JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

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

Yüksek β-O-4 içeriği ile Lignin çıkarımı hafif etanol ayıklama ve bozulumu verim üzerindeki etkisi

Published: January 07, 2019
doi:
10.3791/58575
, , , , ,
1Department of Chemical Engineering (ENTEG),University of Groningen, 2Stratingh Institute for Chemistry,University of Groningen, 3Leibniz-Insitut f ür Katalyse e.V.,Universität Rostock

Summary

Burada, çeşitli biyokütle kaynaklardan lignin ve etanol ayıklama gerçekleştirmek için bir iletişim kuralı mevcut. Lignin verim ve β-O-4 içeriği ayıklama koşullardan etkisi sunulmaktadır. Seçici bozulumu yüksek aromatik monomer ürünler elde etmek için elde edilen lignins üzerinde gerçekleştirilir.

Abstract

Lignin valorization stratejileri üzerinde lignocellulosic biyokütle göre daha ekonomik rekabet biorefineries ulaşmak için önemli bir faktör vardır. Özel Aromatik ürünler elde etmek için ortaya çıkan zarif yordamların çoğu, kolayca yarilabilir β-O-4 bağlantı yerel lignin yapısında mevcut olarak yüksek bir içeriğe sahip lignin substrat güveniyor. Bu son derece bozulmuş ve bu nedenle β-O-4 bağlantıları düşük olan tipik teknik lignins Bayan eşleşme sağlar. Bu nedenle, ayıklama verim ve kalite elde edilen lignin ve yeni lignin valorization yollar erişmek için son derece önemlidir. Bu makale, basit bir protokol lignins yüksek β-O-4 içeriği ile elde etmek için farklı lignocellulose kaynaklarına uygulanan nispeten hafif etanol ayıklama sunulur. Ayrıca, lignins kalitesini belirlemek için analiz işlemleri belirli bakalit 2-arylmethyl-1,3-elde edilen lignins değerlendirmek için kullanılan dioxolanes, verimleri bozulumu protokol ile birlikte sunulmaktadır. Sunulan sonuçlar lignin kalite ve lignins belirli monomeric aromatik kimyasal depolymerized için potansiyel arasındaki bağlantıyı göstermek. Genel olarak, ayıklama ve bozulumu lignin ayıklama verim ve yerel aril-eter yapısı tutma ve böylece substrat hazırlaması için kimyasal ürünleri imalatı için kullanılmak üzere potansiyeli ve lignin arasında bir denge gösterir daha yüksek fiyatlı uygulamaları.

Introduction

Kimya sanayiinde sürdürülebilir olmak lignocellulosic biyokütle gibi yenilenebilir feedstocks geçerli baskın fosil olanlar1‘ e alternatif olarak kullanılmalıdır. Ancak, ekonomik açıdan böyle feedstocks kullanılmasını sağlamak için yüksek değerli uygulamalar için tüm içeriğini alınmalı. Lignocellulosic biyokütle kendisi için şu anda sadece birkaç uygulamaları düşük fiyatlı yakıt2olarak kullanılmasını ötesinde geliştirilmiştir aromatik bir biyopolimer olan lignin ve yaklaşık 30 wt % içerebilir. Bu nedenle, potansiyel olarak artan değeri aromatik bileşenleri doğru metodoloji gelecekteki biorefineries başarılı olmasını sağlamak için büyük ilgi olduğunu.

Son araştırma ağır özel aromatik, genellikle bakalit monomerleri3,4’ü edinmek için lignin içinde en bol β-O-4 bağlantı (Şekil 1a) seçmeli bölünme için yeni yöntemler geliştirilmesi üzerine odaklanmıştır ,5,6. Örneğin, uygulamanın 80 ° C-180 ° C arasında asitlerinin aldehid şekillendirme β-O-4 bağlantı fizyon çok etkili olduğunu ve keton7,8parçaları. Gruplarımız ve diğerleri son zamanlarda acidolysis stabilize etmek metodolojileri ile kombine ve tuzak reaktif parçaları belirli kimyasal motifleri9,10 ile fenolik monomerleri elde etmek için son derece güçlü göstermiştir , 11 , 12. bunlardan özellikle asetal bindirme bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) elde etmek için alkoller ile reaktif aldehitler, göreli basit uygulama ve son derece functionalized doğa bekletme nedeniyle güçlü olduğunu kanıtladı lignin monomer (Şekil 1b)13,14. Bu acetals bozulumu G ve S monomerleri üst lignin geridönüşümü mevcut H, dağıtım için ilgili oranında elde edilir.

En şık metodolojileri çoğunun geliştirilen, nispeten hafif ve lignin15dakika içinde ortaya daha güçlü C-C tahvil ayırmak değil gibi asit bozulumu, katalize. Ancak, reaktif parçaları daha zayıf C-O tahvil16,17bölünme yayımlanan yoğuşma nedeniyle sert lignocellulose ayırma koşulları uygulandığında C-C tahvil özellikle bol olur. Işleme yöntem Biyokütleden β-O-4 içerik kaybı bir dizi teknik analiz tarafından açıkça gösterdi sadece 100 aromatik birim18başına 6 β-O-4 bağlantıları korumak için gösterildi, lignins iken lignocellulose bu sayı aralığı 45 numara bağlı olarak kaynak16100 aromatik birim başına 90 bağlantıları. Daha hafif çıkarma koşulları için dönüm, lignins doğal lignin daha iyi yansıtmak bağlantı dağılımları ile elde edilebilir. Yine de, bu ayıklama verimliliği ve elde edilen lignin malzeme17kalitesi arasındaki dengelemeyi gerektirir. Bu da hangi lignin fractionate için popüler bir yöntemdir ve lignin, organosolv çekme içinde göre önceliğe sahiptir. Farklı sıcaklıklarda, asit içeriği, çıkarma süreleri ve solventler istihdam yöntemleri ile bu işlemi var birçok varyasyonu. Burada, ayıklama önem elde edilen lignin yapısı ve böylece daha fazla valorization19,20,21uygunluğu üzerinde doğrudan etkisi vardır. Örneğin, gösteri ölçekte 5 yıldır işletilen tabanlı Etanol Alcell işlem tarafından üretilen organosolv lignin gibi nispeten yüksek sıcaklıkta verimli delignification emin olmak için ameliyat yaptı β-O-4 bağlantılar nispeten düşük miktarda vardı Biyoetanol üretimi için yüksek kaliteli karbonhidrat almak için sipariş. Yine de, biobased maddeleri etanol gibi küçük çevresel etki ile tercih edilir ve böylece ilgi daha yüksek değer lignins içinde neden çıkarma yöntemleri vardır. Alkollü çözücüler β olduğu gibi onlar da dahil lignin yapısına, örneğin, ayıklama orta olmanın yanı sıra özel ilgi vardır ‘ – O – 4 (Resim 1a) kısmen “yapısı üzerinden istenmeyen koruyan”22, Göğüs arası. Uygun bir yöntem potansiyel olarak lignin yüksek bir β-O-4 içerik ile ve sıralı bir adımda değeri yüksek selüloz erişmek için lignin kalan kaldırmak için elde etmek için ilk olacaktır.

