Ácido levulínico una molécula plataforma usada en la industria farmacéutica: Evaluación de su obtención a partir de biomasa residual de café
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2022
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Resumen
El ácido levulínico (LA) es considerado una de las plataformas químicas más importantes, debido a su potencial para sintetizar una gran variedad de compuestos químicos de valor añadido. En la industria se utiliza como precursor sintético en diferentes sectores como el farmacéutico, alimenticio, aromatizantes y polímeros, entre otros. En Colombia se producen aproximadamente 468.120 toneladas de café al año generando múltiples desechos, uno de estos se llama mucílago; es una capa de contextura gelatinosa que recubre la semilla y está formada por azúcares como glucosa y xilosa. De este mucílago se generan aproximadamente 55,500 toneladas donde la mayor parte termina en ríos y arroyos, lo que puede provocar una grave contaminación. Con base en lo anterior, es importante hacer un buen aprovechamiento de este residuo natural para producir importantes compuestos que tienen un valor químico agregado. Este documento trata de la conversión catalítica de la glucosa obtenida de la biomasa residual del café mediante tratamientos de hidrólisis ácida diluida con concentraciones de 1,0 % de ácido nítrico, temperatura entre 60 °C y 120 °C, y tiempo de reacción entre 60 y 180 minutos. Para la obtención de ácido levulínico se utilizaron catalizadores de tungsteno y vanadio sintetizados por el método sol-gel. La reacción se produce a través de una vía en tándem compuesta por tres pasos fundamentales: isomerización de glucosa a fructosa, seguido de deshidratación de fructosa a 5- HMF (5-hidroximetilfurfural) y rehidratación de 5-HMF para la producción de LA. La glucosa y el ácido levulínico, se cuantifican por Cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC), usando una columna C18 y un detector ultravioleta con un rango de absorción de 210 y 275 nm. La metodología experimental se realizó en tres bloques importantes; el primero la caracterización de la biomasa residual de café, el segundo en la obtención de azúcares como xilosa y glucosa a partir de hidrólisis ácida y el tercero, la producción de AL, obteniendo un máximo de 38,783 mg por cada gramo de biomasa. Además se identificaron y cuantificaron otros productos de valor agregado tales como 5-Hidroximetilfurfural (0,446 g/mg de biomasa) y Furfural (2.832 mg/ g de biomasa) con el hidrolizado usando catalizadores sólidos. En la caracterización de biomasa se muestran valores de 79,09 % de humedad y 0,81 % de ceniza, valores cercanos a la literatura.
Descripción
Abstract
The levulinic acid (LA) is considered one of the most important chemical platforms, due to its potential to synthesize a wide variety of value-added chemical compounds. In industry it is used as a synthetic precursor in different sectors such as pharmaceuticals, food, flavorings and polymers, among others. In Colombia, approximately 468,120 tons of coffee are produced for year, generating multiple wastes, one of which is called mucilage; It is a gelatinous layer that covers the seed and is made up of sugars such as glucose and xylose. Approximately 55,500 tons of this mucilage are generated, most of which ends up in rivers and streams, causing serious contamination. Based on the above, it is important to make good use of this natural residue to produce important compounds that have an added chemical value. This document is about the catalytic conversion of glucose obtained from the residual biomass of coffee through diluted acid hydrolysis treatments with concentrations of 1.0% nitric acid, temperature between 60 °C and 120 °C, and reaction time between 60 and 180 minutes. To obtain levulinic acid, tungsten and vanadium catalysts synthesized by the sol-gel method were used. The reaction occurs through a tandem pathway composed of three fundamental steps: isomerization of glucose to fructose, followed by dehydration of fructose to 5-HMF (5- hydroxymethylfurfural) and rehydration of 5-HMF for LA production. The glucose and levulinic acid are quantified by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), using a C18 column and an ultraviolet detector with an absorption range of 210 and 275 nm. The experimental methodology was carried out in three important blocks; the first the characterization of the residual biomass of coffee, the second in the obtaining of sugars such as xylose and glucose from acid hydrolysis and the third, the production of AL, obtaining a maximum of 38,783 mg for each gram of biomass. In addition, other value-added products such as 5-Hydroxymethylfurfural (0.446 g/mg biomass) and Furfural (2,832 mg/g biomass) were identified and quantified with the hydrolyzate using solid catalysts. In the biomass characterization, values of 79.09% humidity and 0.81% ash are shown, values close to the literature.
Palabras clave
Biomasa, Catálisis heterogénea, Ácido levulínico
Keywords
Biomass, Heterogeneous catalysis, Levulinic acid