利用酸性离子液体戊聚糖分析黄麻生物量及其转化为糖单体的新方法

生物量作为可再生能源和化学来源具有很大的潜力, 因为它是可持续的、廉价的、同样分布不像化石资源, 这使得它成为替代化石原料的最有希望的候选国之一。纤维素生物量的估计产量为每年1460亿公吨¹。纤维素生物量主要由木质素、纤维素和半纤维素组成, 为其三主要成分。木质素是由 phenylpropanoid 单位制成的芳香聚合物;另一方面, 纤维素和半纤维素是纤维素生物量的多糖部分。纤维素由β (1→4) 糖苷链连接的葡萄糖单元组成, 而半纤维素由β (1→4)、β (1→3) 和β (1→6) 糖苷键^2、3组成, 由 C5 糖、C6 糖和糖酸共同构成。与各种纤维素生物量 (蔗渣, 稻壳, 麦草,等), 黄麻木质纤维素的生物量也产生了很大数量 (ca. 98% 2014年) 在亚洲与世界黄麻总产量相比。印度生产 1.96 x 10⁶公吨黄麻生物量, 而孟加拉国生产 1.34 x 10⁶公吨的黄麻生物量, 与世界黄麻生物量总产量 (3.39 x 10⁶公吨) 相比, 在 2014年⁴。这种非食用生物量的利用不会与粮食需求发生冲突。因此, 将其用作合成各种增值化学品 (木糖、阿拉伯糖、糠醛、5-hydroxymethylfurfural (HMF)、等) 的原料是有益的. 根据美国能源部的数据, 糠醛和 HMF 被认为是来自生物量⁵的前30块建筑化学物质中的一些。糠醛是从木糖或直接从半纤维素得到的, 可以转化为许多重要的化学物质。糠醇、甲基呋喃和四氢呋喃是从糠醛⁶中获得的重要化学物质。因此, 将纤维素生物量 (如黄麻生物量) 转化为 C5 糖和其他重要化学物质是一个重要的课题。

关于将纤维素生物量转化为增值化学品的各种催化方法, 可提供广泛的报告。矿物酸 (HCl 和 H₂因此₄) 和异质催化剂 (Amberlyst、HMOR、HUSY、SAPO-44、等) 被大量用于将半纤维素和纤维素生物量转化为糖 (戊和己糖依赖糖)和呋喃 (糠醛和 HMF)^7,8。矿物酸的复用性和腐蚀是一个重要问题。然而, 随着固体酸催化剂的出现, 由于反应发生在催化剂表面, 因此需要较高的温度和压力。为了克服这些问题, 最近报告了测算的生物量作为催化剂或溶剂^{9,10,11,12,13,14}。使用 IL 作为溶剂不是一个更好的方法, 因为它的成本较高, 并降低蒸汽压力的 ILs, 造成了困难的产品分离。因此, 必须在水溶剂系统中使用可回收 IL 作为催化剂 (少量), 以便将生物质转化为增值化学品。

在这里, 我们提出了使用 1-甲基 3-(3-磺丙基) 鎓硫酸氢酸性 IL 作为催化剂, 以直接转化为戊聚糖在黄麻生物量成糖单体, 没有任何预处理。通常, 纤维素生物量^{10、15、16、17}的预处理报告了 ils, 而大量的 ils 用于生物量预处理。因此, 使用 IL 作为催化剂并将纤维素生物量转化为化学物质, 而无需任何额外的处理, 总是有利的。此外, 在目前的工作中, 用 Klason 方法计算了黄麻生物量中的木质素浓度, 可转化为各种芳香单体¹⁸。