Conversione Catalitica del Glicerolo in Alcol Allilico

3 SCOPO DEL LAVORO recenti sviluppi in campo energetico dei biocombustibili ed in particolare del biodiesel ha posto il problema di sfruttare in modo economicamente favorevole il glicerolo, sottoprodotto derivante dai processi di produzione dei biocarburanti. La possibilità di convertire il glicerolo in numerose sostanze (intermedi industriali, prodotti della chimica fine, prodotti della chimica di massa) ha interessato negli ultimi anni la ricerca chimica di base ed applicata al fine di sviluppare procedure industriali che abbiano un ridotto impatto sulle risorse naturali. In linea con tale principio le applicazioni operative dovranno quindi consistere in reazioni e processi catalitici sostenibili, al passo coi progressi della green chemistry. Tra i numerosi chemicals che si possono ottenere, l’acido 3-idrossipropionico (acido 3-idrossipropanoico, 3-HPA) occupa un posto rilevante. Infatti, un recente studio del Pacific Northwest National Laboratory lo colloca al terzo posto tra i più importanti building blocks derivanti da risorse rinnovabili di importanza mondiale [14, 15] . Attualmente il 3-HPA è un prodotto costoso, commercializzato da poche aziende usualmente sottoforma di soluzione acquosa. La letteratura nel corso degli anni si è arricchita di numerosi studi per lo sviluppo di processi catalitici per la produzione di detto materiale. La Henkel® attualmente sintetizza il 3- idrossipropionato mediante l’ossidazione dell’1,3-propandiolo in soluzione alcalina in presenza di un catalizzatore a base di Pd. Un ulteriore processo consiste nell’idratazione dell’acido acrilico in presenza di un catalizzatore solido. Un recente studio condotto dal gruppo di ricerca del Professor Rossi ha mostrato come preparare il 3-HPA mediante ossidazione aerobica dell’alcol allilico in presenza di un catalizzatore a base d’oro; una della peculiarità di questo processo consiste nelle blande condizioni di reazione: con un rapporto NaOH Alcol allilico =3, la miglior resa e la maggiore conversione sono ottenute a 50°C usando come catalizzatore 0.3% Au/C. [1] Il lavoro da me svolto durante il periodo tirocinio si allaccia a questo studio ed ai problemi correlati alla valorizzazione del glicerolo derivante dalla produzione del biodiesel. Lo scopo del lavoro è consistito nello studiare un processo catalitico che preveda la produzione di alcol allilico a partire dal glicerolo per effettuare una sintesi virtuosa dell’acido 3-idrossipropionico partendo da un reagente di origine naturale biologicamente rinnovabile. In particolare sono stati sintetizzati e testati diversi catalizzatori, al fine di selezionare quello più selettivo in alcol allilico. Recentemente, in un lavoro di Liu ed il suo team, è stato dimostrato che Fe 2 O 3 ad alta area superficiale è un catalizzatore promettente per la conversione del glicerolo in alcol allilico, mediante un processo di disidratazione e trasferimento di idrogeno [2] . Partendo da questi risultati, abbiamo sostituito l’ematite ad alta area superficiale con Fe 2 O 3 nanometrica variamente modificata. Inoltre sono state fatte prove utilizzando catalizzatori differenti dalla Fe 2 O 3 . Sono state investigate diverse condizioni di reazione (in particolare temperatura e flusso dei gas carrier), monitorando bilancio molare, conversione e selettività ad alcol allilico e ad acetolo (idrossiacetone) che è il sottoprodotto più abbondante riscontrato nei nostri esperimenti. Il glicerolo prodotto in surplus nei processi di sintesi dei biocombustibili potrebbe divenire un sostituito di molti prodotti derivanti dall’industria petrolchimica: la ricerca chimica accademica ed industriale ha permesso di produrre dal glicerolo numerosissimi prodotti chimici attualmente univocamente producibili dal petrolio. Tra questi vi sono intermedi di sintesi per l’industria chimica, prodotti di base per l’industria farmaceutica e prodotti per l’edilizia. L’aumento costante della produzione del bioglicerolo è un chiaro indice che questo materiale potrebbe diventare in futuro un composto chiave, un prodotto chimico di base globalmente disponibile. In una visione ecologica le bioraffinerie, nelle quali le biomasse saranno convertite in prodotti utili, potranno rimpiazzare gli impianti petrolchimici. In Figura 1 e Figura 2 vengono I