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Processos Químicos Orgânicos OXIDAÇÃO. DEFINIÇÃO Conversão de compostos orgânicos sob influência de agentes oxidantes. Oxigênio na molécula do produto?

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1 Processos Químicos Orgânicos OXIDAÇÃO

2 DEFINIÇÃO Conversão de compostos orgânicos sob influência de agentes oxidantes. Oxigênio na molécula do produto? Variação do número de oxidação? CARACTERÍSTICAS MARCANTES DAS REAÇÕES Exotérmicas Irreversíveis

3 PRINCPAIS PRODUTOS OBTIDOS POR ROTAS OXIDATIVAS Álcoois, Ácidos, Cetonas, Aldeídos, α - óxidos, Anidridos, Lactonas, Hidroperóxidos, Nitrilas, etc... APLICAÇÕES Intermediários, solventes, monômeros, etc... PRINCIPAIS VANTAGENS DOS PROCESSOS DE OXIDAÇÃO Reduzido custo de matérias primas Múltiplas opções de rotas para obtenção de um mesmo produto

4 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES DE OXIDAÇÃO Segundo a extensão a que pode ser conduzido o processo: Completa Parcial Com ruptura de cadeia (destrutivas) Sem ruptura de cadeia Obs. As reações de oxidação sem ruptura de cadeia podem ocorrer com todos os tipos de compostos orgânicos, mesmo em compostos insaturados, ainda que a oxidação se dê na dupla ligação (ex. epóxidos, glicóis ), ou mesmo no carbono saturado destes compostos. As reações com ruptura da cadeia estão presentes em compostos saturados, olefinicos, cíclicos e aromáticos.

5 Sem a introdução de oxigênio Dehidrogenação Álcool a aldeído ou cetona Consideram-se ainda reações que ocorrem de forma simultânea entre o produto de oxidação e o reagente, com a necessária participação do oxigênio. oxidação com condensação. EXEMPLOS DE REAÇÕES DE OXIDAÇÃO Com introdução de oxigênio. Aldeído Álcool a ácido ou peróxido Hidrocarboneto Dehidrogenação com ruptura Naftaleno a anidrido ftálico

6 Dehidrogenação / condensação Benzeno a bisfenol Tolueno a estilbeno Amonoxidação (amonólise) RCH 3 + NH 3 RCN + 3 H 2 O Obs. Variando-se as condições para mesmo oxidante, diferentes produtos podem ser obtidos. Ex.: Ácido oléico KMnO4 (alcalino) Ácido Dihidroesteárico Meio ácido Ácido Pelargônico + Ácido Azeláico

7 Com compostos amínicos Diferentes condições, diferentes produtos são obtidos. Ex.: Oxidação da Fenilmina Azocomposto condições suaves P-aminofenol Nitrobenzeno Quinona condições enérgicas

8 OXIDANTES Critério na escolha Custo / seletividade / controle de reação Rendimento Produtos específicos EXEMPLOS KMnO4 ( reações em fase líquida) Solúveis Na e K dificuldade de purificação Opções usando sais de Ca ou Ba CaO / BaO: MnO 2 ( insolúvel ) Emprego: Usados em laboratório, precipitado formado, de fácil separação (oxidação de proteínas) Principais aplicações: Na oxidação de derivados aromáticos (oxidação sobre o carbono α) Em meio ácido: derivados de difícil oxidação (ácido naftil sulfônico) Em meio neutro: oxidação (sem ruptura) de alcenos.

9 Obs. : As soluções aquosas de permanganato tornam-se alcalinas K 2 Mn 2 O 8 + H2O MnO KOH + 3/2 O 2 Para contornar o problema trabalha-se com adição de CO 2 ou MgSO 4 MgOH K 2 SO 4

10 DICROMATO Em meio ácido, uso de ácido crômico em ácido acético glacial ÁCIDO HIPOCLOROSO E SEUS SAIS Obs.: Soluções de hipoclorito Alcalinas, contendo Zn ou Al, tornam-se mais ativas (a hidrólise do sal é favorecida) Se contudo, a uma solução de hipoclorito de Na ou K, for acrescido Ni ou Co e a seguir acidificá-las também acentua-se a ação oxidante. PERÓXIDOS (de hidrogênio, de chumbo, de manganês) H 2 O 2 Oxiredução da antraquinona Eletrolítico Oxidação em fase líquida do isopropanol com oxigênio sob pressão (90 a 140 O C ) = acetona / peróxido 1,7/ 1,0 Obs.: Decomposição Zn

