Quantitative <sup>31</sup>P NMR Analysis of Lignins and Tannins

Dimitris  S. Argyropoulos; Nicol&#242; Pajer; Claudia Crestini

doi:10.3791/62696

JoVE Journal > Chemistry

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Chemie

Lignins ve Tanenlerin Nicel ³¹P NMR Analizi

Published: August 02, 2021

doi:

10.3791/62696

Dimitris S. Argyropoulos², Nicolò Pajer¹, Claudia Crestini¹

¹Department of Molecular Sciences and Nanosystems,Ca’ Foscari University of Venezia, ²Departments of Chemistry and Forest Biomaterials,North Carolina State University

Summary

³¹ P NMR, polifenollerin yapısal aydınlatıcısı için güçlü bir araçtır. Ligninler ve tanenlerdeki farklı hidroksi, fenolik ve karboksilik grupların ölçülmesini ve farklılaşmasını sağlayan bu hızlı, kolay, hassas, nicel ve son derece tekrarlanabilir analitik prosedür artık rutin bir analitik araç haline gelmiştir.

Abstract

Sürdürülebilir biyorefinery ürünlerinin geliştirilmesi, diğerlerinin yanı sıra lignin ve tanen valörizasyonu zorluğu ile karşı karşıyadır. Bu bol, yenilenebilir aromatik biyopolimerler, doğal yapısal karmaşıklıkları ve yüksek derecede değişkenlikleri ve tür çeşitliliği nedeniyle yaygın olarak kullanılmamıştır. Bu polifenoller için tanımlanmış bir birincil yapının olmaması, işleme sırasında indüklenen karmaşık kimyasal değişikliklerle daha da birleşir ve sonunda daha fazla kullanım çabası için çok çeşitli aşırı öneme sahip yapısal özellikler ortaya çıkarmaz.

Sonuç olarak, doğal polifenollerde bulunan çeşitli fonksiyonel grupların hızlı, basit ve kesin tanımlanması ve ölçülmesi için bir protokol, reaktivitelerini ve nihai yararlarını anlamak ve buna göre uyarlamak için temel bir ön koşuldur.

Nicel ³¹P NMR, geniş uygulama potansiyeline sahip ligninlerde ve tanenlerde unsubstituted, o-mono ikame ve o-disubstituted fenoller, alifatik OH’lar ve karboksilik asit moieties’lerini hızlı ve güvenilir bir şekilde tanımlama fırsatı sunar.

Metodoloji, uygun bir ³¹P içeren prob kullanılarak yerinde nicel lignin veya tanen etiketleme prosedüründen ve ardından bir iç standardın varlığında nicel ³¹P NMR spektrumunun alınmasından oluşur. ³¹P çekirdeğinin yüksek doğal bolluğu, etiketli OH gruplarının çevreleyen kimyasal ortamına oldukça bağımlı olan iyi çözülmüş 31 P sinyalleri ile az miktarda numune (~30 mg) ve kısa NMR alım süreleri ^(~30-120dk) sağlar.

Introduction

Yakın zamanda Nature Protocols^1’de yayınlanan bu prosedür arşiv literatüründe 3.000’den fazla kez atıf aldı ve temel, hızlı ve tekrarlanabilir yapısal bilgiler sağladığı için lignin ve tanen karakterizasyonu için rutin bir ölçüm haline geldi.

Lignin ve tanenler
Yeşil Kimya Paul T. Anastas ve John C. Werner²^,³tarafından tanıtıldığında, genel Kimya anlayışını büyük ölçüde değiştirdi. Özellikle, petrol ve kömür gibi fosil hammaddeler yerine sürdürülebilir malzemelerin başlangıç noktası olarak istihdam etmenin önemi,²^,^3. Farklı biyokütle türleri arasında lignin en bol aromatik biyopolimerdir ve endüstriyel ürünler ve yüksek katma değerli ürünler için potansiyel bir kaynak olarak görülebilir^4.

Lignin ikinci en bol ahşap bileşenli (selüloz birinci ve hemiselüloz üçüncü). Bitkilerdeki içeriği bitki türüne bağlı olarak değişir: örneğin yumuşak odunlara kıyasla daha düşük miktarda lignin ile karakterize sertağaçlar (% 20 ±% 4’e karşı% 28 ±% 4). Ek olarak, sebze dokusu içindeki lignin dağılımı homojen değildir: daha yüksek lignin içeriği hücre duvarında bulunabilir⁵^,⁶. Lignin, kağıt/selüloz endüstrisinin yan ürünü olarak endüstriyel olarak elde edilen polifenolik bir malzemedir^7. Selülozu hemiselüloz ve ligninden (Soda ve/veya Kraft işlemleri) ayırmak için öncelikle OH^– ve / veya OH^– + HS^– iyon koşullarının varlığında işlendiği ahşap hamuru işleminden kurtarılır⁸^,⁹.

Lignin eğitimi için ilk girişimler sırasıyla Payen ve Schultze tarafından 1838 ve 1865^10’dayapılmıştır. 1977’de Adler, o zamana ilişkin tüm ilgili bilgileri özetledi¹¹. Şu anda lignin yapı taşlarının üç fenil-propanoid ünitesi olduğu kabul edilmektedir: p-coumaryl, iğne yapraklı ve sinapil alkoller. Bu monomerler, serbest radikal polimerizasyon işlemi sayesinde, sonunda geniş ölçüde lignin oluşturan p-hidroksifenil, guaiacyl ve sinapil ünitelerine yol açtır (Şekil 1)¹². Ligninlerde birincil bir yapının olmaması, yapısal karakterizasyonu için doğal bir zorluk anlamına gelir. Buna göre, moleküler ağırlık dağılımının değerlendirilmesi her zaman biraz tartışmalı olmuştur. Öğütülmüş ahşap lignin, yaklaşık olarak protolignin¹⁰olan hafif koşullar altında izole edilen lignin, supramoleküler toplama işlemleri¹⁴ ^,¹⁵ile yüksek etkileşime giren oligomerlerden^oluşur.

Şekil 1: Farklı tahvil türlerinin vurgulandığı yumuşak ağaç lignin temsili bir modeli. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ligninler genellikle şunlara bağlı olarak sınıflandırılır: (a) türetildikleri ahşabın türü (örneğin, sertağaç ve yumuşak ağaç), (b) onu izole etmek için kullanılan işlem. En önemli endüstriyel lignin türleri Kraft, Lignosulfonates ve Organosolv’dir.

