당 분석에 대 한 새로운 방법을 황 바이오 매스 및 산 성 이온 성 액체를 사용 하 여 설탕 단위체로 그것 변환에
Summary
우리 물에 촉매 Brønsted 산 성 이온 성 액체 (BAILs)의 존재와 재생 비 식용 lignocellulosic 바이오 매스 (즉, 황 마)에서 C5 설탕 (xylose 및 arabinose)의 합성에 대 한 프로토콜을 제시. BAILs 촉매 전시 기존의 무기물 산 촉매 보다 더 나은 촉매 성능 (H2이렇게4 와 HCl).
Abstract
최근, 이오니아 액체 (ILs) 열 안정성, 낮은 증기압, 비 가연성, 높은 열 용량 및 가변 용 해도 및 산 성도 등 그들의 현저한 특성 때문에 바이오 매스 어 귀중 한 화학 제품으로 사용 됩니다. 여기, 우리가 Brønsted 산 성 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium 수소 황산 IL 양의 촉매를 사용 하 여 한 냄비 프로세스 바이오 매스 황에 당에서 C5 설탕 (xylose 및 arabinose)의 합성 하는 방법을 보여줍니다. 산 성 일 실험실에서 합성 하 고 그것의 순수성을 이해 하기 위한 NMR 분 광 기법을 사용 하 여 특징. 보석의 다양 한 속성 산 강도, 촉매는 높은 온도 (250 ℃)에서 안정 하 고 매우 높은 산 강도 (Ho 1.57)을 보유 하 고 열 및 열 수 안정성 등 측정 됩니다. 산 성 일 변환 합니다 이상 90%의 당 분과 furfural. 따라서,이 연구에서 제시 방법 당 농도 lignocellulosic 바이오 매스의 다른 종류에서 평가 대 한 또한 사용할 수 있습니다.
Introduction
때문에 지속 가능한, 저렴 한, 동등 하 게 화석 자원 달리 분산 화석 원료를 대체 하는 유망한 후보자 중 하나는 바이오 매스는 재생 가능 에너지와 화학 소스도 큰 잠재력이 있다. Lignocellulosic 바이오 매스의 추정된 생산은 년1당 146 십억 미터 톤 이다. Lignocellulosic 바이오 매스 주로 리그 닌, 셀 루 로스, hemicellulose의 그것의 3 명의 주요 성분으로 구성 되어 있습니다. 리그 닌은 phenylpropanoid 단위;에서 만든 향기로운 폴리머 다른 한편으로, 셀 루 로스와 hemicellulose lignocellulosic 바이오 매스의 다 당 류 부분이 있습니다. 셀 룰 로스 hemicellulose 이루어져 C5, C6 설탕, 당 분과 설탕은 β (1→4), β (1→3), β (1→6) glycosidic 채권2,3에 의해 함께 연결 된 반면 포도 당 단위 β(1→4) glycosidic 연결, 연결 구성 됩니다. 다양 한 lignocellulosic 바이오 매스 (사탕수수, 쌀 껍질, 밀 짚, 등등), 함께 황 lignocellulose 바이오 매스는 또한 아시아는 세계에서 총 황 마 생산에 비해 매우 큰 수량 (ca. 98 %2014 년에서)에서 생산 됩니다. 인도 방글라데시 황 마 바이오 매스 20144(3.39 x 106 톤) 세계에서 황 마 바이오 매스의 총 생산에 비해 106 톤 x 1.34 생성 하는 동안 황 마 바이오 매스의 106 톤 x 1.96을 생성 합니다. 이 비 식용 바이오 매스의 활용 음식 수요와 충돌 하지 않습니다. 따라서, 그것은 다양 한 부가가치를 합성에 대 한 주식으로 그것을 사용 하 여 도움이 화학 물질 (xylose arabinose, furfural, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), 등). 미국 에너지 부에 따르면 furfural, HMF 바이오 매스5에서 파생 된 상위 30 빌딩 블록 화학 제품의 일부로 간주 됩니다. Furfural는 xylose 또는 hemicellulose에서 직접 하 고 많은 중요 한 화학 제품으로 변환 될 수 있습니다. Furfuryl 알콜, 메 틸 furan, tetrahydrofuran furfural6에서 얻은 중요 한 화학 물질 있습니다. 따라서, C5 설탕 및 다른 중요 한 화학 제품으로 황 마 바이오 매스 등 lignocellulosic 바이오 매스의 변환 중요 한 주제입니다.
