OUTROS PROCESSOS

2.4.1.Hidroformilação (Processo-Oxo)

Segundo Pinheiro (2002) as reações oxo foram estudadas na Alemanha durante as pesquisas sobre a síntese de Ficher-Tropsch para a produção de combustíveis líquidos e produtos

químicos a partir do carbono.

O resultado desta reação consiste da adição de moléculas de formaldeído em compostos orgânicos. A primeira síntese feita foi com etileno,

22 obtendo-se dietilcetona e aldeído propiônico. Mais tarde percebeu-se que a

produção de cetona tinha pouca importância, pois os aldeídos eram quase sempre o produto principal:

3 2 2 2 2 CO H R CH CH C O R CH CH CH CH R− = + − → − − − = + − − (2.1) H C=O | H

A reação oxo é um caso especial de introdução de monóxido de carbono em uma molécula orgânica. Tem-se tratado numerosos álcoois com monóxido de carbono e vapor em presença de um catalisador ácido, e sempre em cada caso se tem obtido ácidos carboxílicos com um átomo de carbono a mais .

2.4.1.1. Reagentes Para Reação Oxo

- Gás d´agua e gases de sínteses: Se conhece como reação do gás d´agua a que produz uma mistura de partes iguais de monóxido de carbono e hidrogênio, a partir do carbono e o vapor de água. A mistura gasosa é o chamado gás de água:

2 2O CO H H

C+ → + (2.2)

Como combustível sólido emprega-se o coque ou carbono mineral; insufla- se ar através do combustível para conseguir uma temperatura adequada e então se injeta vapor para obter o gás de água. A temperatura do combustível baixa ao tratá-lo com o vapor, insufla ar novamente sobre o coque. O gás resultante se separa e injeta-se novamente vapor quando alcança outra vez a incandescência, este ciclo intermitente se repete de maneira contínua.

23 Conhece-se como gás de síntese a mistura de monóxido de carbono e

hidrogênio obtida por uma reação distinta a do gás de água. Um dos sistemas mais econômicos para a produção deste gás consiste da reação de metano com dióxido de carbono ou, este e vapor d’água. O procedimento que deverá seguir depende da composição desejada para o gás de síntese:

2 2

4 CO 2CO 2H

CH + → + (2.3)

- Monóxido de carbono: Este gás incolor e inodoro condensa-se a 192ºC e se solidifica a 207ºC. Sua pressão crítica é de 35 atm e sua temperatura crítica é de 139ºC.

O monóxido de carbono raramente se apresenta na natureza. Na atmosfera das grandes cidades industrializadas se há comprovado em alguns casos um máximo de 0,015% de monóxido de carbono. Devido a sua falta de odor e de sua ação tóxica, o monóxido de carbono é perigoso, sua ação é direta e cumulativa, combina-se com a hemoglobina do sangue formando um composto de adição mais estável que o oxigênio com a hemoglobina, esta transporta o oxigênio desde os pulmões até os tecidos, mas na presença do monóxido de carbono a hemoglobina reage perfeitamente e perde sua utilidade como transportador de oxigênio, trazendo conseqüências fatais. Os primeiros sintomas de intoxicação por monóxido de carbono são dores de cabeça e vertigem, sendo que algumas vezes apresenta-se através de colapsos sem sintomas.

São admitidas três estruturas eletrônicas para o monóxido de carbono nas quais estão distribuídos de uma maneira diferente os dez elétrons de valência, quatro do carbono de seis do oxigênio:

−

24 No geral, as estruturas que tem um número maior de ligações covalentes

são mais estáveis. Linus Pauling indica que as três estruturas de ressonância contribuem por igual ao estado normal da molécula e que o pequeno momento dipolar está de acordo com esta apreciação. As estruturas de ressonância do monóxido de carbono conferem 58 Kcal/mol de estabilidade adicional, com relação ao grupo cetônico comum, nesta energia de ressonância está à causa da estabilidade do monóxido de carbono.

- Hidrogênio: o hidrogênio é solúvel nos hidrocarbonetos de petróleo e metais, em ambos, a solubilidade aumenta com a temperatura. A maioria dos compostos orgânicos não reagem totalmente com o hidrogênio a temperaturas moderadas se não tiverem a ajuda de um catalisador. O hidrogênio pode ser obtido por diversos métodos ou a partir do gás de síntese por meio da reação do gás de água. Isto pode ser conseguido tratando o gás de síntese com vapor de água em presença de catalisador de cromato de cobalto ou ferro, a uma temperatura de 200 a 300ºC e pressão normal: 2 2 2O H CO H CO+ ⇔ + (2.5)

- Olefinas: Se tem submetido à reação oxo grande variedade de compostos olefínicos puros, desde o etileno ao hexadeceno. Igualmente, se tem tratado muitos etilenos substituídos com grupos não alquílicos ligados por duplas ligações; tem-se usado compostos como o éter divinílico, oleato de etila, estireno, álcool alílico e ciclopentadieno.