Lignin yapısı, kökenine ve işleme kimyasına oldukça bağlıdır. Daha spesifik olarak, lignin oldukça karmaşık ve düzensiz yapısı doğal çeşitliliği ve karmaşık işleme kimyaları ile birleşince, aşırı değişkenlik, çeşitlilik ve heterojenlik malzemesi ortaya çıkar ve kullanımını düşük değerli uygulamalarla sınırlar¹⁶. Softwood ligninleri esas olarak ihmal edilebilir miktarda p-hidroksifenil grubu (G lignin) içeren guaiacyl üniteleri (G) içerirken, sertağaç ligninleri guaiacyl ve şırıngal alt birimleri (GS lignin) tarafından çeşitli oranlarda ve çim ligninleri guaiacyl tarafından oluşur, şırınga ve p-hidroksifenil (GSH lignin) alt birimleri. İzolasyon için kullanılan ekstraktif yaklaşım, ortaya çıkan lignin yapısını önemli ölçüde etkiler¹⁷. Şekil 2, kullanılan izolasyon yaklaşımına göre farklılık gösteren üç lignin yapısını göstermektedir. Ekstraksiyon yönteminin etkisi ile ilgili bazı hususlar vurgulanabilir. İlk olarak, Kraft lignin anlaşmalı, oldukça parçalı ve yoğunlaştırılmış bir lignin iken, Organosolv lignin öğütülmüş ahşap lignin (Bjorkman yaklaşımı kullanılarak izole edilmiş)¹⁸,¹⁹^,²⁰‘ye benzer bir yapıya sahiptir. Son olarak, lignosülfonatlar, ekstraktif sülfonasyon işleminin yoğunluğuna ve koşullarına bağlı olarak yüksek derecede sülfonasyon ile karakterize edilir.

Şekil 2: Teknik ligninler için temsili yapılar. Bu şekilde, farklı lignin türleri arasındaki farklılıklar görülebilir. (A) Softwood Kraft lignin oldukça yoğundur, (B) lignosülfonatlar doymuş karbonlar üzerindeki sülfonik gruplarla karakterizedir ve (C) organosolv lignin öğütülmüş ahşap ligninkine benzer bir yapıya sahiptir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ligninlere benzer şekilde, tanenler bitkilerde bulunan polifenolik bileşiklerdir. Tanenlerin ekstraktif yaklaşımları ve uygulamaları hakkında yeni ve güncellenmiş bir inceleme yakın zamanda Das ve^ark. Tanenlerin günlük yaşamdaki önemi iki örnek göz önüne alındığında vurgulanabilir: şaraplara tat ve renk kazandırırlar^22; ayrıca poli-fenolik yapıları antioksidan özellikler sunar ve bronzlaşma endüstrisinde uygulama için ideal hale getirir²³. Tanenler iki sınıfa ayrılır: hidroluz ve hidroluzezür değil. Hidrolize edilebilir tanenler gallik, di-galya ve ellagic asit esterlerinin polimeri olarak kabul edilebilir (Şekil 3). Bu esterler fenolik asitlerin şeker molekülleri (örneğin, glikoz, rhamnoz ve arabinoz) ile esterleşmesinden elde edilir.

Şekil 3: Tipik hidrolizetik tanenler: tannik asit, vescalgin. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Yoğunlaşmış tanenler olarak da bilinen hidrolize edilemez tanenler, flavan-3-ols’tan türetilen polimerler ve oligomerlerdir. Flavan-3-ols arasında kateşinler ve gallocatechin en sıktır. Renksiz kristal bileşiklerdir (Şekil 4). Polimerizasyon, helikoidal bir yapı ile karakterize bir polimer oluşturur. Aromatik hidroksi grupları sarmalın dış kısmına yönlendirilirken, piren oksijenleri iç kısımdadır.

Şekil 4: Proantosianidin yapıları: R =H, OH, OCH₃. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

NMR kullanılarak ligninlerin ve tanenlerin karakterizasyonu
Lignin veya tanen karakterizasyonunda iki tür bilgi çok önemlidir: (a) kimyasal yapı (örneğin, hidroksi grubu içeriği, doğası ve birbiriyle iç içe bağlantı sıklığı) ve (b) moleküler ağırlık ve polidisperite. Lignin üzerine yapılan ilk çalışmalardan bu yana bu hedeflere ulaşmak için farklı teknikler kullanıldı ve iki yöntem sınıfı ortaya çıktı: kimyasal ve fiziksel yöntemler.

Lignin kimyasında alkali nitrobenzen oksidasyon, derivatizasyon ve ardından indirgemesel bölünme, permanganat oksidasyon ve tiyoakidoliz gibi kimyasal yöntemler tarihsel olarak yaygın olarak kullanılmıştır^{24 , 25}^,²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹. Bununla birlikte, analitik protokoller uygulanmış ve optimize edilmiş olsa bile, zaman gerektiren, zahmetlidir ve kapsamlı deneysel beceriler gerektirir³⁰. Alternatif olarak, enstrümantal analizin başlangıcından itibaren, lignin ve tanen karakterizasyonlarını gerçekleştirmek için fiziksel yöntemler kullanılmıştır³¹. Bu teknikler, lignin yapısının karakterizesini kolaylaştırarak klasik yöntemlerin sorunlarının üstesinden gelmeyi sağlar.

Nükleer Manyetik Rezonans (NMR), enstrümantal teknikler arasında lignin yapısı ve kimyasal bileşim hakkında bilgi edindirir. Özellikle, nicel mono boyutlu ¹H NMR spektrumtra ve nicel ¹³C NMR spektrumtrasından elde edilen^veriler,farklı lignin interunit bondings^{32, 33},³⁴^,³⁵türleri hakkında bilgi sağlayabilir. Ne yazık ki, tek boyutlu spektrumlar sinyal çakışmasından muzdariptir, bu da sinyal entegrasyon çabalarını ciddi şekilde baltalayabilir. HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence), Q-HSQC (Quantitative – Heteronuclear Single Quantum Coherence) nicel versiyonları, lignin yapısını daha iyi anlamak için kullanılmıştır ve iç bağlantılarla ilgili yararlı bilgiler sağlamıştır. Ancak, çeşitli bina birimlerini belirlemek için tam olarak kullanılamazlar¹³^,³⁶^,³⁷ nicel olarak.

