Levoglucosenona

La levoglucosenona es una cetona heterocíclica insaturada y puenteada, formada a partir del levoglucosán por la pérdida de dos moléculas de agua. Es el componente principal producido durante la pirólisis catalizada por el ácido de la celulosa, la D-glucosa y el levoglucosán. El compuesto fue identificado por primera vez en 1970 como un producto de la descomposición térmica de la celulosa.

Estructura 2D de la levoglucosenona
Estructura 2D de la levoglucosenona

Obtención de la levoglucosenona

La principal forma de obtener levoglucosenona es a través de la pirólisis de los hidratos de carbono, especialmente de la celulosa. La levoglucosenona puede derivarse de la biomasa o de otros materiales celulósicos, incluyendo el papel de desecho doméstico/comercial. La disponibilidad de múltiples fuentes es una ventaja clave cuando se compara con otras sustancias químicas de plataforma que se derivan únicamente de la biomasa.

La selectividad puede mejorarse utilizando un catalizador ácido, como el ácido fosfórico. También pueden utilizarse zeolitas y superácidos sólidos, así como líquidos iónicos. Una muestra de celulosa microcristalina se trata previamente con cantidades catalíticas de un ácido, como el ácido fosfórico, y luego se calienta a 270-300°C, obteniendo un bio-aceite.

Estructura 3D de la levoglucosenona
Estructura 3D de la levoglucosenona

Junto con la levoglucosenona como producto principal, el 2-furfuraldehído también se forma en cantidades significativas como impureza a 5-10%. El bio-aceite puede ser destilado al vacío, lo que resulta en una levoglucosenona purificada.

Se ha descubierto que el uso de disolventes polares y apróticos como el THF, γ-valerolactona y sulfolano mejora los rendimientos pirolíticos, ya que los disolventes provocan la hinchazón de la celulosa e inhiben la repolimerización hasta el levoglucosán. Estos disolventes también promueven la deshidratación catalítica de levoglucosán a levoglucosenona.

La irradiación de microondas de celulosa microcristalina también puede ser usada para producir levoglucosenona.

Usos potenciales

Como un compuesto quiral altamente funcionalizado, la levoglucosenona tiene usos como un bloque de construcción en la síntesis orgánica para producir una amplia variedad de compuestos naturales y no naturales.

Recientemente, la compañía australiana Circa desarrolló la tecnología Furacell™, un proceso continuo para convertir una amplia gama de biomasa celulósica en levoglucosenona. Desde entonces, la levoglucosenona ha sido considerada una plataforma bio-renovable prometedora para la producción de productos químicos básicos, siendo especialmente interesante la nueva visión proporcionada por Huber y sus colaboradores sobre cómo transformar esta molécula en α,ω-dioles, monómeros para la producción de poliésteres y poliuretanos.

Pirólisis de Celulosa para obtención de levoglucosenona
Pirólisis de Celulosa para obtención de levoglucosenona

Hoy en día, la atención se centra en el uso de catalizadores heterogéneos para obtener productos derivados de la hidrogenación y la hidrogenólisis. En este sentido, el Pd apoyado en carbono, alúmina y silicio-alúmina puede ser utilizado para obtener una variedad de productos a través de la hidrogenación (es decir, dihidrolevoglucosenona y levoglucosanol), y la hidrogenólisis (es decir, tetrahidrofurandimetanol (THFDM) y 1,6-hexanediol), ajustando la selectividad simplemente cambiando las condiciones de la reacción.

Más recientemente, el Pd y el Pt apoyados en el óxido de circonio demostraron ser catalizadores eficientes para obtener dihidrolevoglucosenona o levoglucosanol, respectivamente, en condiciones de reacción suaves, aprovechando la diferente selectividad de estos metales hacia la hidrogenación de características funcionales específicas.

Para más información Levoglucosenone and Its New Applications