Isomerización de ¿-pineno sobre zeolitas de porosidad jerarquizada

Abstract

La isomerización de terpenos constituye un proceso ampliamente utilizado como estrategia de síntesis de compuestos orgánicos en Química Fina. Estos compuestos son utilizados como componentes de esencias y fragancias en cosméticos, productos de alimentación y de la industria farmacéutica. Concretamente, ¿-pineno es uno de los monoterpenos bicíclicos más extendidos, y se encuentra presente en distintas resinas naturales como compuesto de aceites esenciales. El proceso catalítico para la obtención de este producto, generalmente, se lleva a cabo con catalizadores ácidos en fase líquida en ausencia de disolvente. Los primeros trabajos de isomerización de terpenos en fase líquida se llevaron a cabo con catalizadores homogéneos, pero debido a los problemas que éstos presentan (toxicidad, corrosión, etc.) se fueron sustituyendo poco a poco por catalizadores heterogéneos, que se pueden separar fácilmente de los productos de reacción, lo cual es esencial en Química Fina. La isomerización de ¿-pineno se lleva a cabo, generalmente, en presencia de silicatos (como por ejemplo, zeolitas) o arcillas activas, como catalizadores. Desde hace algunas décadas, las investigaciones sobre zeolitas se han incrementado de manera importante. En los últimos años se ha comprobado que la selectividad de los productos de reacción en la isomerización de ¿-pineno depende de la fortaleza ácida y del tipo de acidez de los centros catalíticos activos. Como consecuencia de ello, resulta de interés el uso de zeolitas con propiedades ácidas, estructurales y texturales diferentes, como potenciales catalizadores en isomerización de terpenos. El objetivo del presente trabajo de investigación es el estudio de la influencia del catalizador en procesos catalíticos ácidos de isomerización de ¿-pineno, utilizando distintos tipos de zeolitas de porosidad jerarquizada, con estructuras MFI y BEA. Para ello se han sintetizado y caracterizado varios catalizadores, con propiedades texturales mejoradas, con estructura zeolítica MFI y BEA mediante la cristalización de núcleos previamente silanizados, obteniéndose muestras con distinto grado de silanización. Se ha estudiado la conversión de ¿-pineno y selectividad hacia los productos de interés en cada caso, para poder conocer la influencia de cada uno de ellos en la reacción mencionada en función de la mejora de sus propiedades texturales. Una vez caracterizados los catalizadores sintetizados, se llevó a cabo un estudio de la influencia de la cantidad de catalizador empleada en la reacción, con el fin de encontrar la cantidad óptima para la reacción de isomerización de ¿-pineno con estos catalizadores. Tomando como punto de partida las condiciones de reacción utilizadas en bibliografía con catalizadores ácidos empleados para esta reacción, se trabaja con diferentes relaciones catalizador/sustrato, que implican el uso de cantidades crecientes de catalizador (0,1, 0,2 y 0,3g). Al trabajar con 0,1 gramos de catalizador, se obtienen conversiones que no superan el 12% en ninguno de los casos. Al tratarse de conversiones tan pequeñas, no se pueden tomar como resultados adecuados para realizar un estudio comparativo con los distintos catalizadores. Si se trabaja con 0,2 gramos de catalizador, las conversiones aumentan hasta el 50% en el caso de emplear catalizadores ZSM-5, y hasta el 60% si se emplean catalizadores BETA. Si se realiza el estudio con 0,3 gramos de catalizador, se observa como las conversiones de ¿-pineno aumentan de forma muy considerable, llegando hasta el 80% en el caso de los catalizadores ZSM-5, y al 95% en el caso de los BETA. La cantidad de catalizador óptima para llevar a cabo la reacción de isomerización de ¿-pineno es de 0,2 gramos, pues con menos cantidad de catalizador apenas se llega a conversiones destacables, y con 0,3 gramos se obtienen grandes conversiones desde un principio, que derivan en mayor cantidad de subproductos, por lo que disminuye la selectividad hacia los principales productos de reacción (canfeno y limoneno). Cabe hacer especial mención a la importancia del uso de catalizadores silanizados frente a los catalizadores de referencia, de modo que se consigue un aumento de la superficie externa que favorece el acceso a los centros ácidos de las moléculas voluminosas implicadas en la reacción, alcanzándose así mayores conversiones.