Conversion of glucose and xylose into high value-added chemicals

Abstract

Dada à atual preocupação com a poluição gerada pelo uso de recursos fósseis e seu iminente esgotamento por serem recursos não renováveis, buscam-se alternativas para sua substituição. A biomassa lignocelulósica, composta principalmente por lignina, hemicelulose e celulose, é uma fonte renovável de carbono e pode ser obtida a partir de material vegetal como resíduos de culturas energéticas, madeiras utilizadas na indústria e outros resíduos da agroindústria. As moléculas que compõem as estruturas de lignina, celulose e hemicelulose, que são fenóis e carboidratos, podem ser utilizadas para a conversão de moléculas de alto valor agregado que podem ajudar a substituir produtos químicos e combustíveis tradicionalmente obtidos de recursos fósseis, como os petroquímicos. No entanto, o aproveitamento da biomassa e seus carboidratos em produtos químicos de alto valor agregado ainda está em desenvolvimento e, investimentos e pesquisas são necessários para desenvolver processos viáveis que possibilitem o maior aproveitamento desta matéria-prima renovável. Neste trabalho, focamos na conversão de xilose e glicose em produtos químicos de alto valor agregado hidroximetilfurfural (HMF) e furfural (FF), por meio do desenvolvimento de metodologias que não envolvem o uso de reagentes perigosos nem etapas complexas. No Capítulo I, foi utilizado um consórcio catalítico entre o ácido p-sulfônico calix[4]areno (CX4SO 3 H) e pentacloreto de nióbio (NbCl 5 ) para obter HMF a partir da glicose. Após avaliar diferentes condições de reação como por exemplo, temperatura, tempo de reação e quantidade de catalisador, obteve-se 50 % de rendimento de HMF, utilizando sistema bifásico, 150 °C e 17,5 min. Além disso, o consórcio catalítico foi avaliado utilizando diferentes catalisadores de nióbio e outros cloretos metálicos (ácidos de Lewis) e foi demonstrado que o consórcio catalítico composto de CX4SO 3 H e NbCl 5 levou ao maior rendimento de HMF a partir da glicose. Para a conversão da xilose em FF, no capítulo II, foi utilizado um solvente eutético profundo (DES) composto por xilose, cloreto de colina ([Ch]Cl) e água, além do co-catalisador ácido p-toluenossulfônico. Para as condições de reação otimizadas o rendimento de FF a partir de xilose foi de 50 %, a temperatura de 130 °C, 15 min de reação e acetato de etila como solvente extrator. Assim foi possível obter as plataformas químicas, HMF e FF, por meio de conversões químicas valiosas para a biorrefinaria.Palavras-chave: 5-Hidroximetilfurfural. Biorrefinaria. Biomassa. Calixarenos. Furfural. Solventes eutéticos profundos. Organocatálise. Química verde.