Sintesi di alchil levulinati da alcol furfurilico: uno studio sistematico

Abstract

I combustibili fossili, risorse non rinnovabili, sono stati per decenni il fulcro dello sviluppo industriale. Tramite la petrolchimica è possibile ricavare dal petrolio una serie di building blocks che ancor oggi hanno un ruolo fondamentale nella crescita e sviluppo tecnologico della nostra società. Polimeri, plastificanti, resine, solventi, carburanti, reagenti chimici, etc., sono solo alcuni esempi di derivati della raffineria. Lo sfruttamento delle risorse petrolifere ha però avuto delle drastiche ripercussioni a livello mondiale, come ad esempio l’incremento dell’inquinamento ambientale dovuto all’emissione di gas serra (CO2, NOx, VOCs) con conseguente innalzamento delle temperature. È necessario quindi promuovere industrie più sostenibili come la bioraffineria, che è incentrata sull’utilizzo della biomassa, una risorsa rinnovabile. Il fine ultimo della bioraffineria è quello di affiancare, e infine sostituire la raffineria nella produzione di carburanti, materiali e composti chimici impiegando processi sostenibili basati sull’economia circolare. Tuttavia, la bioraffineria è un’industria relativamente giovane e manca di una conoscenza tecnologica e di processo tale da competere con quella della raffineria. I processi chimici di lavorazione della biomassa sono complessi o ancora oggi poco esplorati. In questo contesto il presente progetto di tesi è focalizzato sullo studio di una molecola piattaforma derivata dalla biomassa con possibili applicazioni come biocarburante e precursore di monomeri di polimeri e solventi green: l’alcol furfurilico (FA). L’alcol furfurilico si ottiene facilmente dalla riduzione del furfurale derivato dalla disidratazione dello xilosio, uno dei monomeri che compongono l’emicellulosa. Nello specifico, in questo studio di tesi si è condotto uno studio sistematico sulla conversione del FA in alchil levulinati che hanno un’ampia gamma di applicazioni nelle industrie chimiche tra cui aromi, fragranze, precursori di solventi green (γ-valerolattone-GVL) e come additivi ossigenati per biodiesel. Inizialmente ci si è focalizzati sulla sintesi dell’etil levulinato (EL) per reazione del FA con etanolo in ambiente acido. Le condizioni di reazioni sono state ottimizzate considerando tipo e percentuale molare del catalizzatore acido (eterogeneo/omogeneo), quantità di etanolo, temperatura e tempo di reazione. Successivamente la sintesi dell’EL è stata condotta in scala di cinque e dieci grammi ed è stata messa a punto una procedura per la purificazione del prodotto dalla miscela di reazione. Infine, nelle migliori condizioni così delineate, sono stati testati una serie di alcoli (metanolo, propanolo, alcol allilico, 2-propanolo, t-butanolo, etc) per poter costruire una libreria dei corrispettivi alchil levulinati.