Ácido 2,5-furandicarboxílico
El ácido 2,5-furandicarboxílico (FDCA) es un compuesto químico orgánico que consta de dos grupos de ácido carboxílico unidos a un anillo de furano central . Fue reportado por primera vez como ácido dehidromúcico por Rudolph Fittig y Heinzelmann en 1876, quienes lo produjeron a través de la acción del ácido bromhídrico concentrado sobre el ácido múcico . [2] Se puede producir a partir de ciertos carbohidratos y, como tal, es un recurso renovable. El Departamento de Energía de EE. UU. lo identificó como uno de los 12 productos químicos prioritarios para establecer la industria química "verde" del futuro. [3] Se ha sugerido que el ácido furan-2,5-dicarboxílico (FDCA) es un componente básico renovable importante porque puede sustituir al ácido tereftálico (PTA) en la producción de poliésteres y otros polímeros actuales que contienen un resto aromático. [4] [5] [6]
El primer grupo se basa en la deshidratación triple promovida por ácido de los ácidos aldárico ( múcico ). Esta reacción requiere condiciones severas (ácidos altamente concentrados, temperatura > 120 °C, tiempo de reacción > 20 h) y todos los métodos fueron no selectivos con rendimientos < 50 %. [7] El proceso también ha sido patentado por la empresa francesa Agro Industrie Recherches et Developpements. [8] Este es también el proceso que utilizan DuPont y ADM según la literatura de patentes. [9]
La segunda clase de rutas de síntesis incluye las reacciones de oxidación de varios furanos 2,5-disustituidos que utilizan una variedad de oxidantes inorgánicos. Se han informado varias rutas a FDCA a través de la oxidación de hidroximetilfurfural (HMF) con aire sobre diferentes catalizadores. La oxidación de HMF en condiciones fuertemente alcalinas sobre catalizadores de metales nobles da una formación casi cuantitativa de FDCA. [10] [11] La oxidación de HMF y metoximetilfurfural (MMF) también se estudió con una serie de catalizadores de bromuro de metal convencionales (Co, Mn, Br) utilizados para la oxidación de para-xileno a ácido tereftálico . [12]Además, se ha investigado con buenas selectividades la deshidratación y oxidación directas de fructosa a FDCA en un solo recipiente a través de HMF intermedio, desafortunadamente este sistema no funciona en agua. [13]
La tercera clase incluye reacciones que describen la síntesis de FDCA a partir de furfural. El furfural se puede oxidar a ácido 2-furoico con ácido nítrico y este último se convierte posteriormente en su éster metílico. A continuación, el éster se convirtió mediante clorometilación en la posición 5 para dar 5-clorometilfuroato. Este último se oxidó con ácido nítrico para formar 2,5-furandicarboxilato de dimetilo que, después de la hidrólisis alcalina, dio FDCA con un rendimiento del 50%. Andrisano informó que el 2-furoato de potasio, cuando se calentaba a 300 °C en una atmósfera de nitrógeno, se descarboxilaba a furano con carboxilación simultánea en la posición 5 a 2,5-furandicarboxilato de di-potasio. [14]
También se ha detectado FDCA en orina humana. [15] Un ser humano sano produce de 3 a 5 mg/día. Numerosos estudios se llevaron a cabo para establecer el metabolismo de este compuesto y para determinar la cantidad que se produce en función de la salubridad del ser humano. Se demostró que la cantidad individual de FDCA producido aumentó después de la inyección de fructosa. También se detectó FDCA en plasma sanguíneo. [4] Recientemente, la enzima furfural/HMF oxidorreductasa fue aislada de la bacteria Cupriavidus basilensis HMF14. [16] Esta enzima podría convertir HMF en FDCA utilizando oxígeno molecular, aunque una aldehído deshidrogenasa también podría desempeñar un papel. Una Pseudomonas putidaLa cepa que fue modificada genéticamente para expresar esta enzima puede convertir completa y selectivamente HMF en FDCA. Esta biocatálisis se realiza en agua, a temperatura y presión ambiente, sin productos químicos tóxicos ni contaminantes, por lo que es muy respetuosa con el medio ambiente. [17] Varias otras enzimas han sido descritas más adelante, incluyendo HMFO. Esta oxidasa dependiente de flavina cataliza las tres oxidaciones consecutivas para formar FDCA a partir de HMF. [18]