Bu makale, biz bir düz ön ve son derece tekrarlanabilir yüksek β-O-4 lignin çıkarım hafif etanol çıkarma tarafından için açıklayınız. Biyokütle kaynağına bağlı olarak, bu nispeten yüksek ayıklama verimlilik için yol ve verim. Yordamlar için elde edilen lignin karakterizasyonu “nasıl”etherified β deprotect yanı sıra sağlanır ‘ – O – 420. Ayrıca, bir değerlendirme yordamı bu lignins β-O-4 bağlantılar seçici bölünme üzerinde itimat seçici bozulumu yordamlar potansiyelini için sunulmaktadır. Bu değerlendirme demir(III) triflate katalize bozulumu etilen glikol huzurunda β-O-4 içeriği lignin malzeme arasındaki bağlantıyı gösterir bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes23 elde etmek için kullanarak gerçekleştirilir ve monomer21verir. Sonuçlar, yüksek lignin ayıklama verimliliği ve özel aromatik monomer için depolymerized olma potansiyeli elde edilen lignin ve dengesini göstermektedir.

Protocol

1. ön Lignin ayıklama önce ceviz geridönüşümü Üretim kesme Ceviz kabukları Ceviz kabukları kabukları kırılması için bir çekiç kesici besleme. Çekiç kesici çıkış, 5 mm elek ile donatmak. Bir 1 L cam ölçek kırılmış Ceviz kabukları toplamak. Kırık kabukları yere kabukları elde etmek için bir mikro çekiç kesici besleme. Mikro çekiç kesici çıkış, 2 mm elek ile donatmak. Bir 1 L cam ölçek zemin ceviz kabukları toplamak. Yağ asitlerinin çıkarma zemin ceviz kabukları 150 g kesme Ceviz kabukları bir 500 mL yuvarlak alt şişeye koy. Yuvarlak alt şişesi 200 mL Toluen ve karıştırma çubuğu ekleyin. Reflü kondansatör yuvarlak alt şişe takın. Isı olarak reflü sıcaklığında (111 ˚C) için 2 h ile güçlü bir yağ banyosu karışımı karıştırma. 2 h sonra Isıtma durdurmak ve yağı banyosundan kaldırarak aşağı oda sıcaklığına karışımı soğumaya bırakın. Toluen filtrasyon tarafından (185 mm çapında, 10 µm gözenek boyutu) kaldırın. Toluen filtrate atın. Vakum fırında 80 ˚C ve 50 mbar artıkları Ceviz kabukları Isıtma tarafından bir gecede Toluen kaldırın. Önceden ayıklanan Ceviz kabukları freze 20 mm çapında topları bir 250 mL kase taşlama taşlama yer 7 ZrO2 ZrO2/ yaptı. Kase ceviz parçacıklar 40 g ile doldurun. İsopropanol 60 mL taşlama kaseye ekleyin. Ceviz kabukları ile döner top değirmen öğütme gerçekleştirin. 2 dk 27 x g 4 dk Duraklat tarafından takip de taşlama 4 döngüleri içinde eziyet. Sıcaklığı 80 ˚C aşağıda kase herhangi bir zamanda tutmak. Fazla 3 toplu işlemleri gerçekleştirmek ve kase soğumaya bırakın sonra aşağı. İnce zemin toplamak bir 500 mL yuvarlak alt şişesi içine Ceviz kabukları. İsopropanol 40 ˚C ve 125 mbar döner buharlaşma çıkarın. Kuru bir vakum fırında 50 ˚C ve 50 mbar Ceviz kabukları gecede. Elek ince çekilmiş ceviz kabukları ile 1 mm elek. Tekrar döner top fabrikası ile çok büyük parçacıklar zemin. 2. ahşap Feedstocks hazırlanması Ahşap plakalar kesme Ahşap plakalar düz ahşap hız matkap ile donatılmış bir matkap altında yerleştirin. Talaş bir cam kabı içinde toplamak. Ahşap talaşı onları daha küçük parçalar halinde kesilmiş bir kahve değirmeni yerleştirin. Yağ asitlerinin çekme–dan odun Yağ asitleri çıkarma ahşap Ceviz kabukları adım 1.2 için açıklandığı gibi tam olarak aynı şekilde gerçekleştirir.Not: Adım 1. 3’tanımlanan koşullara partikül büyüklüğü bir azalma sonuçlanmamıştır ahşap yok freze topu fabrikasında gerçekleştirilir. 3. yüksek β-O-4 Ethanosolv Lignin çıkarımı Hafif etanol ayıklama (a yöntemi) Hammadde, 25 bin 500 mL yuvarlak alt şişeye koy. Bir 80:20 etanol/su karışımı (200 mL), HCl çözeltisi (0,24 M) ve yuvarlak alt şişeye manyetik karıştırma bara 4 mL ekleyin. Reflü kondansatör yuvarlak alt şişe takın. Isı karışımı atreflux sıcaklık ile dinç 5 h için bir yağ banyosu ile karıştırma. Yağı banyosundan kaldırarak oda sıcaklığında soğumaya karışım izin verin. Karışım (185 mm çapında, 10 µm gözenek boyutu) filtre ve kalıntı 4 kez 25 mL etanol ile yıkayın. İş-up ve lignin ve yalıtım 500 mL yuvarlak alt şişe içki toplamak. İçki 40 ˚C ve 150 mbar döner buharlaşma tarafından konsantre ol. 30 ml aseton elde edilen katı geçiyoruz. Katı tamamen çözülmez yok bir ultrasonik banyo kullanın. Lignin 600 mL su karışımı ekleyerek çökelti. Hiç yağış meydana gelirse, az miktarda doymuş sulu Na2çok eklemek4 çözüm lignin flocculate. Lignin filtrasyon tarafından (185 mm çapında, 10 µm gözenek boyutu) toplamak. 25 mL su ile lignin 4 kez yıkayın. Hiçbir analiz koful fraksiyonunun gerekiyorsa filtrate atın. Filtrate çok bulanık ise, bir Santrifüjü tüp ekleyin ve (katı) alt kesir Santrifüjü tarafından toplamak. Hava için lignin gecede kuru izin verir. Bir vakum fırında (gecede 50 ˚C ve 50 mbar) lignin daha kuru. Lignin gecede bir vakum fırında kurutulmuş sonra verim belirleyin. Klason yöntemi24tarafından belirlenen toplam lignin içeriği ile bölerek lignin ayıklama verimliliğini belirlemek. Yüksek sıcaklık etanol ayıklama (Yöntem B) Hammadde 15 g 250 mL Otoklav içinde koymak. Bir 80:20 etanol/su karışımı (120 mL), 2,4 mL HCl (0,24 M) ve manyetik bir karıştırma çubuğu ekleyin. Isı karışımı karıştırma 5.2 x g. peşpeşe 5 h için 120 ˚C adlı bir buz banyosu daha sonra karışımı harika. Karışım (185 mm çapında, 10 µm gözenek boyutu) filtre ve kalıntı 4 kez 15 mL etanol ile yıkayın. Daha fazla iş-up ve yalıtım tam adım 3.2 açıklandığı gibi gerçekleştirin. Daha büyük ölçekli yüksek sıcaklık etanol çıkarımı ceviz kabuğu (yöntemi C *) 90 gr ince zemin ceviz kabuğu bir 1 L yüksek basınç basınçlı kap koymak. Bir 80:20 etanol/su karışımı (750 mL) ekleyin ve 6.25 mL H2SO4 (0.12 M). Isı 35.8 x g. karıştırma hızı ile 5 h için 120 ˚C karisimin soğutma sistemi 5 h reaksiyon süresi sonra reaktörler açarak oda sıcaklığında geri karışıma Cool. Karışım (185 mm çapında, 10 µm gözenek boyutu) filtre ve kalıntı 4 kez 75 mL etanol ile yıkayın.Not: birden fazla filtre kullanarak bir çok zaman kazandırır. Likör 2 eşit gruplar halinde toplamak. İş-up ve adım 3.2 çözücüler, iki toplu işlemleri için çift miktarı ile olduğu gibi açıklandığı gibi yalıtım gerçekleştirin. Adım 3,1 kontrol deneyleri. (Yöntem A *) ve adım 3.3. (Yöntem B *) (isteğe bağlı) Tam adımda H23.1.1 Değiştir 1,67 mL HCl çözümle ama SO4 (0.12M) açıklandığı gibi bazı malzemeleri koyun. Adım 3.1-3.2 diğer Yöntem Aiçin aynıdır. Tam adımda H23.3.1 Değiştir 1.0 mL HCl çözümle ama SO4 (0.12M) açıklandığı gibi bazı malzemeleri koyun. Adım 3,3 geri kalanı Yöntemi Biçin aynıdır. 4. de-etherification ve Lignin (isteğe bağlı) 1000 mg 100 mL yuvarlak alt şişesi 1:1 1,4-dioxane/su karışımı bir 24 ml lignin ve geçiyoruz. 