11 Processo Riedl-Pfleiderer

12 OXIDANTES DE EMPREGO INDUSTRIAIS Ar Oxigênio técnico Mistura enriquecida ou diluída O 2 / N 2 Critério de escolha Fase líquida ou gasosa (dificuldade de separação / controle de reação) Parâmetros de controle Taxa de reação, Temperatura, Pressão parcial do composto na fase líquida HNO 3 (menos freqüente) Evitar reações paralelas (nitração), concentração de uso 40 a 60 % Obs.: Mais usado na oxidação de compostos cíclicos (ruptura de cadeia ) e para oxidação de compostos insaturados, sendo nestas aplicações mais efetivo que o oxigênio. Em relação as parafinas apresenta pouca reatividade. Inconveniente: custo, recuperação dos gases nitrosos produzidos.

13 ROOH Peróxidos Usado em solução a 30 % Perácidos Empregado em reações na produção de dióis Hidroperóxidos Mais suaves que os peróxidos e os perácidos, empregado em reações de epoxidação. CARACTERÍSTICAS DOS OXIDANTES Mistura explosiva com compostos orgânicos (reação em cadeia) Instáveis termicamente

14 OBTENÇÃO DE PRODUTOS POR ROTAS DE OXIDAÇÃO Diferentes rotas de produção, diferentes entalpias de Oxidação com diferentes oxidantes Ex.: HNO 3 < O 2 Oxidação em compostos de Carbono saturado Reações frequentemente conduzidas em fase líquida, reações homogêneas Mais raramente em fase gasosa, reações heterogêneas Exemplo de compostos submetidos a este tipo de oxidação: Parafinas, cicloparafinas (naftênicos) e alquilaromáticos Oxidantes mais empregados: Ar, oxigênio molecular ou mistura O 2 /N 2 MECANISMO DE REAÇÃO Via radicais livres reação em cadeia

15 PROCESSO DE INICIAÇÃO E PROPAGAÇÃO EM REAÇÕES DE OXIDAÇÃO Presença de um iniciador Intermediários (R*, peróxidos, perácidos) Propagação (interação, intermediário (radical livre) / composto orgânico) Reação em cadeia INICIAÇÃO Térmica (termocatalítica) auto-oxidação Catalítica (sais : Co, Mn,...)

16 SEQUÊNCIA DAS ETAPAS NUMA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO Formação de um hidroperóxido: R 1 * + O 2 R 1 OO* Propagação R 1 OO* + R 2 H R 1 OOH + R 2 REATIVIDADE x ESTABILIDADE DO R x FORMADO Depende da maior ou menor facilidade de remoção do hidrogênio ligado ao carbono. Ex.: Alquilaromático : preferencialmente carbono α (mais reativo) Olefinas : Hidrogênio alílico Estabilidade do C 3ário > C 2ário > C primário 4/09

17 FORMAÇÃO DE ÁLCOOIS E CETONAS Oxidação de parafínicos e naftênicos (via decomposição do hidroperóxido) RH O 2 RO - OH, Produção de álcool RO OH + R 1 * R 1 OH + RO via, (catalítico) ou (térmico), Propagação RO + RH ROH + R* Produção de cetonas - Carbono secundário (via radical hidroperóxido) - H 2 O

18 Sendo o hidroperóxido terciário,Álcool e Cetona -

19 Conversão de Álcool secundário à Cetona subproduto H 2 O 2 Obs: Oxidação não catalítica, Temperatura moderada (90 a 140º C) e sob pressão e em fase líquida. O2O2 +R3H+R3H

20 Resumindo Temperatura elevada e fase vapor) Mecanismo Radical peróxido (sem haver formação de composto hidroperóxido) Ruptura de cadeia Aldeídos e Álcoois (primário) Temperatura baixa (fase líquida), formação de cetonas via mecanismo Radical peróxido Obs: Também na presença de catalisador, pode-se obter produtos de oxidação via peróxidos, ainda que em fase líquida.

21 Ação do catalisador Metais de valência variável (mecanismo via radical peróxido) e -e (reação em fase líquida)

22 FORMAÇÃO DE ÁCIDO CARBOXILÍCO (último estágio na sequência de oxidação da cadeia) Oxidação sem ruptura de cadeia Conversão de hidroperóxido primário Únicos compostos sujeito a este tipo de oxidação Alquilaromáticos (cadeia curta) – reação no carbono α (alfa) Seqüência: Hidroperóxido aldeído ácido.

