Diseño de un nuevo proceso catalítico de flujo continuo para la síntesis directa de pirazinas a partir de glicerol

Abstract

[ES] Los recursos fósiles se han empleado durante años para producir energía y productos químicos. Sin embargo, las múltiples desventajas de estos recursos no-renovables han llevado a investigar fuentes alternativas para la producción sostenible de energía y compuestos químicos. En este sentido, la biomasa destaca como la única fuente renovable de carbono orgánico para producir energía, combustibles (o biocombustibles) y productos químicos. En relación al biodiesel, uno de estos biocombustibles, el coste económico de su producción a partir de biomasa es relativamente elevado, debido principalmente a la generación de subproductos durante el proceso, siendo el glicerol el subproducto más abundante. Éste último puede emplearse para la síntesis de productos químicos de mayor valor añadido, como pirazinas. Las pirazinas y alquilpirazinas son compuestos ampliamente utilizados en la síntesis de fragancias y agroquímicos, y como moléculas de partida para la producción de medicamentos. En los últimos años, la síntesis de pirazinas a partir de glicerol ha ganado mayor interés, convirtiéndose en una forma rentable de valorar este subproducto y disminuir el costo general de la producción de biodiesel. En este proyecto, se desarrolló un material catalítico para realizar la síntesis de 2-metilpirazina a partir de glicerol (o de sus derivados) en un reactor de lecho fijo y flujo continuo. El catalizador está basado en CuO soportado sobre óxidos metálicos, diferenciándose de los catalizadores basados en cromita comúnmente empleados, evitando así la toxicidad inherente a estos materiales. Las propiedades fisicoquímicas y texturales de los catalizadores fueron caracterizadas mediante distintas técnicas (i.e. XRD, ICP, TPR y adsorción de N2). Los experimentos catalíticos realizados en este trabajo resultaron en la obtención de 2-metilpirazina a partir de acetol (derivado del glicerol) y etilendiamina utilizando los catalizadores 10%CuO/Al2O3 y 10%CuO/ZrO2. El proceso alcanzó elevadas conversiones de diamina y acetol (>90%), con una selectividad a alquil-pirazina cercana al 60%.

[EN] Fossil resources have been used for years to produce energy and chemicals. Nevertheless, the multiple disadvantages of these non-renewable sources have led to investigate alternative resources for energy and chemicals production. Namely resources that are renewable and green. In this sense, biomass outstands as the only renewable source of organic carbon to produce energy, fuels (so-called bio-fuels) and chemicals. Regarding the biodiesel, one of these bio-fuels, the economic cost of its production starting from biomass is relatively high, mainly due to the by-products generation during the process, glycerol being the most abundant by-product. The latter can be used for the synthesis of more valuable chemicals, such as pyrazines. Pyrazines and alkyl-pyrazines are widely used in fragrances and agrochemicals synthesis, and as building blocks to produce drugs. Over the last years the synthesis of pyrazines out of glycerol has gained more and more interest, becoming a profitable way to valorise the glycerol obtained as a by-product in biodiesel production and to decrease the overall cost of the process. In this project, a catalytic material was developed to carry out the synthesis of 2-methylpyrazine from glycerol (or its derivatives) in a fixed bed continuous flow reactor. The catalyst is based on CuO supported onto simple metallic oxides and different from the commonly used Cr2O3-based material, this allowing avoiding toxicity issues. Physico-chemical and textural properties of the catalysts were deeply characterized by using different techniques (i.e. XRD, ICP, TPR and N2 adsorption). The catalytic experiments performed in this work resulted in the attainment of 2-methylpyrazine from acetol (a glycerol derivative) and ethylendiamine by using both 10wt%CuO/Al2O3 and 10wt%CuO/ZrO2 catalysts. The process resulted in a high diamine and acetol conversion (>90%) with an alkyl-pyrazine selectivity close to 60%.