Copper chloride as catalyst in the esterification of free fatty acids

Para uma produção eficiente e economicamente viável de ésteres é necessária a utilização de catalisadores durante o processo, uma vez que a transesterificação e a esterificação são reações de equilíbrio, sendo necessário deslocar o equilíbrio de reação na direção desejada. Nesse trabalho, ésteres metílicos e etílicos de ácidos graxos de cadeia longa foram produzidos usando cloretos de cobre como catalisadores. Para definir a melhor condição reacional, foram estudadas três diferentes razões em massa de AGLs de dendê/ metanol (ou etanol) / catalisador. Definida a melhor condição reacional, foram produzidos monoésteres metílicos e etílicos a partir de ácidos graxos livres do destilado da soja assim como das borras do refino correspondente do óleo de soja e de dendê. Os ésteres metílicos e etílicos foram caracterizados através das técnicas de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG/MS) e ressonância magnética nuclear de prótons (RMN 1H). Observou-se que as reações empregando cloreto de cobre como catalisador reagem preferencialmente com AGLs em relação aos triésteres. Dentre esses ácidos graxos livres, os de cadeia insaturada, são os que reagem mais facilmente com o catalisador. Em relação ao álcool empregado, observou-se que as reações em etanol são mais rápidas que as realizadas em metanol, devido a facilidade de solubilização do catalisador e matéria prima lipídica no etanol. A reação com metanol, por sua vez ocorre de forma mais lenta, devido a solubilidade parcial entre os reagentes no meio e consequentemente, com separação instantânea de duas fases ao término da agitação, facilitando a extração do produto. A ampliação da estequiometria de reação em 160 e 80 vezes, para o catalisador anidro e hidratado, respectivamente, em relação a massa de AGLs de dendê foi obtida com sucesso em ambos os catalisadores, mostrando a viabilidade do emprego do cloreto de cobre como catalisador em escala industrial e a possibilidade de ser estendido a outras matérias primas. Desse modo, a utilização do cloreto de cobre como catalisador na reação de ácidos graxos livres de cadeia longa ou de óleos vegetais se constitui em uma metodologia simples e prática, sendo uma opção viável para a produção de monoalquil esteres de cadeia longa em condições brandas de reação quando comparada aos métodos já estabelecidos e utilizados inclusive em escala industrial.For an economically feasible and efficient production of esters is necessary to use catalysts in the esterification and transesterification reactions, which are reversible. It is necessary to shift the reaction equilibrium in the desired direction. In this work we developed a novel reaction to produce methyl and ethyl esters of long chain fatty acids using copper chloride as catalysts. To establish optimal reaction conditions, we studied three different mass ratios of FFAs palm (or soybean) / methanol (or ethanol) / catalyst. Employing the best reaction conditions, methyl and ethyl mono-esters were produced from free fatty acid of the soybean oil deodorization distillate (DDOS) as well as the corresponding refined soybean and palm oil. The methyl and ethyl esters were characterized by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC / MS) and proton nuclear magnetic resonance (1H NMR). It was observed that reactions using copper chloride as catalyst are faster with free fatty acids than with neutrals refined oils. Among these, free fatty acids of unsaturated chain react faster than the saturated ones. Regarding the alcohol employed, it was observed that the reactions in ethanol are faster than those performed in methanol, due to higher of solubility of the catalyst and feedstock lipid in ethanol. The reaction with methanol, in turn occurs more slowly, due to partial solubility of the reactants in the solvent that results in, instantaneous phases separation. The scale up of reaction at 80 and 160 times for both, anhydrous and hydrated catalyst, was successfully performed showing the feasibility of this novel process use in industrial scale. Thus, the use of copper chloride as the catalyst in the reaction of long chain free fatty acids constitutes a simple and practical methodology, being a feasible option for the production of long chain monoalkyl esters under mild conditions compared to methods already established and also used in industrial scale