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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
QUÍMICA (31002013001P0)
INVESTIGAÇÃO DAS REAÇÕES UNIMOLECULARES NOS MECANISMOS DE PIRÓLISE E COMBUSTÃO DO 2,5-DIMETILFURANO
ARNALDO CARLOS LUCAS
DISSERTAÇÃO
20/04/2020

Furanos são combustíveis alternativos que podem ser misturados com diesel, aumentando o balanço energético e melhorando a performance da combustão. Entre eles, o 2,5-dimetilfurano (DMF) é encontrado. Está bem estabelecido que, entre as reações de iniciação, as decomposições unimoleculares são predominantes. Assim sendo, foi realizado o estudo dos caminhos de reação que representam as principais rotas para a decomposição unimolecular do DMF e para as reações dos principais produtos primários. Cálculos teóricos foram executados em nível CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//M06-2X/aug-cc-pVTZ incluindo otimizações de geometria, cálculos de frequências vibracionais e caminhos de reação. Parâmetros cinéticos foram previstos ao nível de teoria do estado de transição variacional canônico. A dependência dos coeficientes de velocidade com a temperatura foi avaliada. Os caminhos de migração 2-3 de CH3 e 3-2 de hidrogênio foram calculados. A migração de metila 2-3 leva para o 3,5-dimetilfuran-2(3H)-ildeno, que se dissocia, formando metilceteno e prop-1-ino. A migração 3-2 de hidrogênio, leva ao 2,5-dimetilfuran-3(2H)-ildeno, que se dissocia, formando o hexa-3,4-dien-2-ona. Esse último intermediário sofre isomerização e mais uma migração de hidrogênio com dissociação C – C simultânea, levando ao ceteno e but-1-ino. A migração de hidrogênio 3-4 leva ao hexa-4-in-2-ona e depois sofre uma dissociação levando ao ceteno e but-2-ino. A quebra da ligação C – O leva ao mesmo intermediário hexa-3,4-dien-2-ona. A dissociação de um hidrogênio da metila do DMF foi calculada levando ao (5-metilfuran-2-il)-metil. Os coeficientes de velocidade foram calculados e coeficientes de velocidade globais, em função da temperatura, para a decomposição unimolecular de DMF se ajustam à expressão de Arrhenius: kglobal = 4,32x1015exp(-77,62/RT) s-1 com os parâmetros expressos nas unidades s-1 e kcal.mol-1. Reações do intermediário DMF-H, produto da dissociação unimolecular, também foram investigadas. O caminho de migração 3-2 leva ao 5-oxohexa-2,3-dien-1-il. Este sofre isomerização e uma dissociação até chegar ao ceteno e buta-1,2-dien-4-il. Outra rota é iniciada pela migração de hidrogênio 4-5, levando ao 2-metil-5-metildieno-2,5-dihidrofuran-3-il, onde este tem uma dissociação chegando ao 1-[(but-3-in-2-il)oxi]etenil até chegar ao ceteno e but-1-in-3-il. A migração de uma metila 5-4 leva ao 3-metil-5-metildenoxolano-4il-2-ildeno, que passa por outras três etapas até chegar ao carbonil e penta-1,2,4-trieno. A última rota inicia-se com a quebra da ligação C – O levando ao 5-oxohexa-1,2-dien-4-il e depois passa por mais três etapas chegando ao ceteno e buta-1,2-dien-4-il. Esse trabalho apresenta novos dados sobre o estudo da pirólise do DMF com resultados próximos do experimental e caminhos de reações unimoleculares não vistos anteriormente

2,5-dimetilfurano;pirólise;teoria do funcional de densidade;teoria do estado de transição
Furans are alternative fuels that can be mixed with diesel, increasing the energy balance and improving combustion performance. Among them, 2,5-dimethylfurane (DMF) is found. It is well established that, among initiation reactions, unimolecular decompositions are predominant. Therefore, the study of the reaction pathways that represent the main routes for the unimolecular decomposition of DMF and for the reactions of the main primary products was carried out. Theoretical calculations were performed at CCSD (T)/aug-cc-pVTZ//M06 2X/aug-cc-pVTZ level including geometry optimizations, vibrational frequency calculations and reaction paths. Kinetic parameters were predicted at the level of canonical variational transition state theory. The dependence of the rate coefficients with the temperature was evaluated. Migration paths 2-3 of CH3 and 3-2 of hydrogen were calculated. The migration of methyl 2-3 leads to 3,5-dimethylfuran-2(3H)-ildene, which dissociates, forming methylketene and prop-1-yne. The 3-2 hydrogen migration leads to 2,5-dimethylfuran-3(2H)-ildene, which dissociates, forming the hexa-3,4-dien-2-one. This last intermediate undergoes isomerization and another hydrogen migration with simultaneous C - C dissociation, leading to ketene and but-1-ino. The migration of hydrogen 3-4 leads to hexa-4-in-2-one and then undergoes a dissociation leading to ketene and but-2-ine. Breaking the C - O bond leads to hexa-3,4-dien- 2-one. The dissociation of a methyl hydrogen from DMF was calculated leading to (5-methylfuran-2-yl)methyl. The rate coefficients were calculated and the global rate coefficients, as a function of temperature, for the unimolecular decomposition of DMF are adjusted to the Arrhenius expression: kglobal = 4.32x1015exp (-77.62 / RT) with the parameters expressed in units of s-1 and kcal.mol-1. Reactions of the intermediate DMF-H, a product of unimolecular dissociation, were also investigated. The 3-2 migration path leads to 5-oxohexa-2,3-dien-1-yl. It undergoes isomerization and dissociation until it reaches cetene and buta-1,2-dien-4-yl. Another route is initiated by the migration of hydrogen 4-5, leading to 2-methyl-5-methyldiene-2,5-dihydrofuran-3-yl, where this has a dissociation reaching 1-[(but-3-yn-2-yl)oxy]ethenyl until it reaches cetene and but-1-yn-3-yl. The migration of a 5-4-methyl leads to 3-methyl-5-methylideneoxolan-4-yl-2-ylidene, which goes through another three stages until it reaches carbonyl and penta-1,2,4-triene. The last route starts with the breaking of the C - O bound leading to the 5 -oxohexa-1,2-dien-4-yl and then goes through three more steps reaching the ketene and buta-1,2-dien-4-yl. This work presents new data on the study of DMF pyrolysis with results close to the experimental and unimolecular reaction paths not previously seen.
2,5-dimethylfuran;pyrolysis;density functional theory;transition state theory
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO ARNALDO com correções.pdf

Contexto

QUÍMICA
LP5 – QUÍMICA TEÓRICA
AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO, COMBUSTÃO E DO IMPACTO AMBIENTAL DE BIOCOMBUSTÍVEIS

Banca Examinadora

GLAUCO FAVILLA BAUERFELDT
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
THIAGO MESSIAS CARDOZO Participante Externo
LEONARDO BAPTISTA Participante Externo
CLARISSA OLIVEIRA DA SILVA Docente - PERMANENTE
MARCIO SOARES PEREIRA Participante Externo
GLAUCO FAVILLA BAUERFELDT Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO - Infraestrutura 24

Vínculo

CLT
Empresa Privada
Outros
Não
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