Transesterificação: mecanismo, em ácidos graxos, em microalgas, utiliza

Transesterificação: mecanismo, em ácidos graxos, em microalgas, utiliza

A transesterificação está passando por um éster de reação química. O grupo alcoxi do éster é substituído por outro usualmente sob condições ácidas ou básicas. Este tipo de reação é realizado por um mecanismo idêntico ao da hidrólise do éster. No entanto, muitas vezes acontece que a transesterificação não é realizada quando o álcool é terciário.

Por se tratar de uma reação de equilíbrio, ela deve ser movida na direção desejada usando um excesso considerável de álcool que se deseja estar presente na estrutura final ou removendo o outro.

O fato de o equilíbrio da reação ser reversível, com mecanismos equivalentes para as reações direta e reversa, implica que a transesterificação é mostrada como o exemplo mais apropriado para iniciar o estudo dos mecanismos de substituição nucleofílica no grupo acil quando catalisado por um ácido ou por uma base.

Mecanismo de transesterificação

As reações de transesterificação são geralmente catalisadas por ácidos ou bases.

Em bases

Quando uma base é usada como catalisador, o mecanismo de reação envolve uma simples substituição nucleofílica no grupo acil, que é dividida em duas etapas: a adição do nucleófilo e a remoção do grupo de saída.

Em ácidos

No caso da transesterificação catalisada por ácido, a reação também é dividida nas duas etapas mencionadas acima, mas é necessária uma transferência de prótons antes e depois de cada uma delas.

Ou seja, o ataque nucleofílico ao álcool é precedido pela protonação do grupo carbonila e, após sua realização, é necessária a desprotonação. Da mesma forma, a remoção do grupo de saída é precedida por sua protonação e, uma vez concluída a etapa de eliminação, a desprotonação ocorre novamente.

Como o mecanismo acima pode gerar a formação de ácidos carboxílicos reagindo o carbocátion (produto da protonação do grupo carbonila) com a água presente no meio de reação, reações de transesterificação catalisadas por ácido devem ser realizadas na ausência de água.

Em alguns casos, a transesterificação pode ser realizada em um meio não catalítico. No entanto, isso só é possível em condições supercríticas (temperatura e pressão mais altas), o que não é economicamente viável.

Transesterificação de ácidos graxos

Os óleos vegetais, derivados de sementes e frutos das plantas, são compostos principalmente de triglicerídeos (glicerol triesters) que incluem três ácidos graxos de cadeia longa responsáveis ​​pela alta massa molecular e baixa volatilidade desses óleos.

Ao submetê-los a um processo de transesterificação usando metanol, os óleos são convertidos nos ésteres metílicos dos três ácidos graxos individuais. O glicerol também é gerado como subproduto da reação.

Álcoois e catalisadores

Além do metanol, outros álcoois de cadeia curta, como etanol, propanol, butanol e pentanol, são frequentemente usados ​​na transesterificação de ácidos graxos. No entanto, o metanol e o etanol são os preferidos:

  • Metanol devido às suas propriedades físico-químicas particulares.
  • Etanol, porque é menos tóxico e pode ser produzido a partir de fontes renováveis.

Os catalisadores usados ​​na reação podem ser ácidos ou básicos. No entanto, é frequente que o processo seja realizado em meio alcalino, pois a eficiência da reação é maior e, além disso, menos danos são gerados no equipamento utilizado como resultado da corrosão.

Biodiesel

Como as massas moleculares dos ésteres metílicos obtidas são aproximadamente um terço da massa molecular do triglicerídeo original, sua volatilidade é maior e podem ser usadas em motores a diesel.

Portanto, a mistura de ésteres metílicos obtidos a partir dos ácidos graxos é geralmente chamada de biodiesel. No entanto, sua composição dependerá da estrutura das cadeias de ácidos carboxílicos que compõem cada triglicerídeo.

Transesterificação em microalgas

Os triglicerídeos também podem ser obtidos de microalgas. Essas espécies não apenas as sintetizam naturalmente, mas também as armazenam como um estoque de energia de carbono dentro de suas células quando não conseguem mais se dividir.

Vantagem

Comparadas aos óleos vegetais, as microalgas oferecem várias vantagens quando se trata de usá-las como matéria- prima para obter biodiesel. Além de produzir uma maior quantidade de biomassa por apresentarem altas taxas de crescimento, não representam competição por áreas cultivadas destinadas à produção de alimentos.

As microalgas podem crescer em condições tão adversas quanto as encontradas em terras não aráveis ​​ou em corpos de água doce e salgada, como lagoas, lagos, mares e oceanos.

Transesterificação catalisada por ácido

Como o óleo de microalgas contém mais ácidos graxos livres do que os óleos vegetais, o que produz reações colaterais adversas no meio básico, um processo de esterificação usando catalisadores ácidos deve ser realizado antes da transesterificação usual.

Diante disso, catalisadores sólidos têm grande potencial na transesterificação de microalgas. Além de poderem ser utilizados várias vezes e facilmente separados do meio de reação, o glicerol puro é obtido sem subprodutos, uma vez que o processo não é afetado pela umidade presente nas matérias-primas e nos ácidos graxos livres.

Transesterificação de aplicações 

A transesterificação é usada principalmente na produção de biodiesel; Não são apenas obtidos benefícios econômicos, mas as emissões de gases de efeito estufa são reduzidas. No entanto, a grande versatilidade da transesterificação permitiu seu uso tanto no laboratório quanto na indústria.

Síntese do éster

Quando se trata de síntese de ésteres, a transesterificação tende a ter mais vantagens do que o uso de ácidos carboxílicos e álcoois em certos casos particulares.

Os ésteres são solúveis na maioria dos solventes orgânicos, enquanto alguns ácidos carboxílicos têm uma solubilidade muito baixa, dificultando a realização da esterificação homogênea. A transformação éster-éster a partir de ésteres metílicos e etílicos disponíveis comercialmente é então particularmente útil.

Polimerização

A transesterificação também é útil na abertura do anel de lactona que resulta na formação de um poliéster.

Embora atualmente a produção de tereftalato de polietileno (PET) seja quase inteiramente baseada na esterificação direta de ácido tereftálico, a reação de transesterificação entre o tereftalato de dimetil e o etileno glicol costumava ser usada na produção deste poliéster.

Por outro lado, a transesterificação é essencial na indústria de tintas, pois a cura (poliesterificação) de resinas alquídicas melhora as propriedades das tintas nas quais os óleos vegetais são utilizados como matéria-prima.

Referências

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