Це дослідження присвячено синтезу епоксидованих моноалкілолеатів лінійних і розгалужених спиртів С2-С4 на основі відпрацьованої кулінарної олії з використанням комерційно доступних марок сильнокислотних іонообмінних смол (непористих гелевого типу Amberlite IR120 і KU-2-8ChS і пористої макроретикулярного типу Purolite CT275). Процес проводили з метою одержання олеоепоксидів як перспективних платформ на основі біовідновлювальної сировини для подальшої хімічної модифікації. Спочатку було синтезовано відповідні моноалкілолеати через перееcтерифікацію або естерифікацію. Епоксидування проводили з використанням молярного співвідношення олеат : CH3COOH : H2O2 як 1 : 0,4 : 2,0 протягом 4 год за 40-60 °C. Використання 10-11 % сульфокатіоніту (у перерахунку на сухий) забезпечило конверсію 96-100 % і селективність >99 %. Зменшення завантаження сульфокатіоніту вдвічі мало за результат значне зниження конверсії (83-86 %) для непористих зразків, і точно таку ж її величину для пористого зразка (99 %). Склад отриманих продуктів (вміст епоксидованих олеатів понад 80 %) визначали за допомогою газової хроматографії, хімічна структура була підтверджена за допомогою 1H і 13С ЯМР-спектроскопії.
[1] Himri, Y.; Rehman, S.; Mostafaeipour, A.; Mellit, A.; Himri, S.; Namas, T. Worldwide Biomass Resources and Supply. In Encyclopedia of Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Vol. 1; Elsevier, 2024; pp 475−484. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-93940-9.00146-8
[2] Ramli, A. N. R. Agriculture Biomass Characterization and Exploitation. In Encyclopedia of Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Vol. 1; Elsevier, 2024; pp 529–542. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-93940-9.00067-0
[3] Patrylak, L.; Konovalov, S.; Yakovenko, A.; Pertko, O.; Povazhnyi, V.; Kurmach, M.; Voloshyna, Y.; Filonenko, M.; Zubenko, S. Fructose Transformation into 5-Hydroxymethylfurfural over Natural Transcarpathian Zeolites. Chem. Chem. Technol. 2022, 16, 521–531. https://doi.org/10.23939/chcht16.04.521
[4] Mandari, V.; Devarai, S. K. Biodiesel Production Using Homoge- neous, Heterogeneous, and Enzyme Catalysts via Transesterification and Esterification Reactions: A Critical Review. BioEnergy Res. 2022, 15, 935–961. https://doi.org/10.1007/s12155-021-10333-w
[5] Khodadadi, M. R.; Malpartida, I.; Tsang, C. W.; Lin, C. S. K.; Len, C. Recent Advances on the Catalytic Conversion of Waste Cooking Oil. Mol. Catal. 2020, 494, 111128. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.111128
[6] Appiah, G.; Tulashie, S. K.; Akpari, E. E. A.; Rene, E. R.; Dodoo, D. Biolubricant Production via Esterification and Transesterification Processes: Current Updates and Perspectives. Int. J. Energy Res. 2022, 46, 3860–3890. https://doi.org/10.1002/er.7453
[7] Orjuela, A.; Clark, J. Green Chemicals from Used Cooking Oils: Trends, Challenges, and Opportunities. Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2020, 26, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2020.100369
[8] Papeikin, O.; Bodachivska, L.; Venger, I. Waste Food Oils as Components of Eco-Friendly Grease. Chem. Chem. Technol. 2023, 17, 431–437. https://doi.org/10.23939/chcht17
[9] Flach, B.; Lieberz, S.; Bolla, S. European Union: Biofuels Annual.Global Agricultural Information Network (GAIN), 2023.
[10] OECD Publishing, Agricultural Policy Monitoring and Evaluation 2023: Adapting Agriculture to Climate Change OECD, 2023. https://doi.org/10.1787/b14de474-en
[11] Moser, B. R.; Cermak, S. C.; Doll, K. M.; Kenar, J. A.; Sharma, B. K. A Review of Fatty Epoxide Ring Opening Reactions: Chemistry, Recent Advances, and Applications. J. Am. Oil Chem.Soc. 2022, 99, 801–842. https://doi.org/10.1002/aocs.12623
[12] Prileschajew, N. Oxydation Ungesättigter Verbindungen Mittels Organischer Superoxyde. Berichte der Dtsch. Chem. Gesellschaft. 1909, 42, 4811–4815. https://doi.org/10.1002/cber.190904204100
[13] Silbert, L. S.; Siegel, E.; Swern, D. Peroxides. IX. New Method for the Direct Preparation of Aromatic and Aliphatic Peroxy Acids. J. Org. Chem. 1962, 27, 1336–1342.https://doi.org/10.1021/jo01051a050
[14] Wai, P. T.; Jiang, P.; Shen, Y.; Zhang, P.; Gu, Q.; Leng, Y. Catalytic Developments in the Epoxidation of Vegetable Oils and the Analysis Methods of Epoxidized Products. RSC Adv. 2019, 9, 38119– 38136. https://doi.org/10.1039/C9RA05943A
[15] Monono, E. M.; Bahr, J. A.; Pryor, S. W.; Webster, D. C.; Wiesenborn, D. P. Optimizing Process Parameters of Epoxidized Sucrose Soyate Synthesis for Industrial Scale Production. Org. Process Res. Dev. 2015, 19, 1683–1692. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5b00251
[16] Saurabh, T.; Patnaik, M.; Bhagt, S. L.; Vilas R. Epoxidation of Vegetable Oils: A Review. Int. J. Adv. Eng. Technol. 2011, 2, 491–501.
