Estudo teórico de estrutura, propriedades e reatividade de triglicerídeos e ésteres de ácidos graxos envolvidos na produção e composição do biodiesel

O presente trabalho se destina ao estudo de propriedades estruturais e termodinâmicas inerentes a triglicerídeos, ésteres de ácido graxo (EAG) e biodiesel por meio de metodologias teóricas e quimiométricas. Aliado a isso, o estudo do processo de transesterificação de triglicerídeos (TG) utilizando c...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2010
Main Author: Almeida, Eduardo Walneide Castilho lattes
Orientador/a: Santos, Hélio Ferreira dos lattes
Banca: Almeida, Wagner Batista de lattes, Oliveira, Marcone Augusto Leal de lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4447
Resumo Português:O presente trabalho se destina ao estudo de propriedades estruturais e termodinâmicas inerentes a triglicerídeos, ésteres de ácido graxo (EAG) e biodiesel por meio de metodologias teóricas e quimiométricas. Aliado a isso, o estudo do processo de transesterificação de triglicerídeos (TG) utilizando ciclodextrinas (CD) como potencias catalisadores também foi contemplado. Inicialmente, por meio de um planejamento fatorial Box-Behnken 34, foram avaliados os efeitos das variáveis envolvidas na simulação de dinâmica molecular (DM) de complexos de inclusão formados entre trilaurilglicerídeo (TLG – 12:0) e α-CD. Os resultados apontaram um protocolo de aquecimento de DM adequado para o tratamento de sistemas TG@n.α-CD com valores bem definidos para as variáveis envolvidas no processo: tempo de aquecimento (W), tempo de equilíbrio (E), passo da DM (S) e constante dielétrica (C). De posse deste protocolo, foram desenvolvidos estudos de DM contemplando complexos de inclusão formados entre modelos de TG utilizados para a síntese de biodiesel – trilaurilglicerídeo (TLG – 12:0), tripentadecanoilglicerídeo (TPDG – 15:0), trihexadecanoilglicerídeo (THDG – 16:0), triestearilglicerídeo (TESG – 18:0), trioleilglicerídeo (TOG – 18:1), trilinoleilglicerídeo (TLLG – 18:2) e trilinolenilglicerídeo (TLNG – 18:3) – e α-CD nativa e modificada (α-CD-NH2). Os resultados apontaram uma correlação entre a estabilidade dos complexos de inclusão TG@1.α-CD e o tamanho e o grau de saturação das cadeias triglicerídicas inclusas. Complexos de inclusão formados com TG de cadeias longas e insaturadas apresentaram menores valores de energia de complexação frente àqueles formados com outros tipos de cadeia triglicerídica. Em outra parte deste estudo, o potencial catalítico de CD na reação de transesterificação de TG também foi investigado por meio de cálculos de otimização de geometria e de frequências harmônicas vibracionais via DFT. Os resultados apontaram evidências termodinâmicas para tal proposta utilizando α-CD como catalisador. Além disso, espectros infravermelho e Raman teóricos foram determinados para algumas espécies de TG e EAG, visando a elucidação de possíveis métodos capazes de contribuir para as análises experimentais de biodiesel. Algumas distinções interessantes foram notadas entre o perfil do espectro de espécies saturadas e insaturadas e de misturas contendo impurezas inerentes ao processo de produção de biodiesel.
The present work aims the study of structural and thermodynamic properties for process involving triglycerides (TG), fatty acid esters (EAG) and biodiesel through theoretical and chemometrical methodologies. The study of the transesterification reaction of triglycerides (TG) using cyclodextrin (CD) as a potential catalyst were also carried out. Initially, through a Box-Behnken 34 factorial design, the effects of the variables involved in the molecular dynamics simulation (MD) of inclusion compounds formed between trilaurylglyceride (TLG – 12:0) and α-CD were evaluated. The results lead to an appropriated MD heating protocol for the treatment of TG@n.CD systems with specific values for the variables involved in the process: time of heating (W), equilibrium time (E), time step of the dynamics (S) and dielectric constant of the medium (C). Starting from the best protocol, MD studies were developed contemplating inclusion complexes formed between TG models used to the biodiesel synthesis – trilaurylglyceride (TLG – 12:0), tripentadecanoylglyceride (TPDG – 15:0), trihexadecanoylglyceride (THDG – 16:0), triestearylglyceride (TESG – 18:0), trioleylglyceride (TOG – 18:1), trilinoleylglyceride (TLLG – 18:2) e trilinolenylgliceride (TLNG – 18:3) – and native α-CD and modified cyclodextrin (α-CD-NH2). The results pointed out a correlation between the stability of the TG@1.α-CD inclusion compounds and the size and saturation degree of the triglyceridic included chain. The catalytic potential of CD in the transesterification reaction of TG was also investigated through geometry optimization and vibrational harmonic frequencies calculations via DFT. The results show thermodynamic evidences for such proposal using α-CD as catalyst. Besides, theoretical infrared and Raman spectra were determined for some TG and EAG species, looking for the elucidation of possible methods capable to contribute for the experimental analysis of biodiesel. Some interesting fingerprints were noticed in the spectrum of saturated and unsaturated species, allowing the characterization of complex mixtures obtained in the biodiesel production.