Mono ve iki boyutlu NMR ile ilişkili sorunların üstesinden gelmek için substrat türetme göz önünde bulundurulmuştur. Bu yaklaşımın avantajları arasında, karmaşık makromolekül içinde belirli etiketlerin ortaya çıkarılabilmesi ve etiketli substratların çözüldüğü çözücüden spektral girişim sonucu olmamasıdır¹. Verkade, fosfor türevlerinin, kömür türevlerinin ve ilgili bileşiklerin ³¹P NMR analizini gerçekleştirerek bu alanda öncü oldu³⁸. Yayınında, farklı fosfor içeren reaktiflerin (fosfolaninler) tarandığı ve diğer etiketli bileşiklerin kimyasal kayması kaydedildi. Argyropoulos’un ekibi ilk olarak 1991 yılında lignin’deki hidroksi gruplarının nicel ve nitel analizi için derivatizasyon uygulamayagetirmiştir. Fosfor içeren reaktifler kullanarak lignin modeli bileşiklerinin türetmesini inceledikten sonra, grubu lignin kimyasında en çok kullanılan tekniklerden biri olan ³¹P NMR analizi³⁹,⁴⁰^,⁴¹^,⁴²^,⁴³‘ün önünü açtı. İncelenen farklı fosfolasinler arasında Argyropoulos, lignin analizi yapmak için en uygun olan olarak 2-kloro-4,4,5,5-tetrametril-1,3-2-dioksafosfalanın (TMDP) kullanımına geldi⁴⁴. TMDP, spesifik ³¹P NMR kimyasal kaymaları ile karakterize fosfor içeren türevlerin nicel oluşumuna neden olan hidroksi grupları ile seçici olarak reaksiyona sokulur (Şekil 5).

Şekil 5: Lignin ve tanen fosfitasyon kimyası. Lignin ve tanen labile H gruplarının etiketlenme in situ reaksiyonu ile gerçekleştirilir. Etiketli polifenoller, farklı hidroksi gruplarına karşılık gelen spesifik ³¹P NMR bantları ile karakterize edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Numune derivatizasyonu bir piridin/kloroform (1.6:1) karışımında gerçekleştirilir; bu seçim doğru bir değerlendirmeden kaynaklanır. Pyridine’in iki avantajı vardır. İlk olarak, yaklaşık 22.1 MPa^1/2 Hildebrand parametresi ile karakterize bir çözücü seçmek lignin çözünürlüğü^45’ibasitleştirir ve yükselter. Sonuç olarak, Hildebrand parametresi 21.7’ye eşit olan piredin bir çözücü olarak eklenmesi bu nedenle en uygunudur. İkincisi, TMDP’nin hidroksi gruplarla reaksiyonuna, lignin-fosfolasin türevlerinin fasile oluşumuna yönelik eşlik eden olumsuz etkileri olan bir yan ürün olarak hidroklorik asit (HCl) oluşumu eşlik eder. Bu nedenle, elde edilen HCL’nin nötralize edilmesi gerekir. Önemli miktarda mevcut olduğunda, TMDP’ye göre piridin temelliği, HCl’nin nötralizasyonunu sağlar (piridin hidroklorür oluşumu yoluyla).

Önerilen piridin/döterlenmiş kloroform ikili solvent sisteminin kullanımı üç nedene dayanmaktadır. İlk olarak, örnek çözünmesini tercih eder. İkincisi, piridin hidroklorür kloroformda çözünür olduğundan, son spektrumun çökeltme ve bozulmasını önleyebilir. Üçüncü olarak, kısırlaştırılmış kloroform, satın alma işlemi sırasında NMR spektrometresinin kilitlenmesine izin vererek benzersiz singlet sinyali için seçilir. Örnek türetme, bir iç standardın varlığında gerçekleştirilir. Bu şekilde, numune ve standart türetildiğinde, numunenin tepelerinin integrallerinin ve standardın karşılaştırılması, mevcut her bir hidroksi grubu türü için miktarın ölçülmesine izin verir. Çeşitli bileşikler iç standartlar olarak kabul edilmiştir. Bu bileşikler molekül başına tek bir hidroksi grubu ile karakterize edilir ve türetme sonrası ³¹P NMR spektrumunda tek bir keskin sinyal sunar. Standardın seçimi dikkatlice yapılmalıdır. Sinyali türetilmiş numuneninkilerle çakışmamalıdır. Kolesterol ilk günlerde yaygın olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, alifatik hidroksi grubundan kaynaklanan sinyallerle kısmi bir örtüşama kullanımını sınırlar. Rutin analizler için N-hidroksi-5-norbornene-2,3-dikarboksid (NHND) iç standart çözümleri tercih edilir. Ancak, NHND kararsızlığı nedeniyle, standart çözümleri sadece birkaç gün saklanabilir⁴⁶.