1 mL % 37 HCl çözeltisi karışıma ekleyin. Bir karıştırma çubuğu eklemek ve reflü kondansatör yuvarlak alt şişe ekleyin. Isı ile dinç 5 h için bir yağ banyosu ile 100 ˚C karışımı karıştırma. Yağı banyosundan kaldırarak oda sıcaklığına kadar soğumasını karışım izin verin. Karışım için 160 mL lignin çökelti su ekleyin. Lignin filtrasyon tarafından (185 mm çapında, 10 µm gözenek boyutu) toplamak ve 2 kez lignin 25 mL su ile yıkayın. Hava için lignin gecede kuru izin verir. Bir vakum fırında (gecede 50 ˚C ve 50 mbar) lignin daha kuru. 5. analiz ve Lignin İki boyutlu nükleer manyetik rezonans (2D-NMR) analiz 60 mg / d60.7 ml kuru lignin ve dağıtılması-aseton. Lignin değil tam olarak çözülmez D2O birkaç damla ekleyin. Bir NMR tüpte karışımı koyun ve aşağıdaki parametrelerle bir NMR spektrometresi ile heteronuclear tek kuantum tutarlılık spectra (HSQC) bir 2D proton almak: (11, -1), (160, -10), nt 4, ni = 512 =20. Elde edilen HSQC spectra analiz. Yatay (f2) ekseni boyunca önem kazanır gibi tüm sinyalleri olumlu, olana spectra el ile faz düzeltmelerini her iki eksen üzerinde ayarlayın. Hiçbir temel düzeltmeleri yapmak. Tüm bağlantıları konumlarını adımda 5.1.3 ve 5.1.6 verilir. Üç farklı aromatik birim ( Şekil 4göre numaralandırma proton) karşılık gelen sinyalleri aromatik bölgedeki entegre. Bu sinyaller bölge [(Proton range) (karbon aralığı)]:S2/6: [(6.48-6.90)(104-109)]S’2/6: [(7.17-7.50)(105-109)]Syoğun: [(6.35-6.65)(106-109)]G2: [(6.78-7.14)(111.5-116)]G5: [(6.48-7.06)(115-120.5)]G6: [(6.65-6.96)(120.5-124.5)]H2/6: [(7.05-7.29)(128.5-133)]Not: H3/5 G5 sinyal ile çakışıyor ve bu H2/6 H3/5olarak aynı yoğunlukta olduğu varsayılır. Sinyal yoğun g G5ile çakışıyor. Yok (ya da neredeyse hiç) G2 hem G6 sinyalleri varsa, bu g tam yoğunlaşma oluştuğunu gösterir. Formül ile aromatik birimi miktarını hesaplamak:Toplam aromatik = (((S2/6 + S’2/6) / 2) + Syoğun) + ((G2 + G5 + G6- H2/6) / 3) + (H2/6 / 2) G, H ve S birimleri aşağıdaki formüllerle yüzdesini hesaplamak:Oranı S = (((S2/6 + S’2/6) / 2) + Scondensed): Toplam 0 x aromatikOranı G = ((G2+ G5+ G6- H2/6) / 3): Toplam 0 x aromatikOranı H = (H2/6 / 2): Toplam 0 x aromatik Sinyalleri karşılık alifatik bölge sinyaller β-O-4, β-β ve β-5 bağlantıları ve Hibbert Ketonlar için entegre. Bölge [(proton range) (karbon aralığı) Bunlar]:Β-O-4α [(4.76-5.10)(73-77.5)]Β ‘ – O – 4α [(4.44-4.84)(81.5-86)]Β-O-4β ve β’ – O – 4β [(4.03-4.48)(85-90.5)]Β-O-4γ ve β’ – O – 4γ [(3.10-4.00)(58.5-62)]Β-5α [(5.42-5.63)(88-92)]Β-5β [(3.36-3.56)(53-54.5)]Β-5γ [(3.50-4.00)(62-64.5)]Β-βα [(4.59-4.77)(86.5-89.5)]Β-ββ [(2.98-3.20)(55.5-59)]Β-βγ [(3.75-3.96)(72.5-76)] ve [(4.10-4.31)(72.5-76)]HKγ [(4.20-4.30)(66-68)]Not: β-proton β-O-4 ve β’ – O – 4 bağlantılar örtüşme. Bu bağlantıları yapısal motifleri Şekil 1′ de verilmiştir. Bağlantıları 100 C9 birim başına toplam sayısı tüm bağlantıları α proton İşaretimle dayanmaktadır. Aşağıdaki formüller ile yakın toplam sayısını hesaplar:Β-O-4 bağlantılar = (β-O-4α + β’ – O – 4α) / aromatik x 100 toplam# β-5 bağlantıları β-5α = / aromatik x 100 toplamΒ-βbağlantıları β-βα = / aromatik x 100 toplam Jel Permeasyon Kromatografi (GPC) analiz 1 ml tetrahydrofuran (THF) kurutulmuş lignin ve 10 mg (Toluen iç standart olarak bir damla ile) geçiyoruz. Bu karışımı bir 0,45 µm şırınga azaltılmış ses giriş 0.3 ml ile bir Otomatik Örnekleyici şişe içine filtre. Otomatik Örnekleyici şişeyi bir kap ile kapatın. Örnek 20 µL THF GPC enjekte. Elde edilen verilerin işlenmesi. Referans sinyali (Toluen) elde edilen sinyal düzeltin. Doğru aralığı için elüsyon birimi seçin (~ 200-10000 Da). Toplu dağıtım yazılımı tarafından hesaplayın. 6. bozulumu Lignins bakalit 2-Arylmethyl-1,3-Dioxolanes (Acetals) için 20 mL mikrodalga şişe bir manyetik karıştırıcı ile donatılmış tepki gemi olarak kurutulmuş lignin ve yer 50 mg. 1,4-dioxane, 50 µL etilen glikol 1,4-dioxane (0,54 mL/mL) ve octadecane (iç standart) 50 µL 0,85 mL 1,4-dioxane (26 mg/mL) ekleyin. Reaksiyon gemi kapatın ve çözüm karıştırma 3.8 x g de ise 140 ° c ısı. Reaksiyon gemi 140 ° C ulaştığında, Fe (III) OTf3 50 µL 1,4-dioxane (0,1 g/mL) ekleyin. Reaktör 15 dakika karıştırın. Oda sıcaklığında reaktöre serin ve bozulumu sıvı adım 7,1 konusunda açıklanan şekilde kaldırın. 7. iş up ve analiz bozulumu karışımları Sıvı CELITE üzerinde filtre (geçirgenliği: 2,60-6-50 darcy; partikül büyüklüğü: 150 mesh Tyler; elek korumak (140 M u.s.): 2.0-.0) ve 2 mL santrifüj tüpü içinde toplamak. Sıvı gecede dönme vakum yoğunlaştırıcı 35 ° C’de konsantre ol. Aşağıdaki yordam ile son petrol/kalın çıkarımı: Askıya alınmış ve kalıntı diklorometan (DCM) 0,15 ml geniş (girdap tarafından), 15 dk sonication ve 30 dk içinde otomatik tekerlek karıştırılarak şişmeye. Örnekleri 10 için santrifüj kapasitesi s sıvı tüp alt kısmında olduğundan emin olmak için bir minispin Masa Üstü Santrifüj kullanarak (Santrifüjü hız: 671 x g). Kapsamlı (girdap ve 10 dk sonication tarafından) 0.75 mL Toluen ve karışımı ekleyin. Örnekleri 10 için santrifüj kapasitesi minispin Masa Üstü Santrifüj kullanarak s (Santrifüjü hız: 671 x g) sıvı tüp alt kısmında olduğundan emin olmak için. Hafif organik sıvı katı ya da kalın yağlı kalıntı ayırmak ve bu sıvı CELITE bir fiş filtre ve cam şişede toplamak.Not: Bu yordam süspansiyon/çamaşır için üç kez tekrarlanır ve son çekme içinde 0,5 mL Toluen kullanılır. Kombine organik aşamaları döner buharlaşma (40 ˚C, 20 mbar) konsantre. DCM 1 ml gaz kromatografi alev iyonizasyon detektörü (GC-FID) analiz için yağlı kalıntı geçiyoruz. GC-FID bir FID dedektörü ve kullanım taşıyıcı gaz olarak helyum ile donatılmış bir GC kullanarak gerçekleştirin. Standart ayarları: 1 µL enjeksiyon, 50: 1 bir split rasyon, bir helyum akışını 0.95 mL/dak Equip GC APARATI ile HP5 sütun (30 m x 0,25 mm x 0.25 µm) ve 5 min 60 ° C İzoterm ile başlayan bir sıcaklık profili ile çalıştırabilirsiniz. 10 ° C/dak rampa ile 260 ° c 20 dk için tarafından takip Bu sıcaklık 20 dakika tutun. Spectra Peaks’e el ile entegre. Olarak saklama kez doruklarına çoğu aşağıdaki: octadecane (21.4 dk), H-acetal (19,5 dk), G-acetal (20, 8 c min), S-acetal (23.4 dk). Elde edilen değerler adım 7,8 miktar gerçekleştirmek için kullanın. Bir standart bileşik izole bir iç standart (octadecane) kullanarak ile bir kalibrasyon eğrisi dayalı G asetal miktar gerçekleştirin.Not: Kalibrasyon eğrisi: (R20,9991 =)G-acetal verim:Temel bir yanıt faktör H ve S asetal 2.19 ve 1.82, sırasıyla tahmin edilmiştir önceki sonuçları9,21,23 .