[17] Jalil, M. J. Optimization of Epoxidation Palm-Based Oleic Acid To Produce Polyols. Chem. Chem. Technol. 2022, 16, 66–73. https://doi.org/10.23939/chcht16.01.066
[18] Kurańska, M.; Beneš, H.; Prociak, A.; Trhlíková, O.; Walterová, Z.; Stochlińska, W. Investigation of Epoxidation of Used Cooking Oils with Homogeneous and Heterogeneous Catalysts. J. Clean. Prod. 2019, 236, 117615. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117615
[19] Mungroo, R.; Pradhan, N. C.; Goud, V. V .; Dalai, A. K. Epoxidation of Canola Oil with Hydrogen Peroxide Catalyzed by Acidic Ion Exchange Resin. J. Am. Oil Chem. Soc. 2008, 85, 887– 896. https://doi.org/10.1007/s11746-008-1277-z
[20] Campanella, A.; Baltanás, M. A. Degradation of the Oxirane Ring of Epoxidized Vegetable Oils with Solvated Acetic Acid Using Cation-exchange Resins. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2004, 106, 524– 530. https://doi.org/10.1002/ejlt.200400965
[21] Sinadinović-Fišer, S.; Janković, M.; Petrović, Z. S. Kinetics of in Situ Epoxidation of Soybean Oil in Bulk Catalyzed by Ion Exchange Resin. J. Am. Oil Chem. Soc. 2001, 78, 725–731. https://doi.org/10.1007/s11746-001-0333-9
[22] Gómez-de-Miranda-Jiménez-de-Aberasturi, O.; Perez-Arce, J. Efficient Epoxidation of Vegetable Oils through the Employment of Acidic Ion Exchange Resins. Can. J. Chem. Eng. 2019, 97, 1785– 1791. https://doi.org/10.1002/cjce.23429
[23] Turco, R.; Vitiello, R.; Russo, V.; Tesser, R.; Santacesaria, E.; Di Serio, M. Selective Epoxidation of Soybean Oil with Performic Acid Catalyzed by Acidic Ionic Exchange Resins. Green Process.Synth. 2013, 2, 427–434. https://doi.org/10.1515/gps-2013-0045
[24] Derahman, A.; Abidin, Z. Z.; Cardona, F.; Biak, D. R. A.; Tahir, P. M.; Abdan, K.; Liew, K. E. Epoxidation of Jatropha Methyl Esters via Acidic Ion Exchange Resin: Optimization and Characterization. J. Chem. Eng. 2019, 36, 959–968. https://doi.org/10.1590/0104- 6632.20190362s20180326
[25] Rios, L. A.; Echeverri, D. A.; Franco, A. Epoxidation of Jatropha Oil Using Heterogeneous Catalysts Suitable for the Prileschajew Reaction: Acidic Resins and Immobilized Lipase. Appl. Catal. A Gen. 2011, 394, 132–137. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.12.033 [26] Konovalov, S.; Zubenko, S.; Patrylak, L.; Yakovenko, A.;
Povazhnyi, V.; Burlachenko, K. Revisiting the Synthesis of Fatty Acid Alkyl Esters of Lower Monohydric Alcohols by Homogeneous Base- Catalyzed Transesterification of Vegetable Oils. In Chemmotological Aspects of Sustainable Development of Transport; Springer, Cham, 2022; pp 49–80. https://doi.org/10.1007/978-3-031-06577-4_4
[27] Konovalov, S.; Patrylak, L.; Zubenko, S.; Okhrimenko, M.; Yakovenko, A.; Levterov, A. Alkali Synthesis of Fatty Acid Butyl and Ethyl Esters and Comparative Bench Motor Testing of Blended Fuels on Their Basis. Chem. Chem. Technol. 2021, 15, 105–117. https://doi.org/10.23939/chcht15.01.105
[28] Patrylak, L. K.; Zubenko, S. O.; Konovalov, S. V.; Povazhnyi, V. A. Alkaline Transesterification of Sunflower Oil Triglycerides by Butanol-1 over Potassium Hydroxide and Alkoxides Catalysts. Vopr. Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii 2019, 5, 93–103. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-126-5-93-103
[29] Zubenko, S. O. The Simple Method of Vegetable Oils and Oleochemical Products Acid Value Determination. Catal. Petrochem. 2021, 31, 69–74. https://doi.org/10.15407/kataliz2021.31.069
[30] Zubenko, S. O.; Konovalov, S. V; Patrylak, L. K.; Okhrimenko, M. V. Peculiarities of Potassium Butilate Preparation as a Catalyst for the Transesterification Process. Catal. Petrochem. 2017, 26, 36–39. http://nbuv.gov.ua/UJRN/KiN_2017_26_7
[31] Ionity. Kataloh; NIITEKhIM: Cherkasy, 1989.
[32] PurliteTM Product Data Sheet CT25. https://www.purolite.com/product-pdf/CT275.pdf
[33] LenntechTM Product Data Sheet Amberlitetm IR 120 H. https://www.lenntech.com/Data-sheets/Rohm-&-Haas-Amberlite-IR- 120-H-L.pdf
[34] Thommes, M.; Kaneko, K.; Neimark, A. V.; Olivier, J. P.; Rodriguez-Reinoso, F.; Rouquerol, J.; Sing, K. S. W. Physisorption of Gases, with Special Reference to the Evaluation of Surface Area and Pore Size Distribution (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 2015, 87, 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117