Epoxidação

Introdução

O termo Epoxidação se dá pela formação ou síntese de um éter cíclico, com dois átomos de carbono e um átomo de oxigênio, formando um anel ou um triângulo equilátero que torna o altamente tenso e reativo, esse composto é conhecido como EPÓXIDO. O epóxidomais simples é nomeado a partir do composto original o óxido de etilenoou oxirano.

A epoxidação pode ser obtida por diversos tipos de processos e catálises diferentes, dependendo do composto inicial e do composto que se deseja obter.

Pode-se obter um epóxido a partir da catálise homogênea, heterogênea, enzimática dentre outras.

Como grupo funcional, os epóxidos apresentam o prefixo epóxidenominado pela IUPAC, ta como no composto mais simples epóxietano que também pode ser chamado oxirano[1].

Os epóxidos dominantes a nível industrial são: Óxido de etileno e o Óxido de propileno, compostos estes utilizados como intermediário em outros processos[2].

Existem vários tipos de processos e catalisadores para se obter um epóxido, o óxido de etileno é um dos maisimportantes e o mais simples composto químico desse tipo, industrialmente, destaca-se o processo de catálise heterogênea com prata, suportada em alumina, e o processo com ácido carboxílico e peróxido de hidrogênio. O óxido de etileno é utilizado como intermediário na fabricação de uma grande variedade de produtos, tais como: etilenoglicóis, etanolaminas, éteres etílicos e surfactantes não iônicos. Também pode ser utilizado como esterilizante para alimentos e materiais de uso médico.

Reações de epoxidação

1. Epoxidação catalisada por prata e suportada com alumina

O Óxido de Etileno pode ser obtido pela oxidação catalítica doetileno com catalisador de prata suportada com alumina. Essa reação de oxidação é acompanhada por reações paralelas, destacando-se ade queima total do etileno e a queima direta do próprio óxido de etileno, formando CO2 e H2O (Figura 1).

Fluxograma do processo:

O Processo de Produção de Óxido de Etilenocatalisado com prata é constituído por 3 etapas (Figura 2):

 Etapa de Reação

 Etapa de Absorção

 Etapa de Purificação de óxido de etileno

Na etapa de reação, o óxido de etileno é produzido pela oxidação catalítica do etileno com catalisador deprata suportada em alumina. No processo é utilizado um reator multitubular de leito fixo (Figura 3), onde os tubos são preenchidos com catalisador que permanecem fixos, a mistura reacional passa através dos interstícios, onde ocorrerá a reação.

Refrigerado externamente por umfluido térmico em contra corrente (Figura 4), como um trocador de calor casco e tubocom umatemperatura de trabalho é de 200–300 C°.

A alimentação do reator é composta por etileno e oxigênio com alto grau de pureza. Além do reator, o sistema dereação é composto por trocadores de calor de integração energética, que são responsáveis por aquecer a correntede alimentação do reator.

A Etapa de Absorção é composta por uma torre de absorção, alimentada pela corrente efluente do reator, quefoi utilizada no primeiro trocador de integração energética para aquecer a corrente de alimentação. Essa correnteé formada pelo produto (óxido de etileno), subprodutos (CO2 e H2O) e reagentes (etileno e O2) que não reagiram.

Na torre de absorção, água é utilizada para absorver o óxido de etileno formado, que segue para o sistema depurificação. Os demais compostos que não são absorvidos são reciclados para o processo, após purga paracontrole da concentração de CO2.

Por fim, a Etapa de Purificação é composta por 2 colunas de destilação. A primeira é utilizada para separar aágua do óxido do etileno mais os traços dos demais gases presentes no processo. Esses gases que são separadosda água seguem para a segunda coluna, a partir da qual é obtido o produto, óxido de etileno, com 99,5% (emmassa) de pureza[3].

2. Epoxidação via perácido

A epoxidação com perácidoé um método bastante utilizado na indústria e aplicado nos alcenos de alta massa molecular.O processo de epoxidação via perácido, consiste em juntar peróxido de hidrogênio com ácido carboxílico, gerando “in situ”, o ácido percaboxílico que por sua vez, reage com as ligações duplas doalceno.

A primeira etapa consiste na formação de perácido pela reação do peróxido de hidrogênio com o ácido carboxílico, na segunda etapa, o perácido reage com a dupla ligação do alceno, formando epóxido e subprodutos.

O mecanismo de epoxidação via perácido está descrito na (Figura 5)

Além do peróxido de hidrogênio o ácido fórmico também pode ser empregado, a vantagem de se utilizar esses compostos, é de não precisar de um catalisador para a formação de ácido percaboxílico, mas com a desvantagem de formação de subprodutospela abertura do anel do óxido de etileno. Tais como dióis, dímeros e ésteres (Figura 6).

3. Epoxidação Enzimática

A epoxidaçãoenzimática é uma ferramenta importante na síntese orgânica, visto que a utilização de peróxido de hidrogênio catalisada por lípases leva a formação de ácido carboxílico, que reagem “in situ” com a ligação dupla do alceno (Figura 7).

As vantagens desse método é poder trabalhar a temperatura ambiente e seu alto grau de seletividade gera menos subprodutos indesejados.

A desvantagem que é um processo relativamente caro e o tempo para se processar a reação é alta.

4. Aplicações do óxido de etileno

O óxido de etileno é tipicamente usado como um intermediário para muitas sínteses orgânicas. Derivados de óxido de etileno (especialmente etileno glicol) são comumente usados na indústria de plásticos, fibras de poliéster para vestuário e mobiliário, refrigerantes automotivos, refrigerantes industriais, fluídos de transferência de calor, detergentes e surfactantes, e também um intermediário usado na fabricação de