Predição de equilíbrio líquido-vapor e intensidade e odor de misturas contendo fragrâncias com o modelo COSMO-SAC

Abstract

As fragrâncias sempre foram um item importante para o desenvolvimento de produtos. Por exemplo, eles podem ser utilizados para identificar um produto ou melhorar a qualidade do odor. Modelos de coeficientes de atividade baseados em COSMO tornaram-se uma alternativa interessante para a previsão do comportamento de substâncias em misturas. Esses modelos dependem essencialmente de informações de substâncias puras, obtidas através da superfície de cargas induzidas da molécula, conhecidas como perfil- . Este estudo se divide em duas partes. Na primeira parte, o equilíbrio líquido-vapor (ELV) de sistemas binários, ternários e quaternários contendo fragrâncias foram previstos utilizando uma variante do COSMO-SAC. Esta variante leva em consideração múltiplas energias para a descrição de diferentes ligações de hidrogênio (álcool-álcool, álcool-cetona, álcool-éter). Com base nas composições da fase vapor em equilíbrio com o perfume líquido, a intensidade do odor e a característica das misturas de fragrâncias foram calculados usando a Lei Potencial de Stevens para a escala de intensidade de odor e um modelo de componente mais forte para a percepção da qualidade. A intensidade de odor calculada e o caráter das misturas de fragrâncias foram comparados com avaliações experimentais. Os valores calculados no presente trabalho usando o COSMO-SAC também foram comparados com resultados de literatura utilizando UNIFAC. Muito boa concordância entre os dados previstos e medidos foi obtida com o COSMO-SAC. As previsões do modelo foram semelhantes aos resultados do UNIFAC, mas sem o uso de nenhum parâmetro de interação binária. Na segunda parte, curvas de equilíbrio de misturas binárias de compostos com aroma obtidos em dois trabalhos da literatura foram comparados com os resultados do modelo COSMO-SAC. Pode-se observar a partir dos dados experimentais que o comportamento dessas misturas é bem próximo do ideal e o modelo COSMO-SAC faz uma boa predição deste comportamento. Com base nos resultados obtidos neste estudo, mostra-se a possibilidade de usar o COSMO-SAC para prever o ELV em misturas que contêm fragrâncias com parâmetros UNIFAC ausentes.

Fragrances have always been an important subject for products development. For instance, they can be used to identify a product or to improve the odor quality. COSMO-based activity coefficient models have become an interesting alternative to the prediction of behavior of substances in mixtures. These models essentially depend on information from pure substances, obtained through the surface of induced charges of the molecule, known as -profile. This study is divided into two parts. In the first part, vapor-liquid equilibria (VLE) of binary, ternary and quaternary systems containing fragrances were predicted using COSMO-SAC. A model variant including multiple energies for describing different hydrogen bonds (alcohol-alchohol, alcohol-ketone, alcohol-ether) was used. Based on equilibrium vapor compositions, odor intensity and character of fragrance mixtures were calculated using Stevens’ power law for olfaction intensity scale, and stronger component model was used for quality perception prediction. The calculated odor intensity and character of fragrance mixtures were compared to experimental evaluations. Calculated values in the present work using COSMO-SAC were also compared with UNIFAC results available in the literature. Very good agreement between predicted and measured data was obtained with COSMO-SAC. Model predictions were similar to UNIFAC outcomes, but without using any binary interaction parameter. In the second part, equilibrium data of binary mixtures of aroma compounds obtained from two different works of literature were compared to calculated VLE diagrams with COSMO-SAC model. It can be observed from the experimental data that these mixtures behavior is very close to ideal and COSMO-SAC model results agree with this observation. Based on the results obtained in both parts of the work, this study also shows the possibility to use COSMO-SAC to predict VLE in mixtures that contain fragrances with missing UNIFAC parameters.