Mechanizm transterifikacji, w kwasach tłuszczowych, w mikroalgach, stosuje

Transteriacja Jest to reakcja chemiczna, której doświadcza estry. Grupa alkohxi estru jest zastępowana inną zwykle w warunkach kwasowych lub podstawowych. Tego rodzaju reakcje są przeprowadzane za pomocą mechanizmu identycznego z hydrolizą estru. Często zdarza się jednak, że transteriacja nie jest przeprowadzana, gdy alkohol jest trzeciorzędowy.

Ponieważ jest to reakcja w równowadze, musi przejść w kierunku pożądanego kierunku za pomocą znacznego nadmiaru alkoholu, który jest pożądany w końcowej strukturze lub wyeliminowanie drugiego.

Transteriacja. CC0

Fakt, że równowaga reakcji jest odwracalna, z równoważnymi mechanizmami reakcji bezpośrednich i odwrotnych, oznacza, że ​​transterifikacja jest wykazana jako najbardziej odpowiedni przykład do inicjowania badania mechanizmów podstawienia nukleofilowego w grupie acylowej, gdy jest on katalizowany przez kwas lub przez a baza.

[TOC]

Mechanizm transterifikacji

Reakcje transterifikacji są zwykle katalizowane przez kwasy lub zasadę.

W bazach

Gdy stosuje się bazę jako katalizator, mechanizm reakcji implikuje prosty zastąpienie nukleofilowe.

W kwasach

W przypadku transterifikacji katalizowanej przez kwas reakcja jest również podzielona na dwa wcześniej wymienione etapy, ale transfer protonu jest wymagany przed i po każdym z nich.

Oznacza to, że nukleofilowy atak alkoholu jest poprzedzony protonacją grupy karbonylowej, a po jej przeprowadzeniu konieczne jest, aby wystąpiło nieporostanie. Podobnie eliminacja grupy wychodzącej jest poprzedzona protonacją tego, a gdy zakończy się etap eliminacji, dewrootonacja zachodzi ponownie.

Kwas katalizowany transseryfikacja. MIPE/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)

Ponieważ poprzedni mechanizm może generować tworzenie kwasów karboksylowych przez reakcję karbokacji (produkt protonowania grupy karbonylowej) z wodą obecną w reakcji, reakcje transterifikacji katalizowane przez kwas należy przeprowadzić przy braku wody.

Może ci służyć: chlorek wapnia (CACL2)

W niektórych przypadkach transterifikacja może być przeprowadzana w środowisku niekatalitycznym. Jest to jednak możliwe tylko w warunkach nadkrytycznych (wyższa temperatura i wyższe ciśnienie), co nie jest ekonomicznie opłacalne.

Transestryfikacja kwasu tłuszczowego

Oleje roślinne, z nasion i owoców roślin, są głównie składane przez trójglicerydy (trify glicerolu), które obejmują trzy długie kwasy tłuszczowe odpowiedzialne za wysoką masę cząsteczkową i niską zmienność takich olejków.

Przekazując je do procesu transsetestowania za pomocą metanolu, oleje przekształca się w estry metylowe trzech pojedynczych kwasów tłuszczowych. Glicerol jest również generowany jako produkt uboczny reakcji.

Alkohole i katalizatory

Oprócz metanolu inne alkohole krótko łańcucha, takie jak etanol, propanol, butanol i puntanol. Jednak metanol i etanol są preferencjami:

• Metanol ze względu na jego szczególne właściwości fizykochemiczne.
• Etanol, ponieważ jest mniej toksyczny i może wystąpić ze źródeł odnawialnych.

Katalizatory stosowane w reakcji mogą być kwaśne lub podstawowe. Jednak powszechne jest przeprowadzanie procesu w środowisku alkalicznym, ponieważ wydajność reakcji jest większa, a ponadto mniej uszkodzenia sprzętu używanego w wyniku korozji jest generowane.

Biodiesel

Ponieważ masy cząsteczkowe uzyskanych estrów metylowych są około jednej trzeciej masy cząsteczkowej pierwotnego trójglicerydu, ich zmienność jest większa i może być stosowana w silnikach Diesla.

Dlatego mieszanina estrów metylowych uzyskanych z kwasów tłuszczowych zwykle otrzymuje nazwę biodiesla. Jednak jego skład będzie zależeć od struktury łańcuchów kwasu karboksylowego, które tworzą każdy trójgliceryd.

Transterifikacja w mikroalg

Trójglicerydy można również uzyskać z mikroalg. Gatunki te nie tylko syntetyzują je naturalnie, ale także przechowują je jako rezerwę energii węglowej w swoich komórkach, gdy nie mogą już się dzielić.

