Avaliação da oxidação da Lignina do pseudocaule da bananeira catalisada por Co3O4: uma investigação experimental e teórica das propriedades da ligação BO4 com abordagem DFT, QTAIM e NCI - Kramer, Carlos Augusto Cabral (2021)
A lignina é uma macromolécula natural que, em geral, é formada pelas unidades aromáticas siringuila (S), guiacila (G) e hidroxifenil (H). A partir de sua estrutura é possível a obtenção de moléculas de alto valor agregado, entretanto, os processos esbarram na necessidade da quebra da ligação que une estas unidades aromáticas, a ligação βO4, que, em geral, exige condições agressivas sob altas temperaturas e pressões. Focando no desenvolvimento de um método eficiente para oxidação da lignina, porém em condições brandas, experimentalmente foi estudada a oxidação da lignina de bananeira, na presença de gás oxigênio atmosférico e Co3O4 como catalisador heterogêneo, sob temperatura de 80°C e pressão ambiente. A concentração ideal do catalisador verificada foi de 1% (mol/mol), que após 54 horas de reação foi suficiente para a oxidação. Na avaliação pela modelagem computacional com uso dos orbitais de fronteira de Kohn-Sham, observou-se que a oxidação altera abruptamente a topologia eletrônica, reduzindo a energia de ligação em βO4 para todos os modelos considerados e os torna mais reativos. Através da Teoria Quântica de Átomos em Moléculas e da análise de Interações Não Covalentes, investigou-se as principais interações intramoleculares e suas propriedades relacionadas a ligação βO4. Foi observado que ligninas formadas por unidade G e S apresentam menor gap HOMO-LUMO e, portanto, são menos estáveis em comparação com os modelos formados por unidades H. Assim, como possuem mais interações de caráter repulsivo e desestabilizador que tornam a ligação βO4 mais fraca, porém, em algumas conformações específicas ligações de hidrogênio são observadas e fazem o efeito inverso. Isto permite concluir que, ligninas derivadas de madeira de lei (hardwood), naturalmente, são mais reativas e possuem menor energia de dissociação da ligação βO4, em comparação às ligninas derivadas de madeira macia (softwood) e de biomassa de plantas herbáceas. Contudo, todos os tipos de lignina se tornam mais reativas e tem a ligação βO4 mais fraca após a oxidação. Os resultados alcançados neste trabalho contribuíram para a construção de um entendimento a nível micro e macroscópio sobre as propriedades da lignina.