Protocol

Aşağıdaki akış şeması (Şekil 6), ligninlerin ve tanenlerin 31P NMR analizini yapmak için tüm deneysel protokolü özetlemektedir. Şekil 6: Ligninlerin ve tanenlerin 31P NMR analizi için prosedür. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. 1. Örnek ön işlem Analit (lignin veya tanen örneği) bir aliquot’u (yaklaşık 100 mg) 40 °C’de ayarlanmış bir vakum fırınında gece boyunca kurulayın.NOT: 40 °C’den yüksek sıcaklıklar incelenen polifenollerin hassas yapısını kimyasal olarak değiştirebileceğinden sıcaklık seçimine özellikle dikkat etmek gerekir. Kuruduktan sonra, numuneyi oda sıcaklığına ulaşana kadar susuz bir kalsiyum sülfat kurutucuya hızla aktarın. Bu adım, numunenin ortamdan nemi emmesi için zorunludur. 2. Solvent çözeltisi hazırlama Susuz piridrin ve döterlenmiş kloroformu 1,6/1 (v/v) oranında karıştırarak 20 mL numune şişesinde bir piridin/döterlenmiş kloroform çözücü karışımı hazırlayın.DİkKAT: Piridrin ve döterlenmiş kloroformu manipüle ederken dikkat edin. Bu bileşikler yanıcı, zararlı ve toksiktir. Çözeltiyi uygun eldivenler kullanarak iyi havalandırılmış bir duman davlumbazında hazırlayın ve kullanın. Su izlerini gidermek için 3,2 mm peletlere 5-8 g iyi yıkanmış ve kurutulmuş aktif 5A moleküler elek ekleyin. Ek olarak, solvent sisteminin hava teması ve nem kirlenmesini önlemek için septum kapağı kullanılması şiddetle tavsiye edilir. Hazırlanan çözeltiyi karanlıkta saklayın. 3. İç standart çözüm (IS) hazırlığı 2 mL Erlenmeyer şişesinde, daha önce hazırlanan solvent çözeltisinde 0,1 M krom (III) asetilosetonat (yaklaşık 10 mg) ve iç standart (yaklaşık 35,8 mg NHND veya 77,3 mg kolesterol) hazırlayın.DİkKAT: Krom (III) asetilosetonat zararlıdır; manipülasyonu sırasında uygun eldivenleri giyin. IS çözümüne eklenen IS’nin tam ağırlığını kaydedin. IS çözeltisini aktif moleküler elekler içeren kapalı bir kapakla donatılmış bir şişeye aktarın (bkz. nokta 2.2) ve 40 °C’de karanlıkta saklayın. 4. NMR numune çözeltisi hazırlama Karıştırma çubuğu ile donatılmış 2 mL’lik bir şişede ~30 mg numuneyi doğru bir şekilde tartın. Şişeyi septum kapakla kapatın. Numune şişesine solvent sistem çözeltisinin 0,5 mL’lik kısmını ekleyin. IS çözeltisinin 100 μL’lik kısmını bir mikropipette aracılığıyla numune şişesinde aktarın. Tüm lignin veya tanen çözünene kadar elde edilen dağılımı (500 rpm) manyetik olarak karıştırın ve net bir çözelti elde edin.NOT: Tam örnek çözünürlüğü zorunlu olduğundan, bu adım 12 saate kadar sürebilir. 0,1 mL TMDP’yi numune çözümüne aktarın. Numuneyi güçlü manyetik karıştırmanın altına yerleştirin. Numune çözeltisini kapalı tutun. Uygun eldivenleri takarken TMDP’i iyi havalandırılmış bir duman kaputunda kullanın.DİkKAT: TMDP ve buharları aşındırıcı, zararlı ve suyla hızla etkileşime girer.NOT: Sarı çökelti oluşumu, numunedeki su izlerinden veya piridin/kloroform çözeltiden kaynaklanmaktadır. Böyle bir durumda, olası tüm nem kirlenmesinin önlenmesi sağlanarak prosedür tekrarlanmalıdır. Pasteur pipet kullanarak numune çözeltisini bir NMR tüpüne aktarın. 5. NMR analizi Tüpü NMR cihazına yükleyin. Bu analizi yapmak için kullanılan spektrometrenin geniş bant probuna ihtiyacı vardır. Deneysel parametreleri Tablo 1 1’degösterilen ayara göre düzeltin. PULSE PROGRAMı Ters kapılı ayırma darbesi (zgig) ÇEKIRDEK 31P SPEKTRAL GENIŞLIK 22:00.m. SATıN ALMA ZAMANı – 0,8 sn GEVŞEME GECIKMESI ≥ 10 sn TARAMA NUMARASı 64 veya daha fazla SPEKTRUM MERKEZİ 140 p.m. Tablo 1: Derivatize ligninlerin veya tanenlerin 31 P NMR spektrumunu kaydetmek için deneysel parametreler. Döterlenmiş kloroformun rezonans frekansını kullanarak spektrometre frekansını ayarlayın, numuneyi titretin ve spektrometreyi ayarlayın. O zaman satın almaya başla. 6. Spektrum işleme ve analizi 31P NMR ham verilerini aşağıdaki adımlara göre uygun bir standart yazılımla işleyin. Fourier dönüşümü gerçekleştirin. Aşamayı manuel faz düzeltme ile ayarlama (İşleme | Aşama Düzeltme | El ile Düzeltme). Taban çizgisini el ile düzeltin, sıfır noktalarını dikkatlice ayarlama (İşleme | Temel | Çok Noktalı Taban Çizgisi Düzeltmesi). Sinyal kalibrasyonu. Fosfatlı suyun sinyalini 132,2 ppm kimyasal kayma değerine ayarlayın (Analiz | Başvuru | Başvuru).NOT: 175 ppm’de keskin bir 31P sinyalinin varlığı TMDP’nin fazlalığından kaynaklanmaktadır. Varlığı, numunenin tam türetilmesini sağlar. Bu tepe yoksa, kapsamlı bir numune ve çözücü kurutma sağlayarak ve daha fazla TMDP ekleyerek tüm prosedürü yeniden gözden geçirmemiz gerekir. Bu garanti edildikten sonra, spektrum spektral aralıkta 132 ila yaklaşık 150 ppm yakınlaştırilir (Şekil 7). Şekil 7: Fazla miktarda TMDP varlığını kontrol edin: eğer görülebilirse, numunenin türetilmesi tamamlanır. Spektra daha sonra analiz edilebilir. Bunu yapmak için spektral aralık 155 ile 132 ppm arasında. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Entegrasyon dahili standardı 1,0 olarak ayarlayarak entegrasyonu normalleştirin (Tepe | İntegral | Düzenle Normalleştirilmiş: 1.00). Aşağıdaki tablolarda bildirilen kimyasal kaymalara göre spektrum entegrasyonu gerçekleştirin. Ligninler için Tablo 2’yi ve tanenler için Tablo 3’i kullanın. İşlevSEL GRUP KİmYASAL KAYMA (ppm) Alifatik OH 149.0-146.0 Fenolik OH 144.0-137.4 C5 ikame fenolik OH 143.0-140.2 5-5′ fenolik OH 141.7-140.2 Şırındi OH 143.2-142.7 4-O-5′ OH 142.8-141.7 Guaiacyl OH 140.2-138.8 p-hidroksifenil OH 138.8-137.4 COOH 136.0-133.6 Tricin 137.0-136.0 Tablo 2: Lignin fosfatlatlı OH grupları için 31 P NMR kimyasal kaymaları. İşlevSEL GRUP KİmYASAL KAYMA (ppm) A Çal o-unsubstituted fenolik 137.9–137.4 o-ikame PHENOLIC 138.8–137.9 Halka B Catechol OH 140.2–138.8 Pyrogallol OH 144.0–140.2 Halka C AliphatiC OH 146.0–145.0 Tablo 3: Tanen fosfatlı OH grupları için 31 P NMR kimyasal kayma. NOT: Standart spektral işleme yazılımı kullanılarak, entegre edilecek kimyasal değişimin önceden tanımlanmış bölgelerini ayarlamak mümkündür. Bu fırsat, birkaç spektrum işlenmesi gerektiğinde avantajlıdır. 7. fonksiyonel grup nicelemesi IS çözeltisinin konsantrasyonunun hesapla. Belirli bir sinyalin eşdeğer miktarını hesaplayın:

Representative Results

Açıklanan protokol hem ligninlerin hem de tanenlerin analizi için uygulanabilir. Lignin kimyasında, bu yöntem temeldir, çünkü farklı hidroksi gruplarının tespit edilmesine ve nicelleştirilmesine izin verir. Şekil 8A-D, farklı frekanslarda çalışan spektrometrelerle elde edilen lignin ve tanenlerin 31P NMR spektrumu örneklerini göstermektedir. Şekil 8A’da gösterilen spektrum 300 MHz NMR spektrometre kullanılarak kaydedilirken, Şekil 8D 700 MHz NMR cihazı ile kaydedildi. Şekil 8: Nicel 31P NMR spektrumu (A) softwood kraft lignin (30,8 mg lignin üzerinde 300 MHz spektrometre ile kaydedilen spektrum), (B) softwood linyitsel asit (spektrum 30,30,8 mg’da 300 MHz spektrometre ile kaydedilmiştir). Lignosülfonatın lignosulfonic aside korunmasından sonra 1 mg lignin), (C) Akasya taneni (30,3 mg numunede 300 MHz spektrometre ile kaydedilen spektrum) ve (D) softwood kraft lignin (700 MHz spektrometre ile kaydedilen spektrum) 7.2 mg lignin). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Bu spektrumlar dikkatlice kaydedildi ve manuel olarak işlendi. Alifatik (150-145 ppm), aromatik (145-137 ppm) ve karboksilik (136-134 ppm) hidroksi grupları için tipik sinyaller çok iyi çözülür ve kolayca entegre edilir. Spektral pencere açılırsa (95 ila 190 ppm, Şekil 8),üç keskin, güçlü tepe (175, 144 ve 132 ppm) belirgindir. Bunlar sırasıyla TMDP, iç standart (kolesterol veya NHND) ve hidroksilatlı TMDP’nin (su izlerinin neden olduğu) fazlalığından kaynaklanmaktadır. Kraft ve organosolv lignin aksine, lignosülfonatlar piridin / kloroform karışımında çözünmez. Güvenilir bir 31P NMR spektrumu elde etmek için çözünürlük zorunludur. Bu sorunun üstesinden gelmek için lignosülfonatlar türetmeden önce ilgili linyisülfonik asitlere dönüştürülebilir. Lignosülfonat çözeltilerinin güçlü asitlerle (yani sülfürik asit) veya asit değişim reçineleriyle (örneğin, güçlü bir asit katyon eşanjörü olan Dowex 1H) tedavi etmek, tüm sülfonat gruplarının asidik formlarında dönüşümünü sağlar. Elde edilen ürünler, bu protokol kullanılarak analiz edilen 60.000 u.m.a’ya kadar moleküler ağırlıklarla karakterize edilen bileşikleri izole etmek için kullanılan bir polar adsorbent olan seçici adsorptif reçineler (XAD-7) kullanılarak asidik çözeltiden çıkarılabilir. Şekil 8B, TMDP türetilmiş linyifik asidin nicel 31P NMR spektrumunun olduğunu göstermektedir. Bu durumda bile, hidroksi gruplarının farklı sinyalleri belirgindir. Şekil 8C, TMDP kullanılarak türetilen bir tanen örneğinin tipik nicel 31P NMR spektrumunun gösterildiğini göstermektedir. B halkasındaki farklı alifatik OH (Halka C), pirogallol ve katekolü ünitelerinden ve A halkasındaki ünitelerden gelen karakteristik bir sinyal iyi görülebilir.

Discussion

Açıklanan yöntem, Argyropoulos 37,^{38 , 39}^,40 ,⁴¹^,⁴²tarafından geliştirilen ligninlerin nitel ve nicel karakterizasyonunu amaçlayan analitik protokolün uygulanmasını ve optimizasyonunu temsil eder. Lignin yapısal aydınlatması için mevcut diğer birçok teknikle karşılaştırıldığında, yöntem en facile, hızlı ve tekrarlanabilir arasında kabul edilmiştir. Islak kimyasal yöntemlerin (örneğin, nitrobenzen, kalıcı oksidasyonlar vb.) geçerliliği, operatörün iyi deneysel becerilerine dayanır ve yöntemi sınırlı operatörlerle etkili bir şekilde sınırlar. Ayrıca, literatürde ıslak kimyasal yöntemlerin çeşitli dezavantajlarını hesaba katmak için düzeltme faktörleriyle karşılaşmak nadir değildir. Açıklanan ³¹P NMR protokolü, bunu kolayca uygulanabilir, kullanıcı dostu ve yaygın olarak kullanılabilir hale getiren gelişmiş deneysel beceriler gerektirmez. Diğer enstrümantal analitik yöntemlerle karşılaştırıldığında, ³¹P NMR ligninlerdeki farklı hidroksi gruplarını hassas bir şekilde tespit edebilen ve ölçebilen tek tekniktir. Örneğin, FTIR ¹H NMR gibi çeşitli hidroksi gruplarını tanımlamak için kullanılabilir. Bununla birlikte, her iki teknik de kapsamlı sinyal çakışması sorunları nedeniyle güvenilir nicel veriler sunamadıkları için acı çeker. Yaygın olarak kullanılan bir diğer teknik, ilk olarak Goldschmid tarafından bildirilen UV-Vis spektroskopisidir. Bununla birlikte, yaklaşım, alfatik, aromatik ve karboksilik^{OH’lar 47}arasında etkili bir şekilde ayırt edemediğinden, hidroksi gruplarının genel olarak belirlenmesi ile sınırlıdır.

Ekonomik açıdan bakıldığında, ³¹P NMR tekniğinin tek sınırlaması, nispeten pahalı bir reaktif olan TMDP’nin fiyatıdır. Gram başına yaklaşık 190 USD’ye mal olur; sonuç olarak, analiz maliyeti, piridin/ kloroform karışımından ve operatör zamanından türeyenler hariç olmak üzere, yalnızca TMDP fiyatına yaklaşık olarak uygulanacaksa, analiz başına yaklaşık 24 USD’dir. Bu sorunu çözmek için, birçok laboratuvar TMDP’yi sentezlemek için başvurur, böylece reaktif maliyetlerini azaltır. Bunu yapmak için, pinacol ve fosfor triklorür trietilamin varlığında reaksiyona edilir⁴⁴. Teknik olarak, bu reaksiyon nispeten kolaydır; bununla birlikte, fosforlu triklorür kullanımına ve iyi kontrol edilen vakum damıtma da dahil olmak üzere çalışmasına özen göstermemiz gerekir. Talep üzerine TMDP’nin sentezi hakkında daha fazla bilgi sağlanabilir.