23 * - +O 2 O2O2 2

24 Com ruptura de cadeia Reações de oxidação a que são submetidos compostos: parafínicos e naftênicos. Precursores Cetonas (oxidação via carbono secundário) -HO2O2

25 MECANISMO DE OXIDAÇÃO DE ALDEÍDO -H +O 2 Acil Parácido

26 _ _ Em paralelo pode ocorrer a formação de um peróxido: O éster formado, se submetido a aquecimento, ou na presença de sais de valência variável decompõe-se em ácidos carboxílicos

27 Obs.: Hidrocarbonetos alifáticos, quando oxidados em fase líquida e em baixa temperatura formam normalmente aldeídos. Contudo, a ação de um perácido sobre um aldeído leva a um ácido carboxílico. FORMAÇÃO DE ANIDRIDOO DE ÁCIDO Observa-se que, se a oxidação dos aldeídos, for conduzida na presença de catalisadores (sais de Co ou Mn, acrescidos de sais de cobre) e efetuados em pressão reduzida (baixa concentração de oxigênio) leva a formação de anidrido de ácido. Mecanismo proposto (via radical acil)

28 O sal cuproso derivado do aldeído é oxidado pelo perácido ao sal cúprico o que conduzirá na sequência a formação do seu correspondente anidrido. CINÉTICA DE OXIDAÇÃO HOMOGENEA Iniciação Propagação (via radicais livres) GERAÇÃO DOS RADICAIS LIVRES Pela adição de iniciadores Reações em fase líquida : Emprego de iniciadores como: Hidroperóxidos, peróxidos, porofor (azobisisobutironitrila) Reações em fase gasosa : Ativadas com (HNO 3, NO, HBr)

29 Por auto oxidação Através da interação do oxigênio com o composto orgânico submetidos à aquecimento. RH + O 2 R + HOO Pela ação de catalisadores Interação do oxigênio com um catalisador Co +2 + O 2 [ Co +3 OO ] Obs.: Em reações em fase gasosa, os aldeídos formados (por ruptura de cadeia) durante o processo de oxidação, decompõe-se gerando radicais livres. O2O2

30 Dependendo das distintas condições a que são conduzidos os processos, diferentes tipos de radicais podem ser formados. Por exemplo: Em temperatura moderada e em fase líquida, os hidroperóxidos ou perácidos decompõe-se em radicais peróxidos ou radicais hidroperóxidos. Estas reações de decomposição são catalisadas por sais de cobalto ou manganês. 2ROOH RO + ROO + H 2 O AÇÃO DO CATALISADOR NA GERAÇÃO DE RADICAL LIVRE Hidroperóxido (redução) ROOH + Mn +2 RO + Mn +3 + OH - Perácido (redução) + Mn +3 + OH – -e

31 Hidroperóxido (oxidação) ROOH + Mn +3 ROO + Mn +2 + H +1 Aldeídos (oxidação) + Co +3 + Co +2 + H + +e Obs. : A formação de radical livre pode mesmo ocorrer com um hidrocarboneto. RH + Co +3 R + Co +2 + H + INTERRUPÇÃO Finalização de uma reação de oxidação Bloqueio do radical livre Venenos ( compostos de enxofre, fenóis)

32 Metais no menor estado de oxidação podem bloquear o radical livre. Acoplamento de dois radiais, adsorção nas paredes do reator, também são responsáveis por interrupção de reações. -e Obs.: Catalisadores contornam o efeito inibidor, como sais no menor estado de oxidação (Cu +1 ) retardam a reação, estes, ao serem oxidados (Cu +2 ) cedem eletrons que favorecem a formação de radicais livres R, ROO. A ação do íon bloqueando o radical livre pode atuar retardando a iniciação. Nas reações de oxidação de hidrocarbonetos em fase homogênea, conduzidas em fase líquida este efeito ocorre simultaneamente ao efeito catalítico. O aumento da concentração do catalisador (metal no maior estado de oxidação) sobrepõe o efeito de bloqueio.