Representative Results

Şekil 2′ de, Önarıtma sonra elde edilen hammadde (sol sütun) gösterilir. Tüm hammadde olarak küçük fiş mevcut çıkarılması için uygun partikül büyüklüğü talaş olarak satın alınmıştır kayın ahşap dışında elde edildi. Lignins ayıklama gösteriden sonra çok çeşitli renk ve Parçacık boyut elde. Hafif tedavisi (Yöntem A ve ikinci sütunun Şekil 2) elde edilen lignins normal kırmızı/pembe renkli ve alınan küçük pul olarak uygulanır. Sert koşullar Uygulamalı (B ve C * yöntemleri) olduğunda, bir kahverengi/Kahverengimsi sarı renk elde edilen lignins var (üçüncü ve dördüncü sütun Şekil 2). Sert koşulları (B ve C*yöntemleri) kıyasla daha hafif koşullar (reaksiyon şeması Şekil 1, sonuçları Tablo 1′ de) altında gerçekleştirilen çekimi için verim artış. Bu etkiyi ceviz (,2 artış), kayın (%8,5 artış) ve sedir ağacı (%5.1 artış) çam ahşap (yalnızca %0,5 artış) karşılaştırıldığında çok daha derin. Biyokütle ayıklama (,8 kayın25 ve sedir25.1 ,6 çam25.3 ceviz için) önce lignin içeriği dayanarak, kayın ahşap lignin ayıklama verimliliğini (.9), özellikle yüksek ise için diğer kaynaklardan daha düşük ekstraksiyon verimliliği elde edildi. Yöntem A * ve B *, kontrol deneyleri için yöntem A ve B, sülfürik asitle bazı farklılıklar ayıklama verim açık gösterdi. Ceviz kabukları ile sülfürik asit (Yöntem A *) hafif çıkarma çıkarma hidroklorik asit (a yöntemi) ile (% 2,6 ve % 5.0) belirgin daha düşük çok düşük verimini % 2.6, verdi. Ancak, sert çıkarma koşulları ile sülfürik asit (Yöntem B *) ile ekstraksiyon hidroklorik asit (Yöntem B) (% 19,3 ve % 15,2) göre daha yüksek bir verim gösterir, ancak bu şeker izlerini çıkarma tarafından elde edilen ürün mevcut olduğunu belirtmek gerekir Sülfürik asit ile. Farklı lignins ( Şekil 4′ te gösterilen örnek) NMR analizi, H/G/S oranı ve bağlantıları miktarını tespit edildi (Tablo 1). β ve γ-proton β-O-4 ve β çakışma nedeniyle ‘ – O – 4 bağlantı, bağlantılar miktarı sayısal α-proton kullanarak. Buna ek olarak,5/6 G ve H3/5 sinyalleri örtüşme ama bunlar buna göre H2/6 sinyallerini kullanarak oranları ayarlayarak düzeltilebilir. Ayrıca, γ-proton Hibbert Ketonlar ve bir sinyal büyük olasılıkla lignin sonu-gruplar tarafından neden olduğu, oksitlenmiş S birimleri için karşılık gelen bir sinyal tanımlanır. Genel olarak çekimi ile Yöntem B sağladığını lignin yöntemi A yerli malzeme S birimleri içerir durumda olanlarla karşılaştırıldığında daha yüksek S içerikli NMR elde edilen oranlarını gösteren. Ayrıca, Yöntem B ile çekimi toplam β-O-4 bağlantılar yöntemi A, sıcaklık artış üzerine gösteren artan bozulma ile karşılaştırıldığında daha düşük bir miktarı ile lignin sağlar. Yöntemleri yöntemleri A ve B Toplam β-O-4 bağlantılar miktarı çok benzer elde ceviz lignin bir istisnadır. Sert koşulları uygulandığında, daha az bir ölçüde rağmen β-β ve β-5 bağlantıları sayısını azaltın. Ayrıca, NMR etanol ayıklama β-O-4 bağlantı yapısal değişiklik derecesini gösterdikten sonra tüm lignins elde ortaya koydu. Bunlar en az % ~ 50 var ikame α-ethoxylated β α-OH grubundaki, ‘ – O – 4 bağlantı. Lignin ayıklama 4 kez Ceviz kabukları (a yöntemi) hafif çıkarma gerçekleştirerek ispatlandı yüksek tekrarlanabilirlik gösterir. Özellikle, β-O-4 bağlantılar toplam sayısı olarak sapma son derece küçüktür. Ne zaman çıkarma sert koşullar altında (Yöntem B ve C *), α-ethoxylation artış yüzdesi gerçekleştirildi. İçin yoğun S görünür, HSQC içinde spectra kayın lignin ve sert koşul (yöntemi B), bir sinyal mükemmel ile önemli uyar β-O-4 bağlantılar miktarında azalma ayıkladığınız. Ceviz ayıklama büyük ölçek (yöntemi C *) gösterir önemli bir düşüş tüm bağlantılar için gerçekleştirilen ve yoğun S için bir sinyal HSQC spectra görülür. Sedir hafif koşullar (a yöntemi), çıkarma için nispeten yüksek verim oldukça uzun yağ asidi varlığı ile neden olur. Kontrol deneyleri ile sülfürik asit asit etkisi elde edilen lignin bileşimi iyi fikir verdi. Hafif ayıklama koşullarla (methodA *), hangi kompozisyon diğer hafif çekimi için (methodA) karşılaştırıldığında benzer bir çok saf lignin elde edildi. β-O-4 bağlantıları biraz daha düşük miktarda etanol daha az verimli bir birleşme β alt birkaç sonuçlanan lignin çerçeve içine atfedilen ‘ – O – 4 bağlantılar. Sert çıkarma koşulları (Yöntem B *), elde edilen lignin ile farklılıklar daha derin hidroklorik asit (Yöntem B) huzurunda çıkarılan Ceviz kabukları elde edilen lignin ile karşılaştırıldığında. Keskin bir düşüş β-O-4 bağlantılar toplam sayısını gösterir (35 ve 74, sırasıyla) ve S karşılık gelen sinyalleri entegrasyon tarafından tespit edildi aromatik bölgesi (% 48), yoğunlaşma yüksek miktarda sülfürik asit ile elde edilen lignin gösterir yoğun ve Gyoğun (adım 5.1.3). Yoğunlaşma bu yüksek miktarda tam sülfürik asit, hidroklorik asit yoğunlaşmasız aromatik bölgede gösterdi ile aynı çekme–dan elde edilen ürün olarak bağlanabilir. Sert büyük ölçekli ayıklama (yöntemi C *) elde edilen ürün kompozisyonu daha küçük bir ölçekte (Yöntem B *) elde edilen ürün ile hiçbir büyük farkı gösterir. Yoğunlaşma büyük ölçekli ayıklama (% 9) aromatik bölgesinde alt miktarı ve daha sonra daha yüksek miktarda β-O-4 bağlantılar sadece büyük farktır. Bu fark Isıtma profil farklı basınçlı kaplar arasındaki farkı nedeni olabilir. Lignins de GPC (anlayış moleküler ağırlığı (Tablo 2) sağlamak için,Şekil 5) tarafından analiz edildi. Bunlar sert çıkarma koşulları (Yöntem B) uygulandığında, ağırlığı ortalama molekül ağırlığı (Mw) ve polydispersity tüm kaynakları için artıyor ortaya koyuyor. Sayı ortalama molekül ağırlığı (Mn) çıkarma koşulları arasındaki her kaynak için karşılaştırılabilir. Genel olarak, bu sonuçlar göstermek sert çıkarma koşulları bir iki kat etkisi ve daha büyük parçaları böyle parçaları ek dağılımı ek olarak ayıklanır. Bazı uygulamalar, β oluşumu için ‘ – O – 4 bağlantı istenmeyen, örneğin, benzylic (α) hidroksil grubu26,27,28oksidasyonunu itimat bozulumu yöntemleri uygularken. β dönüşümü ‘ – O – 4 ve ethanosolv lignin düzenli β-O-4 bağlantılar için bağlantı daha önce raporlanmış20 yapıldı ve bu rapor Ceviz kabukları elde edilen lignin karşılaştırılabilir lignin toplu Ceviz kabukları elde ile gerçekleştirildi Kağıt (Şekil 6). Bu lignin oluşan 30 yerli β-O-4 bağlantılar ve 39 α-ethoxylated β’ – O – 4 bağlantılar (34 ve 38 bağlantıları, lignin bu kağıt için sırasıyla). De-etherification elde edilen lignin 57 β-O-4 bağlantılar ve sadece 3 α-ethoxylated β oluşuyordu gibi doğal yapısı hemen hemen tüm α-ethoxylated bağlantıları dönüştürülmüş ‘ – O – 4 bağlantılar, küçük bir kayıp β-O-4 adet toplam sayısını gösteren. Kitle ve lignin öncelikle etil grubunun kaybı tarafından neden olduğu özgün lignin ve % 72 idi. Hafif bozulumu aracılığıyla aromatik monomerleri üretimi için lignin potansiyelini göstermek için (Şekil 7) acidolysis reations Fe(OTf)3 etilen glikol huzurunda idi ile gerçekleştirilen. Bu reaksiyon üç farklı bakalit 2-arylmethyl-1,3-G ve S birimleri lignin içinde mevcut H ile ilgili dioxolanes (acetals) verir. Tablo 3 S, G ve H acetals verimini göstermektedir ve toplam verimi Şekil 8′ de gösterilen. Lignin ayıklama yöntemi acetals verimi olmak büyük bir etkisi vardır görünür. Daha düşük verimleri daha sert koşullar (Yöntem B) kullanarak çıkarılan lignin için elde edilir. Bu büyük olasılıkla bir daha değiştirilmiş (yüksek oranda α-ethoxylation nedeniyle) konsantre yapısı önceki paragrafta açıklandığı gibi. β-O-4 adet önemini Protokolü (Şekil 9) sunulan gibi korelasyon bozulumu monomer verim için sağlayarak yansıtılır. Net bir eğilim toplam β-O-4 içeriği ve nerede daha yüksek bir β-O-4 içeriği genel olarak bakalit 2-arylmethyl-1,3-21 önceki sonuçları doğrultusunda olan dioxolanes (acetals) daha yüksek verim sonuçları sigara etherified β-O-4 bağlantılar görünür . Ne zaman etherified β’ – O – 4 bağlantılar, eğilim açıktır Ayrıca bozulumu verim β sayıya ilgili olmayan gösterilen,’ – O – 4 bağlantılar. Reaksiyon koşullarında etherified β-O-4 bağlantıları de-etherified olabilir ama bu ek adım malzeme, daha önce açıklandığı gibi kaybolmasına neden. Genel olarak, monomer bozulumu verim lignin ayıklama verim için düzeltme, aşağıdaki sonuçlar (Tablo 4) elde edilebilir. Aşağıdaki yöntemleri A & Bkarşılaştırarak, genellikle daha yüksek miktarda asetal sert ayıklama (daha az seçici) bozulumu tarafından takip yüksek genel lignin verimleri sağlayarak tarafından elde edilebilir olduğunu gösterir. Yine de, pinewood için sonuçlar da ayıklama önem artış önemli verim artış sağlamaz beri bu biyokütle kaynağında bağlı olduğunu gösterir. Saklama β-O-4 yapısının bu ağaç türü daha yüksek toplam fenolik 2-phenylmethyl-1,3-dioxolane (acetals) verimleri vermek tercih edilir. Resim 1 . Kimyasal yapıları elde edilen ürünlerin. (a) ortak yapısal motifler olarak lignin yapısı mevcut. (b) asit bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) elde etmek için asetal bindirme ile kombine lignin bozulumu katalize. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Resim 2 . Lignin farklı feedstocks elde edilen. Görüntü Önarıtma (adım 1 ve 2) sonra dört farklı lignocellulose feedstocks ve organosolv ayıklama farklı koşullar, sonra elde edilen lignins (Yöntem A-3.1, adım yöntemi B-adım 3.3 ve yöntemi C *-adım 3.4). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 3 . Reaksiyon şeması ethanosolv çıkarılması için. Elde edilen bağlantıları genel bakış: β-O-4 (R’ = H), β’ – O – 4 (R’ = Et), β-β ve β-5. Koşullar: (A) 80 ˚C, 0,24 M HCl (adım 3.1), (B) 120 ˚C, 0,24 M HCl (adım 3,3), (C *) 120 ˚C,4 (adım 3.4) ve denetim A * ve B * (adım 3.5) deneme bu yüzden 0,12 M H2. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 4 . HSQC analiz ve lignin. Tüm lignin bağlantıları tanımlaması 2D-HSQC hafif tedavi (adım 3.1) kullanarak Ceviz kabukları elde lignin ve ölçülmüştür. Sinyaller HKγ ve S için ‘2/6 görünmelerini sağlamak için büyütülmüş. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 5 . Moleküler ağırlık ve lignin. GPC grafikleri elde edilen lignins bölünmüş kaynağı tarafından (bir ceviz, b = çam ahşap, c = kayın ahşap ve d = sedir ağacı =). Satırları Tablo 2tarafından verilen farklı örnekleri karşılık gelir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 6 . Ve lignin de-etherification. Ceviz kabuğu (adım 4) dan elde edilen ethanosolv lignin ve de-etherification reaksiyon şeması. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.  Şekil 7 . Acetals için lignin bozulumu. Bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) için bozulumu ve lignin reaksiyon şeması. H birim: R1 = R2 = H; G birimi: R1 OMe, R2 = = H; S birim: R1 = R2 OMe (adım 6) =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 8 . Asetal verim kaynağı başına. Verimi bakalit 2-arylmethyl-1,3-bozulumu ve lignin farklı kaynaklardan elde edilen dioxolanes (acetals). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 9 . β-O-4 bağlantılar asetal verim üzerindeki etkisi. Toplam β-O-4’e (mavi), karşılaştırıldığında lignin bozulumu elde edilen verim bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) etherified β-O-4 (turuncu) ve etherified β-O-4 (gri) lignin geridönüşümü içerik. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Kaynak Koşullar Verim (%) Ayıklama verimlilik (%)1 S/G/H oranı Toplam β-O-4 β-O-4 β’ – O – 4 β-β β-5 Ceviz A 5.0 ± 0.7 12,4 45/46/9 75 ± 2,5 36 ± 2.6 39 ± 3.1 11 ± 0.7 5 ± 1.5 Ceviz A * 2.6 6.5 47/45/8 53 32 21 9 4 Ceviz B 15,2 37.7 59/37/4 74 20 54 9 6 Ceviz2 B * 19,3 47,9 75/25/0 35 5 30 7 3 Ceviz2 C * 16,2 40,2 65/33/2 45 10 35 8 3 Çam A 3.5 12,2 0 / > 99 / < 1 59 22 37 0 14 Çam B 4.0 14,0 0 / > 99 / < 1 46 7 39 0 8 Kayın A 5.4 28.7 63/37/0 82 43 39 12 5 Kayın3 B 13,9 73.9 83/17/0 45 11 35 9 2 Sedir A 6.4 18,2 0 / > 99 / < 1 64 28 36 0 6 Sedir B 11,5 32.8 0 / > 99 / < 1 41 7 34 0 7 Tablo 1. Ethanosolv ayıklama sonuçlarını. Verimleri elde, aromatik dağıtım ve bağlantıları farklı çekimi için biyokütle üzerinde gerçekleştirilen. * Sülfürik asit asit olarak kullanılır. 1 Verim ve lignin (Klason lignin tayini tarafından belirlenen hammadde wt%)/Lignin içerik. 2 Koful ve S-yoğun mevcut ürün. 3 S birimlerinin konsantre. Kaynak Koşullar Mn (g/mol) Mw (g/mol) Ð Ceviz A 1096 1805 1.65 Ceviz B 1174 2934 2,50 Ceviz C * 1248 2930 2,35 Çam A 1331 3071 2,31 Çam B 1319 3596 2.73 Kayın A 1645 3743 2.28 Kayın B 1368 4303 3.14 Sedir A 860 1626 1.89 Sedir B 1188 3292 2,77 Tablo 2: moleküler ağırlıkları elde edilen lignins. Kaynak Koşullar Verim (%) S/G/H oranı Toplam β-O-4 S asetal (wt %) G asetal (wt %) H asetal (wt %) Toplam asetal verim (wt %) Ceviz A 5.0 45/46/9 72 4.5 5,9 2.1 12,5 Ceviz B 15,2 59/37/4 74 3.6 4.7 1.0 9,3 Ceviz C * 16,2 65/33/2 45 3.8 3.9 0,6 8.3 Çam A 3.5 0 / > 99 / < 1 59 0 9,9 0,3 10,2 Çam B 4.0 0 / > 99 / < 1 46 0 1.1 0 1.1 Kayın A 5.4 63/37/0 82 7,7 6,7 0 14,4 Kayın B 13,9 83/17/0 45 3.6 3.4 0 7.0 Sedir A 6.4 0 / > 99 / < 1 64 0 8.1 0,1 8.2 Sedir B 11,5 0 / > 99 / < 1 41 0 4.7 0 4.7 Tablo 3: asetal verimleri lignin bozulumu. Verimi bakalit 2-arylmethyl-1,3-bozulumu ve lignin farklı kaynaklardan elde edilen dioxolones (acetals). Koşullar: 50 mg lignin, 60 wt % etilen glikol, 10 wt % Fe(OTf)3, solvent: 1,4-dioxane, 140 ° C (1 mL toplam işlem hacmi), 15 dakika (7. adım). Kaynak Koşullar Lignin ayıklama verimi (%) β-O-4 β’ – O – 4 Toplam β-O-4 Toplam asetal verim (wt %) Genel asetal verim lignin ayıklama verim (wt %)1 için düzeltilmiş Ceviz A 5.0 34 38 72 12,5 0,63 Ceviz B 15,2 20 54 74 9,3 1.41 Ceviz C * 16,2 10 35 45 8.2 1.33 Çam A 3.5 22 37 59 10,2 0,36 Çam B 4.0 7 39 46 1.1 0,04 Kayın A 5.4 43 39 82 14,4 0.78 Kayın B 13,9 11 35 45 6,9 0,96 Sedir A 6.4 28 36 64 8.2 0,52 Sedir B 11,5 7 34 41 4.7 0.54 Tablo 4: genel olarak asetal verim ile ekstraksiyon verim düzeltildi. Bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) bozulumu ve lignin lignin ayıklama verim için düzeltilmiş farklı kaynaklardan elde edilen verim. 1 Hesaplama: 100 *(lignin yield/100) * (Toplam asetal verim/100). Koşullar: 50 mg lignin, 60 wt % etilen glikol, 10 wt % Fe(OTf)3, solvent: 1,4-dioxane, 140 ° C, 15 dk (reaksiyon üzerinden adım 6) & iş-up adım 7 ile.