Bu protokol kolaylık, tekrarlanabilirlik ve hassasiyet açısından en iyiler arasında olsa da, bazı kritik noktaların vurgulanması gerekir. İlk olarak, numunenin tanımlanan piridin/ kloroform karışımında tamamen çözünmesi gerekir. Bu husus esastır, çünkü hidroksil gruplarının nicel fosfilasyon reaksiyonunun tamamen homojen koşullar altında gerçekleşmesi gerekir. Örneğin yalnızca bir kısmı çözünürse, elde edilen analiz yanlış olur. İkincisi, incelenecek numunenin nem ve solvent içermemesi gerekir, çünkü bu değişkenler analizin hassasiyetini ve genel başarısını zararlı bir şekilde etkileyecektir. Nem izleri, TMDP’nin 2-hidroksi-4,4′-5,5′-tetrametril-1,3,2-dioksifosfatolan vermesiyle reaksiyona girecektir. Bu bileşik, piridin/kloroform çözücü karışımında çözünmeyen ve yetersiz NMR sinyal alımına neden olan soluk sarı bir flokülasyon tuzudur. Bir numunenin sadece küçük bir ağırlığı (~30 mg) gerektiğinden, analizden önce kesin ağırlığının doğru bir şekilde bilinmesi için uçucu maddelerden arındırılmış olması gerekir.

Bazen, numune çözme sorunları (özellikle yüksek oksitlenmiş numuneler için) az miktarda ortak çözücü (yani, dimetilformamid) eklenerek, numunenin çözülmesine yardımcı olarak teşvik edilebilir. Prensip olarak, TMDP ile etkileşime girmeyen her çözücü, numune çözünmesine yardımcı olmak için kullanılabilir. Bir ko-çözücü seçimi, reaktifle reaksiyona girerek yanıltıcı son spektrumlara neden oldukları için labile hidroksi veya amino grupları içeren ortak çözücüleri içeremez. Özellikle, dimetilsüllfoksit ayrıca TMDP’nin ortak çözücü olarak kullanılmasını engellemesiyle de reaksiyona girer. 1-allyl-3-butylpyridinium klorür gibi piridin bazlı iyonik sıvılar, çözünürlük sorunları ortaya çıktığında kullanılabilir; ancak, iyonik sıvı bir kez daha kuru olmalıdır⁴⁸. Lignosülfonatları (yüksek sülfonasyon derecesi ile karakterize bir lignin tipi) eritmek için, nötralize grupların asidik formlarına dönüştürülmesini içeren bir ön tedavinin yararlı olduğu gösterilmiştir. Lignosülfonatlar sulu ortamda asidik değişim reçineleri kullanılarak asidik koşullarına kolayca dönüştürülebilir. Elde edilen linyiolfonic asitler, spesifik reçineler (örneğin, XAD-7) üzerindeki adsorpsiyonları ve etanoldeki dezopsiyonları ile çözeltiden izole edilir. Etanolik çözeltilerin 40 °C’de azaltılmış basınç üzerinden buharlaşması, linyisültonik asitlerin izolasyonunu sağlar. Bu ligninler daha sonra protokol tarafından önerilen piridin / kloroform karışımında çözünür oldukları için ³¹P NMR ile karakterize edilebilir.

Hafif sıcaklıklarda uzun süreli vakumlu kurutma, her numunedeki nem miktarını ve diğer uçucuları etkili bir şekilde azaltır. Özellikle, küçük miktarlarda su son spektrumu etkilemez, çünkü TMDP fazla eklenir. Ek olarak, bazı durumlarda, az miktarda 2-hidroksi-4,4′-5,5′-tetrametril-1,3,2-dioksafosfatolan, NMR tüpünde veya numune şişesinde bulunan nemden kaynaklanabilir. Bu durumlarda, oluşan çökeltme miktarını tamamen çözmek için karıştırma yeterlidir. Yüksek miktarda 2-hidroksi-4,4′-5,5′-tetrametril-1,3,2-dioksafosfatolan oluşursa, kurutma tedavisini iyileştirerek numune hazırlığının tekrarlanması önerilir. Örneğin, kullanmadan önce, tüm cam eşyalar bir ısı tabancası ile kısa bir süre ısıtılabilir.

Spektrumu kaydetmek için kullanılan spektral aralık, farklı hidroksil gruplarıyla ilgili sinyal için ilgi alanına kıyasla geniştir. Ancak, örnek türetmenin başarıyla gerçekleşip gerçekleşmediğini anlamak için bu zorunludur. Tam örnek derivatizasyonunun onaylanması, 174 ppm civarında güçlü bir sinyalin varlığı ile verilir. Bu keskin tepe, tepkilenmemiş TMDP’den kaynaklanmaktadır ve varlığı reaktifin aşırı miktarda bulunmasını sağlar ve bu nedenle tüm hidroksil grupları türetilmiştir. Bu tepe yoksa, en olası iki neden şunlardır: (1) kullanılan TMDP miktarı numunenin tam türetme işlemini gerçekleştirmek için yetersizdir veya (2) numunede yüksek miktarda su bulunur. İlk durumda, daha yüksek miktarda TMDP kullanmak büyük olasılıkla numunenin tam türetilmesini sağlayacaktır ve 174 ppm’deki sinyal görünecektir. İkinci durumda, numune daha kapsamlı bir şekilde kurutulmalıdır. Fazla miktarda TMDP sağlandıktan sonra, tepe tümleştirmesi yapılabilir. Bu işlemden önce, ilgi sinyallerini sınırlayan daha dar bir pencereye (150 ila 132 ppm) yakınlaştırın.

Yukarıdaki deneysel protokolde bildirilen analiz edilecek örnek miktarı (~30 mg), 300 MHz NMR spektrometresi veya daha fazlası için kaliteli spektra toplamak için seçilmiştir. Bununla birlikte, 500 MHz veya daha yüksek bir alan mıknatısı kullanıldığında numune miktarını azaltmanın mümkün olduğunu gözlemledik. Örneğin, Şekil 8D‘de, 7,2 mg lignin ile hazırlanan bir numunenin NMR spektrumu (700 MHz’lik bir aletten kaynaklanan) gösterilmiştir. Bu spektrumun sinyal entegrasyonu, daha yüksek miktarda lignin kullanırken elde edilenlerle aynı sonuçları sunar. Bu gerçek, küçük miktarlarda ürünün mevcut olduğu tüm araştırmalar için bu protokolün uygulanabilirliğini artıran bir gerçektir.