33 Exemplo de Bloqueio Exemplos de Ativação -e O2O2

34 Obs.: Na oxidação em fase líquida para a síntese de hidroperóxidos e perácidos não se faz uso de catalisadores. Isto porque, estes são rapidamente decompostos pelos catalisadores. Promovendo uma reação de oxidação Empregando iniciadores R + O 2 R OO R OO + RH ROOH + R Reações de decomposição de um hidroperóxido ROOH R OO + H ROOH RO + HO 2 ROOH RO + R OO + H 2 0

35 Obs. : A fase de iniciação de uma reação de oxidação tem pouca dependência com a concentração de oxigênio*, sendo mais influenciada apela temperatura e concentração do iniciador. Por outro lado, a energia de ativação para iniciação com catalisador é cerca de (12 a 20 Kcal/ mol) para ativação térmica ou então por peróxido ou hidroperóxido (25 a 35 Kcal/ mol). SELETIDADE EM REAÇÕES DE OXIDAÇÃO HOMOGÊNEA Depende da ocorrência de reações paralelas e do desenvolvimento de reações consecutivas sobre os produtos finais obtidos. Reações paralelas Condicionadas basicamente a reatividade dos átomos de carbono presentes C 3ário > C 2árlo > C 1ário A presença de carbono terciário leva à alta seletividade. Formação de diferentes compostos funcionais O adequado controle de processo conduz à um maior rendimento de determinado composto. Ex.: Seletividade para álcool ou cetona.

36 R RH R R +O 2 R OO + RH ROOH + R

37 Distintas condições de processo levam a produção de diferentes compostos, por exemplo: Na produção de álcool ou cetona, Para favorecer a produção de álcool Trabalha-se com baixa pressão parcial de oxigênio. O mesmo procedimento é seguido, quando se deseja maior seletividade para a produção de anidrido de ácido em relação a ácido carboxílico, quando se oxida um aldeido. Reação consecutiva Pós-oxidação de compostos já formados. Ex.: hidroxicetonas, dicetonas, cetoácidos, lactonas, hidroxiácidos ésteres. etc. Formas de controle Adequar o grau de conversão além do controle de temperatura e concentração de reagentes, principalmente do oxidante.

38 CONTROLE DA SELETIDADE O controle da seletividade está relacionado diretamente à estabilidade do produto final. Produtos estáveis a oxidação Ex. : ácidos carboxílicos de baixo peso molecular e ácidos aromáticos. Neste caso, pode-se conduzir a reação em condições mais severas atendendo a elevada conversão, procedendo a seguir a reciclagem dos reagentes. Compostos instáveis (sujeitos a decomposição ou pós-oxidação) Ex.: hidroperóxidos, álcoois, cetonas, ácidos carboxílicos de elevado peso molecular, etc.. Neste caso o controle de temperatura é fator determinante, assim como o controle da taxa de conversão. A reciclagem é feita sob condições controladas. Ainda, a perfeita agitação é essencial, como também a o resfriamento da massa reacional, possibilitando desta forma perfeita homogeneidade e difusão dos reagentes

39 REATORES PARA OXIDAÇÃO EM FASE LÍQUIDA Quanto à Configuração: Colunas, com ou sem pratos Injeção de ar pela base e Alimentação de matéria prima, paralela ou contra corrente Quanto à Pressão de Operação: Suficiente para manter os reagentes na fase líquida Quanto ao Resfriamento: Troca térmica externa com circulação forçada Condensador de refluxo Quando usar reator contínuo ou cascata? Se altamente seletivo empregar processo continuo, se não, reator em cascata. Quando usar fluxo contracorrente? Quando se produz composto sujeito à fácil decomposição

40 PRODUÇÃO DE HIDROPERÓXIDOS Principais usos para os hidroperóxidos: Iniciadores de reações orgânicas como: Halogenação, Oxidação, etc., Promotores de polimerização; Reagentes em reações de oxidação controlada tal como: Epoxidação de olefinas. Na produção de composto intermediário Ex. No processo de obtenção de fenol, via oxidação de cumeno: Isopropilbenzeno (a) (intermediário) oxidação hidroperóxido de cumeno (b) decomposição térmica ou catalítica fenol + acetona O2O2 ab O2O2 ab

41 PRODUÇÃO INDUSTRIAL DE HIDROPERÓXIDOS Alguns hidroperóxidos e seus correspondentes intermediários precursores Hidroperóxido de cumeno Fenol Hidroperóxido de cimeno cresol Hidroperóxido de diisopropilbenzeno resorcinol e hidroquinona Outros: tercbutil, isoamil, etc... Características dos hidroperóxidos Os Aromáticos e Terciários são relativamente estáveis São normalmente mantidos em solução. Podem ser estabilizados com compostos de enxofre, olefinas,etc.., Cuidados no processo produtivo Pureza da matéria prima ( ausência de inibidores, ou substâncias que possam catalisar sua decomposição (sais de valência variável) Obs.: O cobre no estado reduzido tem efeito positivo na produção. Da mesma forma a presença de pequenas quantidades de sais de sódio, potássio ou magnésio favorecem a reação.