Discussion

Çekimi, farklı koşullar ve farklı biyokütle kaynaklarını sonuçları ortaya çıkarmak nasıl nispeten yüksek bir içerik ile lignin çıkarımı β-O-4 bağlantıları için en uygun koşulları kaynağına bağlı olarak değişebilir. Örneğin, kayın ve sedir için verim artar ama ceviz ayıklama sert koşullar (Yöntem B), β-O-4 birim, miktarı bir çevre tutma ile verim üç kat artış sağlar β-O-4 miktarı önemli bir düşüş eşlik birimleri. Öte yandan, çam, sert çıkarma koşulları çok az yarar verim sağlamak ve de β-O-4 adet çok düşük bir miktarı ile lignin için yol. Bu genellikle en iyi duruma getirme şeklinde bazı lignin verim ve kalite β-O-4 birimi miktarını tutma şeklinde arasında doğru dengeyi elde edilen lignin malzeme bulmak için olduğu anlamına gelir.

Sert ayıklama şartlarından elde lignin malzemenin Mw büyük artış daha yüksek verimleri sağlayarak bu koşullar altında daha büyük parçaları ayıklanabildiği gösterir. Ancak, bu koşulları, ek parçalanma, ek düşük moleküler ağırlıklı malzeme sağlayan ve böylece polydispersity ceviz (Şekil 5a) ve sedir (Şekil 5 d) GPC grafiklerde açıkça görülebilir gibi artan oluşur ~ 500 Da, sinyal şeklinde.

HSQC NMR karşılaştırmalı verileri farklı lignins kalitesini sağlamak için önemli bir bilgilendirici araçtır. Bu yordamda, bir standart HSQC deney gerçekleştirilen bu karşılaştırmalı verileri elde etmek için harikadır ama mutlaka nicel gevşeme kez farklılıkları nedeniyle değil unutulmamalıdır. Tablo 1 ‘ deki bazı lignins için görüntülenen bağlantıları yüksek miktarda fazla hesaplamış. Nicel HSQC deneyler daha iyi sonuçlar sağlar ancak29seçenekler mevcuttur, ancak önemli ölçüde daha fazla NMR zaman, mal. Deneyim, Tablo 1 sayıları 100 aromatik birim başına β-O-4 adet gerçek miktarı daha iyi yansıtmak için bir 1,3 bir faktörle bölünmüş olmalıdır.

Daha önce belirtildiği gibi bildirilen Sonuçlar nasıl optimum koşullar bulma kaynağına bağlı olarak en fazla monomer verimleri elde etmek için farklı olabilir gelin. Ceviz başlangıç malzemesi olarak kullanıldığı zaman, sert koşullar (Yöntem B) lignin çıkarma için istihdam edilmektedir, örneğin, genel toplam acetals artar yaklaşık iki kat verim. Ancak, bu çok büyük fark lignin ayıklama verim, β-O-4 içeriği etkilemeden kaynaklanmaktadır. Farklı, çam kullanıldığında hafif çıkarma koşulları (a yöntemi) tercih edilir. Aslında, lignin ayıklama sonuçlarını iki olgu ama sert koşullar çok benzer verimleri bir damla birimlerindeki böyle bir düşük monomer verim için neden olabilen β-O-4 (özellikle sigara etherified β-O-4 bağlantılar) önceki paragrafta belirtildiği gibi neden. Muhtemelen daha düşük bir monomer verim uzaklaşan çıkarılması için koşullar (Yöntem B) uyguladıysanız β-O-4 bağlantıları olmayan etherified önemli bir kaybına kayın ve sedir durumlarında de görülebilmektedir. Ancak, genel asetal verim ayıklama şartlarına bağlı olarak bu kadar çok farklı değildir. Aslında, lignin ayıklama verim yaklaşık iki kat artış olarak monomer verim kabaca iki kat azalma dengeler B yöntemlerinden A geçiş her iki biyokütle kaynakları için görülmektedir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Avrupa Araştırma Konseyi, ERC başlayan Grant 2015 (CatASus) 638076 (reklamlar ve KB) mali desteği ve araştırma programı yetenek ek olarak çalışma (Marie Curie ITN ‘SuBiCat’ PITN-GA-2013-607044, PJD, KB ve JGdV), Avrupa Birliği tarafından finanse edildi Düzeni (Vidi) ile proje numarası 723.015.005 (KB), kısmen Hollanda organizasyon tarafından bilimsel araştırma (NWO için) finanse edilmektedir.

