Sintesi verde di acido adipico
La sintesi verde di acido adipico (acido 1,6 esandioico) da biomassa rinnovabile è un obiettivo molto interessante della chimica verde e sostenibile. L’acido adipico è un acido bicarbossilico usato nell’industria nella produzione di nylon, resine, lubrificanti e plastificanti. Purtroppo la tecnologia del processo tradizionale è accompagnata da un grave inquinamento ambientale. Data la crescente domanda di acido adipico e il desiderio di ridurre il suo impatto negativo sull’ambiente, sono stati compiuti sforzi considerevoli per sviluppare percorsi più ecologici e rispettosi.
Prima della sintesi verde di acido adipico esso era ottenuto per ossidazione con acido nitrico del cicloesanone. La maggior parte dei problemi ambientali legati a questo processo riguardano l’utilizzo dell’acido nitrico a causa delle grandi quantità di ossidi dell’azoto che si sviluppano.
In particolare del monossido di diazoto, che contribuisce gravemente all’effetto serra e contribuisce all’assottigliamento dello strato di ozono che è uno schermo fondamentale per l’intercettazione di radiazioni U.V. letali per la vita sulla terra.
A seguito del secondo trattato discusso nel protocollo di Kyoto le aziende produttrici di acido adipico hanno dovuto istallare, dalla fine del 2000, sistemi per la rimozione degli ossidi di azoto che ne consentono la rimozione di circa il 90% del monossido di diazoto ma che comportano costi elevati.
Pertanto si sono tentati diversi approcci per la sintesi verde dell’acido adipico al fine di rispettare i principi della chimica verde il cui scopo è quello di prevenire l’inquinamento, riducendo o eliminando l’uso di prodotti e processi pericolosi, sostituendoli con altri ecocompatibili ed ecosostenibili
Primi tentativi
Prima della sintesi verde di acido adipico le principali industrie, come la DuPont, svilupparono processi catalitici per convertire il monossido di diazoto in altri prodotti innocui impiegando diverse metodologie come la decomposizione dell’N2O in azoto molecolare e ossigeno o la conversione in NO che può essere recuperato come acido nitrico o acido nitroso.
Nonostante questi enormi sforzi per ridurre questo gas di origine antropica, esso rappresenta ancora il 5–8% della produzione mondiale, di cui circa l’1% proviene da fonti industriali. Ciò genera la necessità di sviluppare un percorso sintetico ecologico e rispettoso dell’ambiente per lo sviluppo sostenibile del processo per la sintesi verde dell’acido adipico.
Per sostituire l’acido nitrico come specie ossidante sono stati utilizzati numerosi ossidanti come il perossido di idrogeno e l’ozono che producono rispettivamente acqua e ossigeno molecolare come sottoprodotti che sono verdi e sostenibili per la natura. Inoltre sono stati utilizzati catalizzatori eterogenei basati su silicati di ossidi di tungsteno, molibdeno, manganese e cobalto.
Dettagli sulla sintesi verde di acido adipico
Per la sintesi verde di acido adipico si possono utilizzare il cicloesano, cicloesanolo o cicloesanone come materiale di partenza che sono poi ossidati con perossido di idrogeno e il metodo si allinea ai requisiti della chimica verde e può garantire un alto rendimento e un’elevata selettività.
L’utilizzo di catalizzatori verdi supportati solidi, come ossidi metallici, silicati a struttura cava, nanotubi di carbonio e poliossometallati (POM), mostrano notevoli prestazioni nella sintesi verde dell’acido adipico, grazie alle proprietà adsorbenti intrinseche e all’acidità regolabile.
La ricerca si è estesa, oltre che nella ricerca di ossidanti e catalizzatori anche sulla materia prima del materiale di partenza. Sono stati realizzati alcuni processi alternativi per la sintesi verde dell’acido adipico per mediante ossidazione di sostanze chimiche derivate dalla biomassa lignocellulosica, ad esempio emicellulosa, cellulosa e lignina.
Tra i processi che portano sintesi verde di acido adipico da fonti rinnovabili vi è quello che utilizza il glucosio per convertirlo ad acido glucarico, la conversione dell’idrossimetilfurfurale ad acido furan dicarbossilico, il processo γ -valerolattone e quello con lignina e derivati.
Nella prima fase della trasformazione del glucosio di origine biologica e dei suoi derivati in acido adipico il glucosio è stato ossidato per formare acido glucarico che è ulteriormente convertito in acido adipico mediante un processo di idrodeossigenazione catalitica su catalizzatori ReOx /ZrO2 -Pd/C (Y = 82%).
La difficoltà di separazione e i sottoprodotti pericolosi hanno ostacolato l’ulteriore sviluppo di questo processo e pertanto sono stati utilizzati, per la sintesi dell’acido glucarico s catalizzatori di metalli nobili supportati, quali, ad esempio, palladio, platino e oro.
Sintesi verde di acido adipico enzimatica
L’uso di microrganismi per la bioconversione del glucosio in acido adipico costituisce un ulteriore passo in avanti per la sintesi verde dell’acido adipico. I recenti progressi nei campi dell’ingegneria metabolica e della biologia sintetica hanno consentito la creazione di organismi di fermentazione industriale in grado di produrre un’ampia varietà di sostanze chimiche importanti dal punto di vista commerciale.
La produzione biocatalitica di acido adipico da materie prime rinnovabili porterà alla riduzione del danno ambientale ed eliminerà la necessità di precursori di combustibili fossili. È stata realizzata l’idrogenazione enzimatica dell’acido muconico che ha due doppi legami utilizzando enoato reduttasi microbiche, complessi di enzimi contenenti ferro-zolfo e flavina che mostrano attività di idrogenazione degli alcheni sugli acidi carbossilici α-insaturi.
Si è pertanto utilizzato il Bacillus coagulans in un ceppo di Saccharomyces cerevisiae che produce acido muconico e sviluppato un processo di fermentazione in tre fasi che consente la sintesi dell’acido adipico dal glucosio.