- Catalisadores: o catalisador usado no procedimento experimental alemão era um catalisador Fischer-Tropsch, de cobalto. Empregou-se quase que exclusivamente este catalisador devido ao que se preparava em grande escala para usá-lo na reação de Fischer-Tropsch. A investigação das causas do efeito

25 catalítico do cobalto e do ferro na reação oxo e a indicada falta de atividade

do níquel, destacam a importância que tem a estrutura atômica dos metais e seus carbonilos. O cobalto tem número atômico 27, isto é, possui 27 elétrons. No caso de quatro moléculas de monóxido de carbono que reagem com cobalto para dar Co(CO)4, por contribuição de um par de elétrons de cada molécula o número total de elétrons que rodearão o núcleo de cobalto será 27 mais 8, 35 no total.

O ferro forma Fe(CO)5, de estabilidade intermediária entre os carbonilos de cobalto e de níquel. os catalisadores de ferro encontram-se entre os de cobalto e níquel no que se refere a sua atividade catalisadora da reação oxo. Estudos recentes indicam que o cálcio, o magnésio e o zinco são também catalisadores da reação oxo.

2.4.1.2. Fatores Que Influenciam A Reação Oxo

- Influência da estrutura das olefinas - A maioria das olefinas de cadeia aberta estudadas nas reações oxo são aquelas que têm a dupla ligação em um extremo da cadeia. Destas olefinas resulta geralmente uma mistura de aldeídos, cujos isômeros, os de cadeia ramificada ou não, se apresentam quase que na mesma proporção. No caso em que as olefinas também sejam de cadeia reta, mas com a dupla ligação em uma posição diferente da anterior, os produtos resultantes são quase idênticos aos que são obtidos com as olefinas isoméricas que têm a dupla ligação na posição terminal.

Uma regra geral é que partindo de uma olefina de cadeia reta, obtém-se cerca de 60 a 40% de aldeído normal, e 40 a 60% de aldeído ramificado na

26 posição alfa, sem que importe a posição da dupla ligação, ou seja, durante a

reação a olefina sofre isomerização.

- Efeito do catalisador - Nas reações oxo que são realizadas acima de 150ºC e a pressão próxima de 210 atm para o gás de síntese, não se deve usar catalisador; para as reações a temperaturas inferiores pode-se usar o dicobalto-octacarbonato ou o metal ativo. Não se conhece o efeito que tem a concentração do catalisador, mas é provável que seja de grande importância no curso da reação. No geral, uma concentração satisfatória de catalisador se consegue com uma quantidade equivalente a 0,5 a 5 % mols de cobalto.

- Influência da Temperatura - Quando se deseja um rendimento máximo de aldeídos, a reação oxo deverá realizar-se a temperatura mais baixa compatível com a velocidade da reação . Esta temperatura está entre 110 e 140ºC e para trabalhar com êxito a esta temperatura emprega-se um carbonato de cobalto já formado ou uma forma muito reativa de cobalto metálico ou, um catalisador reduzido de Fischer-Tropsch. Também se pode conseguir bons rendimentos operando a 150–160ºC. A vantagem deste limite de temperatura em uma operação por batelada é que qualquer sal de cobalto, como o acetato, carbonato, pode servir como catalisador. Se o que se deseja como produto final são aldeídos, estes podem ser produzidos a uma temperatura de 180 a 200ºC.

A temperatura ótima oferece variações que dependem da natureza do catalisador de cobalto e também do caráter da olefina com que se trabalha. - Influência da pressão - Com o gás de síntese pode se conduzir à reação oxo a pressões desde 100 a 700 atm. Os dados cinéticos obtidos em experimentos de operações descontínuas em autoclave indicam que a

27 velocidade é independente da pressão do gás de síntese entre 75 e 150 atm.

Provavelmente, a pressão mínima depende da pressão parcial do monóxido de carbono. Tem-se verificado que a reação no procedimento contínuo depende notavelmente da pressão.

Características das instalações industriais - as autoclaves usadas para hidrogenações a elevadas pressões podem servir para a reação oxo, sendo que o material deve ser, preferivelmente, ácido inoxidável. O reator deverá ser colocado em um local com sistema de exaustão adequado para estar seguro da eliminação rápida do monóxido de carbono em caso de acidente; não será demais empregar sistemas de alarme contra o monóxido de carbono. O gás de síntese, no geral, não se pode comprar, de modo que na autoclave deve ser introduzidos separadamente o monóxido de carbono e o hidrogênio; o primeiro adquirisse em cilindros a 56-70 atm, e o hidrogênio também em cilindros a uma pressão próxima a 140 atm.

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CAPÍTULO 3