Orientador: Ricardo Andrade Rebelo. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Exatas e Naturais, Programa de Pós-Graduação em Química.

Graduation date: 1998

Orientador: Marco Aurélio Cremasco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:02:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_JeanVinicius_M.pdf: 3509735 bytes, checksum: 14df3cf30ed160fd0f79db993d4a1a65 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O piperonal (ou heliotropina) apresenta aplicações industriais no ramo de cosméticos como fixador de fragrâncias, além de ser matéria prima para componentes de maior valor agregado, como a piperina que é empregada como antiiflamatorio; a vanila que tem aplicações antioxidantes; o pirebidil e a L-dopa que são agentes anti Parkinson. A síntese do piperonal, a partir do óleo essencial da pimenta longa (Piper hispidinervum C. DC), não gera um produto 100 % puro, dessa forma vê-se a importância de estudar uma maneira de separar o piperonal dos demais compostos, safrol, isosafrol e terpinoleno, também presentes no produto final da síntese. Dentre os métodos de purificação há a cromatografia líquida de alta eficiência, que ao longo do tempo mostrou-se eficaz na purificação e separação de diversos compostos. O método de separação baseada em cromatografia líquida de alta eficiência depende de diversos fatores, tais como a escolha da fase estacionária e da fase móvel, bem como estudos preliminares para a posterior implementação das variáveis definidas em uma escala semi preparativa ou preparativa. Na presente Dissertação a fase estacionária utilizada foi à sílica C18 e a fase móvel uma mistura binária 70/30 (v/v) de etanol e água. A escolha da fase móvel binária deveu-se aos bons resultados de resolução obtidos entre o componente de interesse, o piperonal, e o safrol, isosafrol e terpinoleno. A resolução alcançada para o piperonal com relação aos demais componentes, safrol e isosafrol foi de 2,986 e para o terpinoleno 6,900, a literatura relata que valores acima de 1,5 representam uma completa separação. A estimativa de parâmetros chave para a coluna, como a porosidade da partícula e a fração de vazios do leito, foram obtidas por meio do método dos momentos e as isotermas de adsorção por análise frontal. As isotermas foram determinadas entre 20 e 35 ºC, com passo de 5 ºC, apresentaram uma configuração linear. De posse das isotermas, foi possível estimar os valores das constantes modificadas de Henry e as grandezas termodinâmicas ?G, ?H e ?S para o sistema, por meio do gráfico de van't Hoff. Os valores de entalpia apontam que o piperonal é o composto menos retido, pois apresenta uma entalpia igual a -1,134 KJ mol-1, o maior valor se comparado com os obtidos para o safrol, isosafrol e terpinoleno, o que demonstra a baixa interação com a fase estacionária, e consequentemente um baixo tempo de retenção do composto na coluna. Esse efeito foi comprovado com os resultados obtidos para a entropia, o piperonal foi o composto que apresentou o maior valor (6,812 J mol K-1). Ao passo que o terpinoleno apresentou um valor igual a -6,485 J mol K-1. Estes valores descrevem que a retenção do piperonal é menor se comparada com a retenção do terpinoleno. Essas distinções proporcionaram a separação entre os compostos / Abstract: Piperonal (or heliotropine) presents industrial applications in the field of cosmetics as fragrance fixative, besides being the raw material for value-added components such as piperine which is employed as anti-inflammatory, vanilla which has antioxidants applications, pirebidil and L -dopa which are anti Parkinson's disease. The synthesis of piperonal, from the Piper hispidinervum C. DC, does not generate 100% pure product, that way we can see the importance of studying a way to purify piperonal from the others compounds, safrole, isosafrole and terpinoleno, also presente in the final product of the synthesis. A method to be studied is high performance liquid chromatography, which has been proved as an effective in the purification and separation of various compounds. The separation method based on high performance liquid chromatography depends on several factors, such as the choice of stationary phase and mobile phase, as well as preliminary studies for further implementation of the defined variables in a semi-preparative or preparative scale. In the present study silica gel C18 was used as stationary phase and mobile phase was a binary mixture 70/30 (v / v) ethanol and water, respectively. The choice of