전개는 값으로 lignocellulosic 바이오 매스의 변환에 대 한 다양 한 촉매 방법에 사용할 수 있는 추가 화학 물질 보고 합니다. 무기물 산 (HCl과 H2이렇게4) 이질적인 촉매 (Amberlyst, HMOR, HUSY, SAPO-44, 등) 설탕 (pentose와 hexose 설탕)으로 hemicellulose 및 lignocellulosic 바이오 매스의 변환 크게 사용 했다 그리고 furans (furfural, HMF)7,8. 재사용 및 부식성 무기물 산의 주요 문제입니다. 그러나 고체 산 촉매와 높은 온도 압력은 필요한 반응 촉매의 표면에 발생 하기 때문에. 이러한 문제를 극복 하기 위해 최근 ILs는 촉매 또는 용 매9,10,11,12,,1314바이오 매스의 어에 대 한 보고 됩니다. 용 매로 일의 사용은 그것의 더 높은 비용 및 제품 구분에 어려움을 창조 하는 그들의 낮은 증기압 때문에 더 나은 방법이 아닙니다. 따라서, 바이오 매스 전환 부가 가치에 대 한 물 용 매 시스템 재활용 IL (소량)에 있는 촉매로 사용 하는 것이 필수적입니다 화학 물질.
여기, 우리가 어떤 전처리 없이 설탕 단위체에 당 황 바이오 매스에의 직접 변환을 위한 촉매 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) imidazolium 수소 황산 산 IL을 사용 하는 방법을 제시. 반면 바이오 매스 전처리에 대 한 그들의 매우 큰 양을 사용 됩니다 일반적으로, 그들 lignocellulosic 바이오 매스10,15,,1617 의 전처리에 대 한 보고 됩니다. 따라서, 그것은 항상 유리한 IL 촉매로 사용 하 고 추가 치료 없이 화학 제품으로 lignocellulosic 바이오 매스 변환입니다. 또한, 현재 작업에서 황 마 바이오 매스에 리그 닌 농도 다양 한 아로마 단위체18로 변환 될 수 있는 Klason 메서드를 사용 하 여 계산 됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
당 등4, HCl, 그리고 산 성 IL C5 설탕 단위체 H2와 같은 다양 한 균질 Brønsted 산 성 촉매를 사용 하 여 시연으로 황 마 바이오 매스 변환에 존재 합니다. 또한, 산 성 일의 촉매 결과 산 성도 (1-부 틸-3-methylimidazolium 염화 물) 없이 IL와 비교 되었다. 모든 반응 물에서 160 ° C에서 파 압력솥에서 수행 했다. 산 일의 사용 했다이 작품에 사용 되는 동종 산에 비해 가장 높은 당 변환 (무기물 산…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 과학의 부 및 기술 (대부분) 대만 감사 하 고 싶습니다 (104-2628-E-002-008-MY3; 105-2218-E-155-007; 105-2221-E-002-003-MY3; 105-2221-E-002-227-MY3; 105-2622-E-155-003-CC2)와 국립 대만에서 최고의 대학 프로젝트를 위한 목표 자금 지원에 대 한 대학 (105R7706)입니다. 우리는 하위 프로젝트의 교육 품질 향상 프로젝트 (HEQEP), 완전 한 제안 #2071 통해이 작품의 일부 자금에 대 한 세계 은행에 감사. 이 작품 또한 부분적으로 공대의 AIIM (금 자금) 지원 했다.
Materials
| 1-Methylimidazole | Sigma Aldrich | M50834 | |
| 1,3-Propanesultone | Sigma Aldrich | P50706 | Moisture sensitive |
| p-nitroaniline | Sigma Aldrich | 185310 | |
| Toluene | J. T. Baker | 9460-03 | |
| Sulfuric acid | Honeywell-Fluka | 30743 | Highly corrosive |
| Hydrochloric acid | Honeywell-Fluka | 30719 | Highly corrosive |
| 1-butyl-3-methylimidazolium chloride | Sigma Aldrich | 900856 | Highly hygroscopic |
| D(+)-Xylose | Acros Organics | 141001000 | |
| L(+)-Arabinose | Acros Organics | 104981000 | |
| UV-Spectrometer | JASCO | V-670 | |
| Parr reactor | Parr USA | Seriese 4560 | |
| Parr reactor controller | Parr USA | Seriese 4848 | |
| High pressure liquid chromatography (HPLC) | JASCO | Seriese LC-2000 | |
| Digital hot plate stirrer | Thermo Scientific | SP142020-33Q Cimarec | |
| Oven furnace | Thermal Scientific | FB1400 Thermolyne blast oven furnace |
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