Enfoque cinético termodinámico sobre la síntesis enzimática de ácido peracético

Abstract

Los perácidos carboxílicos son oxidantes orgánicos de gran importancia para la industria cosmética, alimenticia y agroquímica. Siendo participes en la reacción de epoxidación de Prileschajew. La vía de síntesis tradicional consiste en el uso de ácido sulfúrico como catalizador. Si el perácido sintetizado es utilizado en la reacción de epoxidación, la presencia de ácido sulfúrico promueve reacciones secundarias a partir de la apertura del anillo oxirano. Por esta razón, el estudio de catalizadores alternativos como las enzimas resulta un tema de interés. La síntesis de perácidos es llevada a cabo in situ con la epoxidación en un sistema bifásico líquido-líquido, por lo que la selección de un solvente adecuado es crucial para incrementar la productividad del sistema. En este trabajo se realizaron cuatro experiencias de síntesis de ácido peracético utilizando como solventes éter diisopropílico, tolueno, n-hexano y n-heptano en un reactor batch a 30 °C. Con el objetivo de estudiar la influencia de la polaridad del solvente en la velocidad de reacción. Se utiliza como catalizador la enzima inmovilizada Candida Antartica Lipase B. El avance de la reacción se determina mediante la titulación de perácido acético por iodometría y cerimetría en ambas fases líquidas. Se ajusta un modelo cinético enzimático ping pong bi-bi para estimar la velocidad inicial de reacción, evaluado en las actividades termodinámicas de los reactivos. Enfoque conocido como TABEK (thermodynamic activity-based enzyme kinetic) que proporciona parámetros cinéticos intrínsecos de la reacción e independientes del solvente que se utilice. Las actividades de las especies se estiman utilizando UNIFAC el cual demostró ser adecuado para modelar estos sistemas liq-liq.

Carboxylic peracids are organic oxidants of relevance in the cosmetic, food and agrochemical industries. They are traditionally used as intermediaries in a process known as Prileschajew epoxidation and synthesized using sulfuric acid as a catalyst, which also promotes undesirable reactions on the final epoxides. Therefore, the study of selective catalysts such as enzymes is a topic of interest. This system constitutes a liquid-liquid (liqliq) two-phase system thus the selection of a suitable solvent is crucial to increase the productivity of the reaction. In this work, peracetic acid synthesis experiments were carried out using diisopropyl ether, toluene, n-hexane and n-heptane as solvents in a batch reactor at 30 °C. The progress of the reaction was determined by titration of acetic peracid by iodometry and cerimetry in both liquid phases. The initial reaction rates were found to be 0.212, 0.252, 0.229 and 0.193 mmol g-1 min-1 , respectively. Therefore, the trend is not straightforward in relation to the polarity of the solvent. The experimental data were fitted to a ping-pong bi-bi enzymatic kinetic model to estimate the initial reaction rate, evaluated in the thermodynamic activities of the reagents. The model was able to reproduce the trend of the initial rate with the change of solvent. The activities of the species were estimated using UNIFAC, which proved to be suitable for modeling these liqliq systems.