the binary mobile phase was due to the good results of resolution between the component of interest, piperonal, and others; safrole, isosafrole and terpinolene. The resolution achieved for piperonal in relation to other components, safrole and isosafrole was 2.986 and 6.900 for terpinoleno. The literature reports that values above 1.5 represent a complete separation. The estimation of key parameters for the column, such as the porosity of the particle and the bed porosity were obtained by the moment method and adsorption isotherms by frontal analysis. The isotherms determined between 20 and 35 º C, with steps of 5 º C showed a linear configuration. With the isotherms in hands, it was possible to estimate the values of the Henry constants and the thermodynamics parameters for the system through the van't Hoff graphical. The enthalpy values point out that piperonal is the less retained compound, because it shows an enthalpy value equal to -1.134 KJ mol-1, the greater value if we compare to the safrol, isosafrol and terpinoleno values, this value demonstrate low interaction with the stationary phase and, consequently, a low retention time of the compound in the column. This effect was proved by the entropy values, piperonal showed the greater entropy (6.812 J mol K-1). The terpinoleno showed a value equal to -6.485 J mol K-1. These values describe that piperonal retention is smaller if we compare to terpinoleno retention. This difference makes possible the separation between the compounds / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marco Aurélio Cremasco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T20:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramos_AlexMartins_D.pdf: 2631980 bytes, checksum: 6ae843a3d8311ad1d248269d9eb22659 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O piperonal é uma molécula de grande valor econômico, pois é utilizado como matéria-prima nas indústrias de cosméticos e de fármacos. Uma das formas de obtenção do piperonal é por meio de síntese cujo substrato é o safrol. O safrol é o principal constituinte químico do óleo essencial de pimenta-longa (Piper hispidinervum, C. DC), espécie que é abundante na região Amazônica. Após os processos de síntese aplicados diretamente no óleo de pimenta longa, obtém-se o piperonal, como produto principal, e os coprodutos safrol, isosafrol glicol, cis-isosafrol, trans-isosafrol e terpinoleno. O rendimento dessa rota sintética é cerca de 84% de piperonal. Por este motivo, e considerando o alto valor agregado ao piperonal é que se propôs separá-lo por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com injeção empilhada. Nesse tipo de separação são essenciais as definições de tempo de ciclo e tempo de coleta. Para isso, foram empregadas duas abordagens: a abordagem experimental, na qual o tempo de ciclo e o tempo de coleta foram obtidos diretamente do cromatograma e a abordagem teórica que surgiu em decorrência do modelo proposto nesta Tese, onde os tempos de ciclo e coleta foram obtidos a partir dos parâmetros da curva gaussiana. Para essa última abordagem, são necessárias as constantes de equilíbrio e os parâmetros de transferência de massa (Dp, Def, Ds e Eb), que foram obtidos experimentalmente. Foram empregados três sistemas cromatográficos de separação: o primeiro e segundo foi constituido de fase móvel acetonitrila/água ¿ 70/30 (v/v) a 25 e 35 oC e o terceiro, de fase móvel etanol/água ¿ 70/30 (v/v) a 35 oC, com detecção em 245 nm para todos os sistemas. Utilizou-se coluna analítica de 25 x 0,46 cm e coluna semipreparativa de 25 x 1,0 cm recheadas com fase estacionária C18 cujo tamanho médio de partícula foi 20 ?m. Na coluna analítica foram determinadas a porosidade total e as constantes de equilíbrio do piperonal, safrol, isosafrol e terpinoleno, nas vazões de 0,6 ¿ 1,4 mL.min-1. Na coluna semipreparativa foram determinadas a porosidade total bem como os parâmetros de transferência de massa, nas vazões de 4,0 ¿ 6,0 mL.min-1. Para realização da abordagem teórica, foi preparado uma solução na qual a concentração foi de 0,2 g.L-1. Já na abordagem experimental, preparou-se uma solução de 9,50 g.L-1. Os resultados quanto aos parâmetros cromatográficos e às constantes de equilíbrio mostraram que os componentes têm a seguinte ordem crescente de eluição: piperonal, safrol, isosafrol e terpinoleno. O piperonal tem a menor afinidade com a fase estacionária C18 enquanto o terpinoleno possui a maior. Quanto aos parâmetros de transferência de massa, todos os