Síntesis de acetales a partir de compuestos derivados de biomasa empleando MOFs de Zr como catalizadores heterogéneos

Abstract

[ES] El desarrollo de procesos sintéticos que emplean reactivos no derivados de la petroquímica es un tema candente en la actualidad. La creciente necesidad de reducir el empleo de recursos fósiles no renovables ha impulsado a los investigadores a estudiar el aprovechamiento de productos derivados de biomasa. A partir de derivados de biomasa se busca obtener compuestos de mayor valor añadido empleando catalizadores heterogéneos para llevar a cabo procesos más sostenibles. El presente estudio está enfocado en la obtención de acetales a partir de productos derivados de biomasa empleando compuestos metal-orgánicos (MOFs) de Zr como catalizadores heterogéneos ácidos. Concretamente, se ha centrado en la obtención de acetales a partir de ácido levulínico y 1,2-propanodiol, ambos productos provenientes de la biomasa. Los acetales derivados de ácido levulínico poseen importantes propiedades y aplicaciones industriales, donde se utilizan como aditivos para biocombustibles y también como fragancias, disolventes, surfactantes etc. Durante el presente estudio se ha llevado a cabo la síntesis de MOFs UiO-66-Zr y MOF 808-Zr. Ambos compuestos presentan el mismo tipo de unidad estructural, basada en oxoagregados octaédricos [Zr(O)4(OH)4], pero difieren en el ligando orgánico (terfetalato o trimesato, respectivamente) y en la estructura y dimensiones de sus poros. En estudios previos, ambos MOFs de Zr se emplearon con éxito en nuestro grupo como catalizadores ácidos para la obtención de ésteres de ácido levulínico y de γ-valerolactona. A pesar de que ambos catalizadores presentan propiedades ácidas, en estos estudios se vio que la naturaleza de sus centros ácidos era muy distinta: la acidez es predominantemente de tipo Lewis en el caso del MOF-808, mientras que el UiO-66 presenta propiedades de ácido de Brønsted. Los catalizadores sintetizados se han caracterizado mediante diferentes técnicas, tales como difracción de rayos X, ICP, TGA, isotermas de adsorción de N2. Se han comparado las propiedades ácidas de ambos catalizadores estudiados y la influencia de tipo de centros ácidos (Lewis/Brønsted) en la actividad y selectividad de MOFs. Por otro lado, se han optimizado las condiciones de reacción tales como la temperatura, relación molar de reactivos y la cantidad de catalizador para maximizar la producción del acetal frente a otros posibles subproductos de la reacción, como el éster o el éster-acetal. La cinética de la reacción se ha seguido mediante cromatografía de gases y los productos obtenidos se han identificado mediante espectrometría de masas. Finalmente, la actividad de los MOFs de Zr sintetizados se ha comparado con la de otros catalizadores (homogéneos y heterogéneos) empleados anteriormente en reacciones de acetalización.