42 Reações consecutivas Produtos de decomposição de hidroperóxidos são normalmente produzidos, tais como álcoois (fenil dimetil carbinol) e cetonas (acetofenona) em menor extensão. Controle de seletividade O controle de seletividade na produção de hidroperóxido se faz via monitoramento da taxa de conversão associado particularmente a temperatura. Para distintos hidroperóxidos, distintas taxas de conversão estão associadas a um maior rendimento. Ex.: hidroperóxido de cumeno 30 % hidroperóxido de etilbenzeno 10 % hidroperóxido de diisopropilbenzeno %

43 Reatores e condições de processos empregados Coluna com pratos perfurados Alimentação em contracorrente Remoção de calor em cada prato (ao longo do reator) Reação em meio aquoso – Características Melhor controle de temperatura (troca térmica por evaporação de água) Reator em cascata (melhor controle da seletividade) Uso de uma base Funções da base : Inibir ação de catálise ( decomposição do hidroperóxido) Evitar desidratação de álcoois formados (formação de inibidores) Neutralizar fenol, que da mesma forma que olefinas inibem a oxidação.

44 CUIDADOS NA OPERAÇÃO DE PURIFICAÇÃO (CONCENTRAÇÃO DO HIDROPERÓXIDO FORMADO) Operar com reduzido tempo de residência (Destilação via filme líquido) Operação a pressão reduzida DECOMPOSIÇÃO DE HIDROPERÓXIDOS (Obtenção de produtos de decomposição) Mecanismo Via radical livre. Catálise por: Metais, Ácidos ou Bases.

45 Catálise pelo uso de um ácido ( mecanismo iônico) Rearranjo _ _ _

46 DECOMPOSIÇÃO DOS SUBPRODUTOS FORMADOS Os subprodutos formados durante o processo de decomposição do hidroperóxido também estão sujeitos a decomposição térmica e sofrem também os efeitos catalíticos devido ao meio ácido. Dimerização Também pode ocorrer a formação de óxido de mesitila. H+H+ - -

47 OUTRAS CARACTERÍSTICAS MARCANTES NA DECOMPOSIÇÃO DE HIDROPERÓXIDOS Elevada temperatura de decomposição O emprego de água inibe o processo de decomposição O emprego de diluição (uso de solvente ) minimiza efeito de decomposição PROCEDIMENTOS PARA PRODUÇÃO DE PRODUTOS POR DECOMPOSIÇÃO Via recirculação Via uso de solvente Comentários: Quando e porque empregar solventes?

48 PRODUTOS OBTIDOS POR DECOMPOSICÃO DE HIDROPERÓXIDOS FENÓIS Aplicações corantes, explosivos, herbicidas polímeros (epóxis, policarbonatos, etc.) PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Via hidrólise de clorobenzeno ou através do ácido benzenosulfônico Processo de oxidação Rota oxidativa do isopropil benzeno Cumeno Fenol e Acetona Rota oxidativa do Ciclohexano na presença de catalisador álcool e cetona Pt ( °C ) Fenol + H 2

49 Via oxidação em fase liquída do tolueno Tolueno O 2 ácido benzóico O 2 + vapor d água Catalisador (230°C) Catalisador, benzoato de cobre e de magnésio Fenol CRESÓIS (oxidação dos cimenos) - alternativa à metilação de fenóis p e m-cimeno O 2 cresol e acetona HIDROQUINONA E RESORCINOL Oxidação do p e m diisopropilbenzeno - NAFTOL Oxidação do - isopropilnaftaleno

50 FASES NO PROCESSO DE OBTENÇÃO DO FENOL / PROPANONA Oxidação do cumeno Concentração do hidroperóxido Decomposição do hidroperóxido Processo de produção (características) Borbulhamento (contracorrente) de ar em coluna de pratos perfurados Temperatura no topo (120°C) base (105 °C) Adição de iniciador na corrente de alimentação Corrente de fundo ( hidroperóxido e isopropilbenzeno) Composição de topo ( condensável) - isopropilbenzeno + produto de decomposição (ácido fórmico) Lavagem com sol. de soda Destilação para concentração do hidroperóxido ( operação sob vácuo) (condensado lavado com soda)

51 Decomposição do hidroperóxido Destilação fracionada acetona (topo) e fenol + secundários (fundo) OXIDAÇÃO DE PARAFINAS Processo em Fase gasosa (hidrocarbonetos gasosos) Produtos: Alcoóis e aldeídos de baixo peso molecular Processo com ou sem quebra de cadeia, podendo ser conduzido por ativação térmica ou ativado por catálise homogênea (HBr ou NO x ) ou mesmo via catálise heterogênea. Controle reduzida concentração de oxigênio Comentários

52 Oxidação em fase líquida - Hidrocarbonetos líquidos ou sólidos Reação sem quebra de cadeia Produtos: Alcoóis secundários) Por exemplo álcoois de C 10 a C 20 para síntese de surfactantes Processo conduzido com concentração reduzida de oxigênio Reação conjugada com 4 a 5 % de H 3 BO 3 Operação em dois estágios Primeira fase Oxidação do hidrocarboneto Segunda fase Hidrólise do éster (borato) Reação com ruptura de cadeia Obtenção de Ácidos carboxílicos Emprego de catalisador ou térmico Produtos: Ácidos carboxílicos de baixo Peso Molecular MP : Alcanos de PM baixo C 4 a C 8 Ruptura em carbono secundário

53 Obs.: Gasolina, usada como matéria prima. Baixo custo comparado ao butano Processo conduzido sob pressão, ( ° C) Ativação térmica ou emprego de catalisador Calor removido por evaporação da gasolina. (Otimização da energia térmica e de pressão, para geração de vapor e condensação de produtos. Produto final com elevada concentração de ácido acético e mistura de solventes Produtos secundários : álcoois, cetonas, ésteres, etc. Processo pode ser conduzido em meio de solvente Exemplo, oxidação do butano em meio de ácido acético, Reação em fase líquida sem catalisador ou na presença de sais orgânicos de Mn ou Co.

54 OXIDAÇÃO DE PARAFINAS SÓLIDAS Produtos finais: Ácidos graxos aplicados na fabricação de sabões Plastificantes Lubrificantes (álcoois, na forma de ésteres) Produtos gerados sem quebra de cadeia Cetonas, álcoois e hidroxiálcoois Produtos gerados por quebra de cadeia e reações consecutivas Ácidos carboxiicos, Lactonas, cetoácidos, ésteres, diácidos Obs.: Processo conduzido na presença de catalisador (melhor qualidade, menor % de diácidos Ácido de elevado peso molecular, apresentam facilidade de sofrer oxidação gerando hidroxiácidos e lactonas.

55 Processo gera elevada % de ácidos acima de C 10, sendo a fração de C 10 a C 16, destinada a sabonetes e de C 17 a C 20 para sabão de limpeza. Os Ácidos insolúveis, de C 7 a C 9, tem pouca aplicação, sendo destinado a produção de álcoois, por redução com H 2. Estes álcoois são destinados à fabricação de plastificantes e lubrificantes ( ésteres de ácidos graxos de PM elevado ou por diácidos) CARACTERÍSTICAS GERAIS DO PROCESSO PRODUTIVO Processo por batelada (elevado tempo de residência) Uso de catalisador favorece a qualidade final dos produtos Usual Mn, podendo usar cobalto (mais caro) % KMnO ( 0,2 a 0,3 %) gera o sal de ácido graxo solúvel. Temperatura 125 a 130°C (ideal) Quanto menor o tempo de reação, (associado a perfeita agitação) menor a produção de álcoois inferiores, podendo inclusive operar-se em temperaturas mais elevadas. Evita-se elevada conversão máximo não superior a 35 %.

56 Tratamento dos Subprodutos Ésteres e lactonas Hidrólise com solução de soda Compostos de difícil saponificação Saponificação com soda sob pressão Sabões resultantes Hidrólise com H 2 S0 4 ácido graxo. OBTENÇÃO DE ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS Emprego: Matérias - primas básicas para produção de : Lubrificantes, Modificadores de viscosidade de óleos, Plastificantes, Poliésteres, Poliamidas, etc...

57 Processo em duas etapas Oxidação em fase líquida (Com ar, sob pressão) Térmico ou catalítico (sais de cobalto) * (120 a 200° C) Hidroperóxido secundário (cíclico). Obs. Quanto maior a cadeia e menor a temperatura, mais estável. Álcool ou cetona (cíclicos) Obs.: Baixa seletividade Decomposição térmica do Álcool ou da cetona Diácido Obs.: A elevada conversão para diácido, pode conduzir a um baixo rendimento. Reação em uma única etapa Baixo rendimento Matérias- primas de partida Cicloalcanos (naftenos) acima de C5. Reação em fase gasosa ( ruptura do anel) ácido dicarboxílico

58 Processo Alternativo – Melhorando a seletividade Conduzir o processo para produção de álcool ou cetona, com direcionamento para um alto rendimento de álcool. Na seqüência proceder a oxidação do álcool a um diácido empregando ácido nítrico diluído. Obs. A Cetona resultante é destinada a produção de lactama. Subprodutos resultantes da oxidação de cicloalcanos: Glicóis, Dicetonas, Lactonas e Ésteres. PRODUÇÃO DE ÁLCOOL CÍCLICO Oxidação sob pressão controle de seletividade para álcool ou cetona. Para otimizar a produção de álcool (oxigênio, de 3 a 4 %)

59 Processo alternativo Oxidação na presença de ácido bórico Principais produtos obtidos via oxidação de cicloalcanos Ácido adípico emprego : produção de poliamida (nylon) Ciclohexano O 2 ciclohexanona Ácido adípico Ácido adípico + Hexametilenodiamina Nylon 66 Ciclohexano O 2 ciclohexanona + NH3 Lactama Lactama (caprolactama) polimerização Nylon 6

60 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 NH 3 H2OH2O

61 Çondensação de uma cetona com uma base de nitrogênio Rearranjo de Backmann - - +

62 Outros ciclanos sintéticos Obtidos por ciclo-oligomerização do butadieno com hidrogenação da cicloolefina C8 (ciclooctano) catalisador (C 6 H 5 ) 3 P. Ni (CO) 4 C12 (ciclododecano) catalisador de Ziegler Al (C 6 H 5 ) Cl. Ti Cl 4 C8 oxidação ácido subérico

63 OXIDAÇÃO CATALÍTICA (HETEROGÊNEA) Produtos obtidos via oxidação heterogênea Monôrneros ( acrílico e derivados) Acetonitrila, Anidridos de ácidos, etc.. Exemplo : ácido acrílico: produto da oxidação da acroleína Inicialmente produzido via reação de acetaldeído com HCN, Outro processo via acrilonitrila, Atualmente o mais econômico se faz pela oxidação por catálise heterogênea do propileno. Principais processos Oxidação de olefinas com manutenção da dupla Obtenção de nitrilas ( amonólise oxidativa de hidrocarboneto) Cat - MoO 3 : Bi 2 O 3 1:2 Síntese do óxido de etileno Obtenção de anidridos de ácidos derivados de aromáticos ácidos tri e tetracarboxilicos

64 Catalisadores empregados em oxidação heterogênea Na forma de metais; Cobre, prata Atuação provável Oxigênio adsorvido na superfície do metal (camada de óxido). O metal cede elétron ao oxigênio, gerando um íon radical Ag + O 2 Ag-O-O Interação com o hidrocarboneto Ag-O-O + CH 2 = CH 2 Ag-O-O-CH 2 -C H 2 Ag-O +

65 Óxidos e associação com metais de transição (sais) Vanadatos, molibidatos, titanatos, estanatos, associados a óxidos como os de: zinco, cobalto, bismuto, etc., Atuação provável Os hidrocarbonetos são mais intensamente adsorvidos em, íons salinos e óxidos comparativamente aos metais. Uma vez adsorvido, o elétron que participará da ligação, proveniente da ligação dupla, é então doado pelo composto carbônico, com conseqüente redução do metal Me (n+1)+ + CH 2 = CH –CH 3 Me n+ + CH CH –CH 3

66

67 OH ON H 2 /Ni Cu 250 o C NH 2 OH N H N H 2 O BASE NH O CAPROLACTAMA POLIAMIDA, NYLON 6 C + N O N N OH N

68 NaOH Tricloreto de benzila CO

69 2 1/2O 2 + H 2 O 1/2O 2 + H 2 O

70 Na 2 O 2 2 2NaCl


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