Może ci służyć: związki organiczne

Zalety

W odniesieniu do olejków roślinnych mikroalgi oferują kilka zalet, jeśli chodzi o surowiec do uzyskania biodiesla. Oprócz wytwarzania większej ilości biomasy, ponieważ wykazują one wysokie tempo wzrostu, nie reprezentują one konkurencji o obszary uprawy dla produkcji żywności.

Mikroalgi mogą rosnąć w tak niesprzyjających warunkach, jak te znajdujące się na ziemiach nieobsennych lub świeżych i słonych zbiornika wodne, takie jak stawy, jeziora, morza i oceany.

Uprawa mikroalgów w skali laboratoryjnej. CSIRO / Creative Commons Agust 3.0 Nieportyzowane.

Skatalizowana transterifikacja kwasu

Ponieważ olej mikroalg zawiera więcej wolnych kwasów tłuszczowych niż oleje roślinne, co powoduje niepożądane wtórne reakcje w podstawowym pożywce, proces steryfikacji należy przeprowadzić przy użyciu katalizatorów kwasowych przed zwykłymi przejściami.

Biorąc to pod uwagę, solidne katalizatory mają duży potencjał w przejściu mikroalg. Oprócz użycia kilku razy i łatwo oddzielonej od pożywki reakcyjnej, czysty glicerol jest uzyskiwany bez produktów, ponieważ na proces nie wpływa na wilgotność występującą w surowcach i wolnych kwasach tłuszczowych.

Zastosowania Transteriacja

Transteriacja jest wykorzystywana głównie w produkcji biodiesla; Uzyskane są nie tylko korzyści ekonomiczne, ale emisje gazów cieplarnianych są zmniejszone. Jednak wielka wszechstronność transestryfikacji pozwoliła na jego zastosowanie zarówno w laboratorium, jak i w przemyśle.

Synteza estrów

Jeśli chodzi o syntezę estrów, transterifikacja zwykle ma więcej zalet niż stosowanie kwasów karboksylowych i alkoholi w niektórych konkretnych przypadkach.

Estry są rozpuszczalne w większości rozpuszczalników organicznych, podczas gdy niektóre kwasy karboksylowe mają bardzo małą rozpuszczalność, co utrudnia wykonanie jednorodnej estryfikacji. Wówczas transformacja estra-odcinka jest szczególnie przydatna z dostępnych w handlu oraz estrów etylicznych i etylowych.

Może ci służyć: skuteczne obciążenie jądrowe potasu: co to jest i przykłady

Polimeryzacja

Transteriacja jest również przydatna w otwarciu pierścienia Lactona, która powoduje utworzenie poliestru.

Chociaż wytwarzanie tereftalanu polietylenowego (PET) opiera się obecnie na bezpośredniej steryfikacji kwasu tereftaliowego, reakcja transcensitacji między dimetyl -tereftalanem a glikolą etylenową w produkcji stosowana do tego poliestrowego.

Powtarzalna jednostka tereftalanu polietylenowego. Domena Diskusion / Pub LJFA-AG

Z drugiej strony, transcenalizacja ma fundamentalne znaczenie w branży malarskiej, ponieważ lekarstwo (poliestrowanie) żywic alquidic pozwala na poprawę właściwości obrazów, w których oleje roślinne są używane jako surowce.

Bibliografia

1. Da Silva, v. T., I sousa, L. DO. (2013). Katalityczna aktualizacja tłuszczów i olejów roślinnych do produkcji paliw. Rola katalizy zrównoważonej produkcji bio-fuelów i biochemikaliów, 67-92.
2. Makarevicine, v., & Skorupskaite, v. (2019). Transerifikacja mikroalg do produkcji biodiesla. Druga i trzecia generacja surowców, 469-510.
3. Meneghetti, s. P., Meneghetti, m. R., I Brito i. C. (2013). Transteriacja, zastosowania SOM i produkcja biodiesla. Virtual Chemistry Magazine, 5 (1), 63-73.
4. Nasreen, s., Nafes, m., Qureshi, L. DO., Asad, m. S., Sadiq, a., & Ali, s. D. (2018). Przegląd katalitycznych metod transterifikacji do produkcji biodiesla (PP. 93-119). Intechopen.
5. Schucardt, u., Sercheli, r., & Vargas, r. M. (1998). Transerifikacja olejków roślinnych: przegląd. Journal of the Brazilian Chemical Society, 9 (3), 199-210.
6. Smith, m. B. (2020). Zaawansowana chemia organiczna March: Reakcje, mechanizmy i struktura (8^th wyd.). Hoboken: John Wiley & Sons.
7. Vyas, a. P., Verma, J. L., & Subrahmanyam, n. (2010). Przegląd procesu produkcji sławy. Paliwo, 89 (1), 1-9.
8. Wade, l. G. (2013). Chemia organiczna (8^thwyd.). Nowy Jork. osoba.