Isomerización de alfa-pineno sobre heteropolicompuestos

Abstract

La isomerización en fase líquida de α-pineno, conduce a la formación de una mezcla compleja de terpenos mono, bi y tricíclicos. El producto mayoritario de esta reacción es canfeno, que puede ser utilizado como intermediario para la obtención de acetato de isobornilo, isoborneol, alcanfor y otros derivados. Esta reacción resulta de interés ya que, desde el punto de vista industrial, permite obtener productos de alto valor agregado y desde el punto de vista científico, se trata de una reacción compleja de múltiples productos. En el presente trabajo de tesis se estudia la reacción de isomerización de α-pineno en fase líquida sobre catalizadores basados en heteropolicompuestos. Uno de los principales objetivos consiste en la selección del sistema catalítico y las condiciones de proceso más adecuadas para llevar a cabo la reacción de isomerización de α-pineno. En esta tesis, se estudió el comportamiento de distintos catalizadores de ácido tungstofosfórico soportado sobre diferentes sólidos, tanto comerciales como preparados en el laboratorio. También se evaluó el comportamiento catalítico de una serie de sales alcalinas de ácido tungstofosfórico soportadas sobre sílice comercial. Los catalizadores fueron caracterizados por difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetría (TGA), análisis térmico diferencial de barrido (DSC), fisisorción de gases (BET), espectroscopía de absorción atómica y estudios de acidez. Uno de los principales objetivos de este trabajo está orientado a seleccionar el sistema catalítico y las condiciones de proceso más adecuadas para llevar a cabo la reacción de isomerización de α-pineno. Se realizaron ensayos catalíticos en los que se modificaron temperatura de reacción, cantidad de catalizador y tipo de catalizador empleado, se analizó el efecto de estas variables sobre la actividad y selectividad, como así también el reuso de los catalizadores. Se utilizó la metodología de la superficie de respuesta para determinar las condiciones de temperatura y cantidad de catalizador óptimas en la producción de canfeno; así como el tipo de catalizador a utilizar para maximizar la selectividad en el producto de reacción mayoritario. Adicionalmente, con uno de los catalizadores estudiados, se estudió la cinética de isomerización en fase líquida. Las experiencias cinéticas se llevaron a cabo en un reactor discontinuo a escala laboratorio, agitado y termostatizado. En dichas experiencias se utilizaron 20 ml de reactivo con las cantidades adecuadas de catalizador. El rango de temperatura usado fue de 60°C a 80C y la cantidad de catalizador de 0,5 y 1% (p/v). El tiempo total de reacción para cada experiencia fue de 3 horas y las muestras extraídas a tiempos preestablecidos fueron analizadas por cromatografía en fase gas. Los datos experimentales fueron analizados mediante modelos tipo ley de potencia, similares a los utilizados en reacciones homogéneas y modelos del tipo Hougen-Watson. La discriminación entre modelos rivales se basó en criterios fisicoquímicos y estadísticos. Se obtuvo un modelo que representa adecuadamente los datos experimentales.