ペントサン解析手法ジュート バイオマスと酸性イオン液体を用いた糖モノマーへの変換に存在
Summary
水の触媒としてブレンステッド酸性イオン液体 (金具) の存在と再生可能な非食用リグノ セルロース系バイオマス (すなわちジュート) から C5 糖 (キシロースとアラビノース) の合成のためのプロトコルを提案します。金具触媒展示従来のミネラル酸触媒よりもよりよい触媒性能 (H2SO4と HCl)。
Abstract
最近、イオン液体 (ILs) は、熱的安定性、低い蒸気圧、非可燃性、高い熱容量と可変溶解度、酸味などその顕著な特性のために貴重な薬品バイオマスを物価安定政策に使用されます。ここでは、ブレンステッド酸性 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium 水素硫酸 IL の触媒量を用いたワンポット プロセスのジュート バイオマスの存在のペントサンから C5 糖 (キシロースとアラビノース) の合成法を紹介します。酸性の IL は、実験室で合成し、その純度を理解するため NMR 分光学的手法を用いた特徴します。保釈のさまざまなプロパティは、酸の強さ、熱・熱水安定性、触媒が高温 (250 ° C) 安定と非常に高い酸強度 (Ho 1.57) を所有していることを示したなど計測されます。酸性の IL は糖とフルフラールにペントサンの 90% に変換します。したがって、本研究で提示方法は、リグノ セルロース系バイオマスの他の種類のペントサン濃度の評価にも使用できます。
Introduction
バイオマスでは、だから持続可能な安価で、化石資源とは異なり均等化石原料を交換する有望な候補の一つになって、再生可能エネルギーと化学のソースとして大きな可能性があります。リグノ セルロース系バイオマスの推定生産は1年ごと 1460 億トンです。リグノ セルロース系バイオマス主にその 3 つの主要な構成成分としてヘミセルロース、セルロース、リグニンで構成されます。リグニンはフェニルプロパノイド ユニットから作られた芳香族ポリマーです。その一方で、セルロースとヘミセルロースは、リグノ セルロース系バイオマスの多糖類部分です。セルロースは、β(1→4) ガラクシド結合で接続されているグルコース単位ヘミセルロースは成っている C5 糖、C6 糖と糖酸 β (1→4)、β (1 → 3) と (1→6) β グリコシド結合2,3で一緒にリンクされている一方で構成されます。種々 のリグノ セルロース系バイオマス(バガス、もみ殻、小麦わら等)、と共にジュート リグノ セルロース バイオマスも非常に大量 (約98 %2014 年に世界の合計のジュートの生産と比較してアジアで生成されます。バングラデシュ ジュート バイオマス 2014年4で世界一 (10 トン6 x 3.39) ジュート バイオマスの総生産と比較して 10 トン6 x 1.34 を作り出す間、インドはジュート バイオマスの 10 トン6 x 1.96 を生成します。この非食用のバイオマスの利用は、食料需要と競合しません。したがって、それはさまざまな付加価値を合成の在庫としてそれを使用する有益な化学物質(キシロース、アラビノース、フルフラール、5-ヒドロキシメチルフルフラール (HMF) 等)。フルフラールと HMF は米国エネルギー省によるとバイオマス5から派生した上位 30 ビルディング ブロック化学物質の一部としてと見なされます。フルフラールは、キシロースやヘミセルロースから直接に得られるし、多くの重要な化学物質に変換することができます。フルフリル アルコール、メチル フラン テトラヒドロ フランは、フルフラール6から得られる重要な化学物質です。したがって、ジュート バイオマスなどリグノ セルロース系バイオマスの C5 糖と他の重要な化学物質への変換は、重要なトピックです。
広範な報告が様々 な触媒リグノ セルロース系バイオマスの値への変換法に利用可能な追加の化学物質。無機酸 (HCl と H2SO4) 糖 (ペントース、ヘキソース糖) にヘミセルロースとリグノ セルロース系バイオマスの変換用触媒(アンバー、HMOR、HUSY、サポ 44 等)が大幅に用い・ フラン (フルフラールと HMF)7,8。再利用性と無機酸の腐食性は、主要な問題です。しかし、固体酸触媒とより高い温度や圧力が必要触媒の表面で反応が発生するためです。これらの問題を克服するために最近 ILs は触媒や溶剤9,10、11,12,13,14としてバイオマスの物価安定政策のために報告されます。イルの溶媒としての使用は、コストが高く、製品の分離の難しさを作成する ILs の下の蒸気圧のためより良い方法ではありません。したがって、それは付加価値にバイオマス変換 (少量) で触媒として水溶媒系でリサイクル可能な IL を使用することが不可欠の化学物質。
ペントサン ジュート バイオマスの存在のすべての前処理なし糖モノマーへの直接変換のための触媒として 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) イミダゾリウム水素硫酸酸性イルを使用する方法を紹介します。一般的には、バイオマス前処理に ILs の非常に大きな量を使用に対しリグノ セルロース系バイオマス10,15,16,17の前処理 ILs が報告されます。したがって、触媒としてイルを使用して化学物質追加治療なしのリグノ セルロース系バイオマスの変換に有利です。さらに、現在の仕事、様々 な芳香族モノマー18に変換することができます Klason メソッドを使用してジュート バイオマスでリグニン濃度を計算します。
Protocol
Representative Results
Discussion
C5 糖モノマーは H2など様々 な均質なブレンステッド酸性触媒を用いた実証にジュート バイオマス変換に存在する、ペントサンなど4、塩酸および酸性 IL。さらに、酸性の IL の触媒の結果は酸味 (1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩化) なし IL を比較しました。すべての反応は、160 ° c 水でパー オートクレーブで行われました。酸性の IL の使用法を示したこの作品で使用され?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
科学省と台湾の技術 (ほとんど) に感謝したいと思います (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) と国立台湾でトップ大学プロジェクトの目的資金調達サポートの大学 (105R7706)。サブプロジェクトの高等教育品質向上プロジェクト (HEQEP)、完全な提案 #2071 を通じてこの仕事の一部の資金を世界銀行に感謝しております。この作品は、ウーロンゴン大学 AIIM (金資金) でも部分的に支持されました。
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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