valores foram próximos àqueles previsto na literatura, sendo o coeficiente de difusão efetivo da ordem de 10-6 cm2.s-1 e o coeficiente de dispersão axial da ordem de 10-3 cm2.s-1. Em relação à abordagem experimental, o piperonal apresentou pureza e recuperação superiores a 98% e 97%, respectivamente, em que a fase móvel acetonitrila/água à 25 oC, constitui-se como o melhor sistema de separação. O mesmo resultado foi obtido para a abordagem teórica quanto ao sistema de separação, sendo a pureza e recuperação de aproximadamente 100% de piperonal. A CLAE semipreparativa com injeção empilhada mostrou-se bastante eficiente em termos de produção de piperonal com elevado grau de pureza. Os resultados indicaram também que uma quantidade maior de amostra pode ser injetada e as informações operacionais bem como os parâmetros determinados neste estudo podem ser facilmente implementados em cromatografia preparativa, tanto em batelada quanto contínua, para obter grandes quantidades de piperonal puro / Abstract: Piperonal is a molecule of great economic value because it is used as raw material in the cosmetic and pharmaceutical industries. One way of obtaining piperonal is through synthesis which substrate is safrole. Safrole is main constituents of the essential oil of long pepper (Piper hispidinervum, C. DC), specie that is abundant in Amazon region. After synthesis processes applied directly to the long pepper oil, piperonal is obtained as the main product and coproducts safrole, isosafrole glycol, isosafrole cis, trans-terpinolene, and isosafrole. The throughput for this synthetic route is about 84% of piperonal. For this reason, and considering the high added value at the piperonal is proposed that separate it by High Performance Liquid Chromatography with stacked injection. For this, two approaches were used: the experimental approach, in which the cycle time and the time of collection were obtained directly from the chromatogram in concentrated solution and the theoretical approach that arose due to proposed model in the thesis on condition of infinite dilution, where cycle times and collection were obtained from the parameters of the gaussian curve. In this last approach, the equilibrium constants and parameters of mass transfer (Dp, Def, Ds and Eb), which were obtained experimentally are needed. Três chromatographic separation systems were used: the first and second, consisted of mobile phase acetonitrile/water ¿ 70/30(v/v) at 25 and 35 oC and the third, ethanol/water ¿ 70/30 (v/v) at 35 oC, with detection in 245 nm all systems. It was used analytical column of 25 x 0,45 cm and semipreparative column of 25 x 1,0 filled with stationary phase C18 which size particle is 20 ?m. In analytical column were determined the total porosity and equilibrium constants of piperonal, safrole, isosafrole and, terpinoleno, in flow rate of 0.6 ¿ 1.4 mL.min-1. In semipreparative column were determined the total porosity as well as the parameters of mass transfer, in flow rates 4.0 ¿ 6.0 mL.min-1. For the performance of theoretical approach, was prepared a solution in which the concentration 9.50 g.L-1. The results regarding to chromatographic parameters and equilibrium constants showed that the components has a followed ascending order of elution: piperonal, safrole, isosafrole, terpinolene. The piperonal has a lowest affinity in respect to stationary phase C18 while terpinoleno has the greatest. Regarding mass transfer parameters, all values are close to those predicted in the literature, the effective diffusion coefficient of about 10-6 cm2.s-1 and the axial dispersion coefficient of the order of 10-3 cm2.s-1. With respect to experimental approach, piperonal presented purity and recovery greater than 98% and 97%, respectively, in which mobile phase acetonitrile/water at 25 ° C, was established as the best separation system. The same result was obtained to theoretical approach regarding to separation system, being purity and recovery about 100% of piperonal. The semipreparative HPLC with stacked injection proved to be very efficient in terms of producing piperonal with high purity. The results also indicate that a greater amount of sample may be injected, and the operational information¿s and the parameters determined in this study may be easily implemented in preparative chromatography, either batch or continuous, to obtain large quantities of pure piperonal / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

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