Genel olarak, ligninlerde ve tanenlerde bulunan çeşitli hidroksi gruplarının kökenini ve kaderini anlamak gerektiğinde bu deneysel protokol birçok araştırma ve geliştirme uygulamasına uygulanabilir. Özellikle, GPC ve HSQC verileri ile birleştiğinde, elde edilen veriler lignin veya tanen yapısı hakkında daha ayrıntılı ve spekülasyon yapma fırsatı sunar. Lignin hidroksi gruplarına veya bir tanen için kimyasal modifikasyonların uygulandığı birçok durumda, nicel ³¹P NMR analizleri bu değişikliklerin gerçekleşip gerçekleşmediğini ve hangi dereceye kadar gerçekleştiğini tespit etmek için son derece değerli olabilir. Örneğin, Şekil 9 aynı lignin oksidasyonundan önce ve sonra iki NMR spektrumunu gösterir. Basit bir nitel değerlendirme, oksidasyon üzerine hem alifatik hem de aromatik hidroksi gruplarının azalmasını gösterir, böylece değerli bilgi ve rehberlik sağlar.

Şekil 9: Aynı Organosolv ligninnicel ³¹P NMR spektrumu TMDP (A) Prior ve (B) oksidasyonunu sonrası kullanılarak türetilmiştir. Spektra 300 NMR spektrometre kullanılarak kaydedildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Sonuç olarak, bu teknik polifenolik, OH taşıyan ligninler ve tanenler (ve hatta sentetik polimerler)^{49, 50}^,⁵¹ile ilgili sorgularda en önemli ve güçlü araçlar arasında yer almanın tüm özelliklerine sahiptir, kimyadan mühendisliğe, biyolojiden polimere ve farmasötik uygulamalara kadar çeşitli alanlarda yapılması gerekir.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma yıllar boyunca Kanada Pulp and Paper Research Institute, McGill University Montreal, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi, National Science Foundation USA, Amerika Birleşik Devletleri tarım Bakanlığı ve Solvay şirketi gibi kuruluşları içeren çeşitli finansal ödüller tarafından desteklenmiştir.

Materials

100 – 1000 µl Eppendorf micropipette	VWR	613-0866
20 – 200 µl Eppendorf micropipette	VWR	613-0865
2-chloro-4,4,5,5-tetramethyl-1,3-2-dioxaphospholane, 95%	Sigma-Aldrich	447536
Analytical balance (sensibility ± 0.1 mg)	Precisa	LX220 A
Binder Vacuum Oven	Binder	VD53
Certified Vial Kit, Low Adsorption (LA), 2 mL, pk of 100	Sigma-Aldrich	29651-U
Chloroform-d	Sigma-Aldrich	151823
Cholesterol, Sigma-grade	Sigma-Aldrich	C8667
Molecular sieves, 4A	Sigma-Aldrich	208604
N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboximide, 97%	Sigma-Aldrich	226378
NMR spectrometer, 300 MHz	Bruker
Norell natural quartz 3 mm NMR tubes	Sigma-Aldrich	NORS33007
Pipette tips, 100-1000 µL UltraFine (blue)	VWR	613-0342
Pipette tips, 20-200 µL Bevel Point (yellow)	VWR	613-0239
Pyridine, anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	270970
Stirring bars,micro, 3 mm lenght	VWR	442-0360
Stirring bars,micro, 6 mm lenght	VWR	442-0362
Triphenylphospine oxide, 97%	Sigma-Aldrich	T84603
Vials for environmental analysis, WHEATON, 20.00 mL	DWK Life Sciences	WHEAW224609
Weighing paper, grade 531	VWR	516-0318P

Referenzen

Meng, X., et al. Determination of hydroxyl groups in biorefinery resources via quantitative 31 P NMR spectroscopy. Nature Protocols. 14 (9), 2627-2647 (2019).
Anastas, P. T., Williamson, T. C. Green chemistry: An overview. Green Chemistry. 626, 1-17 (1996).
Anastas, P., Eghbali, N. Green chemistry: Principles and practice. Chemical Society Reviews. 39 (1), 301-312 (2010).
Collins, M. N., et al. Valorization of lignin in polymer and composite systems for advanced engineering applications – A review. International Journal of Biological Macromolecules. 131, 828-849 (2019).
De Gruyter. . Biorefinery: From Biomass to Chemicals and Fuels. , (2012).
Sannigrahi, P., Pu, Y., Ragauskas, A. Cellulosic biorefineries-unleashing lignin opportunities. Current Opinion in Environmental Sustainability. 2 (5), 383-393 (2010).
Lange, H., Decina, S., Crestini, C. Oxidative upgrade of lignin – Recent routes reviewed. European Polymer Journal. 49 (6), 1151-1173 (2013).
Glasser, W. G. Classification of lignin according to chemical and molecular structure. Lignin: Historical, Biological, and Materials Perspectives. 742, 216-238 (1999).
Wiley. . Kirk-Othmer Concise Encyclopedia of Chemical Technology, 2 Volume Set, 5th Edition. , (2004).
Lewis, N. G., Sarkanen, S. Preface. Lignin and Lignan Biosynthesis. 697, 9-11 (1998).
Adler, E. Lignin chemistry-past, present and future. Wood Science and Technology. 11 (3), 169-218 (1977).
Ragauskas, A. J., et al. Lignin valorization: Improving lignin processing in the biorefinery. Science. 344 (6185), (2014).
Crestini, C., Melone, F., Sette, M., Saladino, R. Milled wood lignin: A linear oligomer. Biomacromolecules. 12 (11), 3928-3935 (2011).
Guerra, A., et al. On the propensity of lignin to associate: A size exclusion chromatography study with lignin derivatives isolated from different plant species. Phytochemistry. 68 (20), 2570-2583 (2007).
Contreras, S., Gaspar, A. R., Guerra, A., Lucia, L. A., Argyropoulos, D. S. Propensity of lignin to associate: Light scattering photometry study with native lignins. Biomacromolecules. 9 (12), 3362-3369 (2008).
Gigli, M., Crestini, C. Fractionation of industrial lignins: opportunities and challenges. Green Chemistry. 22 (15), 4722-4746 (2020).
Adler, E. Structural elements of lignin. Industrial & Engineering Chemistry. 49 (9), 1377-1383 (1957).
Bjorkman, A. Studies on finely divided wood. Part 1. Extraction of lignin with neutral solvents. Svensk Pappersit. , 477-485 (1956).
Bjorkman, A. Studies on finely divided wood. Part 2. Extraction of lignin-carbohydrate compelexes with neutral solvents. Svensk Pappersit. , 243-251 (1957).
Bjorkman, A. Studied on finely divided wood. Part 5. The effect of milling. Svensk Pappersit. , 329-335 (1957).
Das, A. K., Islam, N., Ashaduzzaman, F. O., Dungani, R. Review on tannins: Extraction processes, applications and possibilities. South African Journal of Botany. 135, 58-70 (2020).
Laitila, J. E. Composition and evolution of oligomeric proanthocyanidin-malvidin glycoside adducts in commercial red wines. Food Chemistry. 340, 127905 (2021).
Covington, A. D., Wise, W. R. . Tanning Chemistry. , (2019).
Tarabanko, V. E., Tarabanko, N. Catalytic oxidation of lignins into the aromatic aldehydes: General process trends and development prospects. International Journal of Molecular Sciences. 18 (11), 2421 (2017).
Guerra, A., Mendonça, R., Ferraz, A., Lu, F., Ralph, J. Structural characterization of lignin during pinus taeda wood treatment with ceriporiopsis subvermispora. Applied and Environmental Microbiology. 70 (7), 4073-4078 (2004).
Faix, O., Andersons, B., Zakis, G. Determination of carbonyl groups of six round robin lignins by modified oximation and FTIR spectroscopy. Holzforschung. 52 (3), 268-274 (1998).
Santos, R. B., Capanema, E. A., Balakshin, M. Y., Chang, H., Jameel, H. Lignin structural variation in hardwood species. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 60 (19), 4923-4930 (2012).
Bose, S. K., Wilson, K. L., Hausch, D. L., Francis, R. C. Lignin analysis by permanganate oxidation. II. Lignins in Acidic Organosolv Pulps. Holzforschung. 53 (6), 603-610 (1999).
Harman-Ware, A. E., et al. A thioacidolysis method tailored for higher-throughput quantitative analysis of lignin monomers. Biotechnology Journal. 11 (10), 1268-1273 (2016).
Lupoi, J. S., Singh, S., Parthasarathi, R., Simmons, B. A., Henry, R. J. Recent innovations in analytical methods for the qualitative and quantitative assessment of lignin. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 49, 871-906 (2015).
Lin, S. Y., Carlton, W. D. . Methods in Lignin Chemistry. , (1992).
Lundquist, K. Proton (1H) NMR Spectroscopy. Methods in Lignin Chemistry. , 242-249 (1992).
Robert, D. Carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrometry. Methods in Lignin Chemistry. , 250-273 (1992).
Li, S., Lundquist, K. A new method for the analysis of phenolic groups in lignins by 1H NMR spectrometry. Nordic Pulp & Paper Research Journal. 9 (3), 191-195 (1994).
Hallac, B. B., Pu, Y., Ragauskas, A. J. Chemical transformations of buddleja davidii lignin during ethanol organosolv pretreatment. Energy & Fuels. 24 (4), 2723-2732 (2010).
Sette, M., Wechselberger, R., Crestini, C. Elucidation of lignin structure by quantitative 2D NMR. Chemistry – A European Journal. 17 (34), 9529-9535 (2011).
Sette, M., Lange, H., Crestini, C. Quantitative HSQC analyses of lignin: A practcal comparison. Computational and Structural Biotechnology Journal. 6 (7), 201303016 (2013).
Wroblewski, A. E., Lensink, C., Markuszewski, R., Verkade, J. G. Phosphorus-31 NMR spectroscopic analysis of coal pyrolysis condensates and extracts for heteroatom functionalities possessing labile hydrogen. Energy & Fuels. 2 (6), 765-774 (1988).
Archipov, Y., Argyropoulos, D. S., Bolker, H. I., Heitner, C. 31P NMR spectroscopy in wood chemistry. Part I. Model compounds. Journal of Wood Chemistry and Technology. 11 (2), 137-157 (1991).
Argyropoulos, D. S., Heitner, C., Morin, F. G. P. NMR spectroscopy in wood chemistry – Part III. Solid state 31P NMR of trimethyl phosphite derivatives of chromophores in mechanical pulp. Holzforschung – International Journal of the Biology, Chemistry, Physics and Technology of. 46 (3), 211-218 (2009).
Argyropoulos, D. S., Heitner, C. 31P NMR spectroscopy in wood chemistry. Part VI. Solid state 31P NMR of trimethyl phosphite derivatives of chromophores and carboxylic acids present in mechanical pulps; a method for the quantitative determination of ortho-quinones. Holzforschung. 48 (1), 112-116 (1994).
Argyropoulos, D. S., Bolker, H. I., Heitner, C., Archipov, Y. 31P NMR spectroscopy in wood chemistry part V. Qualitative analysis of lignin functional groups. Journal of Wood Chemistry and Technology. 13 (2), 187-212 (1993).
Argyropoulos, D. S., Bolker, H. I., Heitner, C., Archipov, Y. 31P NMR spectroscopy in wood chemistry. Part IV. Lignin models: Spin lattice relaxation times and solvent effects in 31P NMR. Holzforschung. 47 (1), 50-56 (1993).
Granata, A., Argyropoulos, D. S. 2-Chloro-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaphospholane, a reagent for the accurate determination of the uncondensed and condensed phenolic moieties in lignins. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 43 (6), 1538-1544 (1995).
Duval, A., Vilaplana, F., Crestini, C., Lawoko, M. Solvent screening for the fractionation of industrial kraft lignin. Holzforschung. 70 (1), 11-20 (2016).
Ben, H., Farrell, J. R. In-depth investigation on quantitative characterization of pyrolysis oil by 31P NMR. RSC Advances. 6 (21), 17567-17573 (2016).
Goldschmid, O. Determination of phenolic hydroxyl content of lignin preparations by ultraviolet spectrophotometry. Analytical Chemistry. 26 (9), 1421-1423 (1954).
Ben, H., et al. Characterization of whole biomasses in pyridine based ionic liquid at low temperature by 31P NMR: An approach to quantitatively measure hydroxyl groups in biomass as their original structures. Frontiers in Energy Research. 6, (2018).
Debuissy, T., Pollet, E., Avérous, L. Synthesis of potentially biobased copolyesters based on adipic acid and butanediols: Kinetic study between 1,4- and 2,3-butanediol and their influence on crystallization and thermal properties. Polymer. 99, 204-213 (2016).
Debuissy, T., Pollet, E., Avérous, L. Synthesis and characterization of biobased poly(butylene succinate-ran-butylene adipate). Analysis of the composition-dependent physicochemical properties. European Polymer Journal. 87, 84-98 (2017).
Chan, K. P., Argyropoulos, D. S., White, D. M., Yeager, G. W., Hay, A. S. Facile quantitative analysis of hydroxyl end groups of Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide)s by 31P NMR spectroscopy. Macromolecules. 27 (22), 6371-6375 (1994).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Diesen Artikel zitieren

Argyropoulos, D. S., Pajer, N., Crestini, C. Quantitative ³¹P NMR Analysis of Lignins and Tannins. J. Vis. Exp. (174), e62696, doi:10.3791/62696 (2021).