 10 hours of reaction. It was also studied the limonene purification by short path evaporation of the orange oil. It was achieved a limonene with 99.6 % of purity. The optimum reaction conditions were performed with limonene obtained from orange oil, the comparative result showed and an identical behavior between the commercial and the distillated limonene. These results demonstrate the effectiveness of both the process, the limonene obtainment and the reaction system with a clean and no toxic production, an essential feature for biofabricationMestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic