Alchilazione dell’Isosorbitolo attraverso la chimica dei Dialchil carbonati

Abstract

Al giorno d’oggi il fabbisogno energetico mondiale dipende ancora dall’utilizzo dei combustibili fossili quali petrolio, gas naturale e carbone. L’eccessivo sfruttamento di questi ultimi ha causato ed è tutt’ora la causa di pesanti ripercussioni ambientali a livello mondiale come, ad esempio, l’aumento dell’emissione dei gas serra (CO2, NOx, VOCs) e la produzione di scarti plastici che stanno minacciando la flora e la fauna marina (isola di plastica nell’Oceano Pacifico). Inoltre, la disponibilità dei combustibili fossili è limitata e non può essere ripristinata nel breve tempo. È quindi importante optare per un’industria più sostenibile che possa far fronte alle problematiche socio-ambientali ed energetiche precedentemente riportate. Una valida alternativa all’industria petrolchimica è la bioraffineria che utilizza risorse organiche naturali rinnovabili - le biomasse - come materie prime. In questo contesto, lo scopo del seguente studio di tesi è l’impiego di metodi alternativi per la funzionalizzazione di un derivato della biomassa, l’isosorbitolo e dei suoi epimeri (isomannitolo e isoiditolo). L’isosorbitolo - generalmente sintetizzato attraverso la ciclizzazione del D-sorbitolo, derivato idrogenato del D-glucosio - è un substrato interessante che possiede una struttura rigida e due funzionalità ossidriliche legate a carboni chirali che presentano una diversa reattività. Data la possibilità di ricavare il D-sorbitolo e l’isosorbitolo dalla biomassa e, in considerazione dell’interesse industriale di numerosi loro derivati (monomeri per polimeri, composti farmaceutici, solventi green), questi composti sono annoverati tra le dieci molecole piattaforma di origine rinnovabile (bio-based platform chemicals) dal Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE). Nello specifico questo studio di tesi è incentrato sulla sintesi di alchil derivati dell’isosorbitolo che possono trovare impiego come solventi aprotici altobollenti, additivi per benzine e monomeri per polimeri (diallil isosorbitolo). La prima parte della tesi è stata focalizzata sulla sintesi del dimetil isosorbitolo (DMI) a partire dall’isosorbitolo e dimetilcarbonato (DMC) – impiegato come reagente e solvente green - in presenza di un catalizzatore organico azotato. Le condizioni di reazione sono state ottimizzate e il miglior catalizzatore individuato - la N-metilpirrolidina (NMPy) – è stato studiato in dettaglio. La reazione di metilazione è stata testata in grande scala e diversi metodi di purificazione sono stati investigati per recuperare il dimetil isosorbitolo dalla miscela della reazione. Inoltre, per la prima volta tutti i sette intermedi di reazione che si formano nella conversione del sorbitolo in DMI sono stati isolati e caratterizzati; questo ha consentito lo studio dell’andamento della reazione di metilazione. Nella seconda parte di questa tesi ci si è focalizzati sulla sintesi di alchil derivati dell’isosorbitolo attraverso la chimica dei dialchil carbonati in catalisi acida in quanto questi composti si ottengono in scarsa resa in condizioni di catalisi basica. In uno studio preliminare il dietil carbonato (DEC) è stato impiegato come agente alchilante e diversi catalizzatori acidi eterogenei ed omogenei sono stati testati. Catalizzatori inorganici omogeni come ad esempio puroliti, zeoliti e idrotaliciti hanno fornito risultati migliori. Ottimizzate le condizioni di reazione (temperatura, tempo, quantità di catalizatore), diversi dialchil carbonati sono stati testati per la preparazione di una famiglia di alchil derivati dell’isosobitolo.