Materials

Materials
Iron (III) triflate Sigma Aldrich 708801-1G purity: 90%
Octadecane Sigma Aldrich 0652-100G purity: 99%
Celite Alfa Aesar H33152.0B
Silica Gel SiliCycle R12030B-1KG P60 40-63 μm
Dichloromethane Macron Fine Chemicals 6779-25
Walnut shells
Pine wood
Cedar wood
Beech wood
Ethanol JT Baker Chemicals 00832000001 Ethanol absolute
Isopropanol Acros Organics 149320025 99.5+% extra pure
Acetone Macron Fine Chemicals 2440-06
Tetrahydrofuran Boom B.V. 164240025 stabilized with BHT
Toluene Macron Fine Chemicals 8608-02
Water Demi water from the internal supply
1,4-Dioxane Acros Organics 408820010 99+% extra pure
Hydrochloric acid Acros Organics 124620026 37% solution in water
Sulfuric acid Boom B.V. 760519081000 95-97%
Acetone-d6 Acros Organics 325320500 99.8 atom% D
Deuterium oxide Sigma Aldrich 151882-100G 99.9 atom% D
Filters Munktell 400303185 185 mm diameter, 10 μm pore size
Magnetic stirring bars VWR 442-4525
Syringe filter Sartorius 17559-Q 0.45 μm filter
Autosampler vial (2 mL) Brown 151123
Reduced volume inlet (0.3 mL) Brown 150820
Autosampler caps (11 mm) Brown 151216
Autosampler vial crimper
Oil bath
Syringes (1 mL) Henke Sass Wolf 4010-200V0
Heating block-4 positions IKA
Micro tubes 2 ml Sarstedt 72691
Crimp seals-20 mm Brown Chromatography Supplies 151287 with Silicone/PTFE septa
Equipment
Rotary Ball Mill Fritsch 06.2000.00 Laboratory Planetary Mono Mill PULVERISETTE 6
Hammer mill Brabender
Micro Hammer mill Brabender
Vacuum oven Heraeus Heraeus Vacutherm
Reflux setup and other glassware CBN Suppliers B.V. Reflux condensor, Roundbottom flask, Beaker glass and funnels
Rotary evaporator IKA
250 mL high pressure autoclave Berghof
1 L high pressure autoclave Medimex
Ultrasonic bath Emerson type Branson 3210
NMR instrument Bruker Ascend 600
THF-GPC Hewlett Packard 1100 series
Magnetic stirring plate SalmenKipp SK861492220263 type x-1250
Coffee grinder Profi Cook PC-KSW1021
Drilling machine Solid type TB 13 S
GC-FID Shimadzu
BUCHI Reveleris PREP purification system  Buchi
BUCHI C18 column  Buchi 150 mm × 21.2 mm × 10 μm
20 ml microwave vials ???
Univapo 150 ECH rotational vacuum concentrator UniEquip
Eppendorf minispin tabletop centrifuge  Eppendorf
SB2 rotator Stuart
Vortex Wilten
Processing Software
WinGPC Unichrom
MestReNova
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tuck, C. O., Pérez, E., Horváth, I. T., Sheldon, R. A., Poliakoff, M. Valorization of Biomass: Deriving More Value from Waste. Science. 337, 695-699 (2012).
  2. Ragauskas, A. J., et al. Lignin Valorization: Improving Lignin Processing in the Biorefinery. Science. 344, 709-719 (2014).
  3. Sun, Z., Fridrich, B., de Santi, A., Elangovan, S., Barta, K. Bright Side of Lignin Depolymerization: Toward New Platform Chemicals. Chemical Reviews. 118 (2), 614-678 (2018).
  4. Schutyser, W., Renders, T., Van den Bosch, S., Koelewijn, S. F., Beckham, G. T., Sels, B. F. Chemicals from lignin: an interplay of lignocellulose fractionation, depolymerization, and upgrading. Chemical Society Reviews. 47 (3), 852-908 (2018).
  5. Kärkäs, M. D., Matsuura, B. S., Monos, T. M., Magallanes, G., Stephenson, C. R. J. Transition-metal catalyzed valorization of lignin: the key to a sustainable carbon-neutral future. Organic & Biomolecular Chemistry. 14 (6), 1853-1914 (2016).
  6. Deuss, P. J., Barta, K. From models to lignin: Transition metal catalysis for selective bond cleavage reactions. Coordination Chemistry Review. 306, 510-532 (2016).
  7. Yokoyama, T. Revisiting the Mechanism of β-O-4 Bond Cleavage During Acidolysis of Lignin. Part 6: A Review. Journal of Wood Chemistry and Technology. 35 (1), 27-42 (2014).
  8. Sturgeon, M. R., et al. A Mechanistic Investigation of Acid-Catalyzed Cleavage of Aryl-Ether Linkages: Implications for Lignin Depolymerization in Acidic Environments. ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2 (3), 472-485 (2014).
  9. Deuss, P. J., Scott, M., Tran, F., Westwood, N. J., de Vries, J. G., Barta, K. Aromatic monomers by in situ conversion of reactive intermediates in the acid-catalyzed depolymerization of lignin. Journal of the American Chemical Society. 137 (23), 7456-7467 (2015).
  10. Jastrzebski, R., Constant, S., Lancefield, C. S., Westwood, N. J., Weckhuysen, B. M., Bruijnincx, P. C. A. Tandem Catalytic Depolymerization of Lignin by Water-Tolerant Lewis Acids and Rhodium Complexes. ChemSusChem. 9 (16), 2074-2079 (2016).
  11. Kaiho, A., Kogo, M., Sakai, R., Saito, K., Watanabe, T. In situ trapping of enol intermediates with alcohol during acid-catalysed de-polymerization of lignin in a nonpolar solvent. Green Chemistry. 17 (5), 2780-2783 (2015).
  12. Huang, X., Zhu, J., Korányi, T. I., Boot, D. B., Hensen, E. J. M. Effective Release of Lignin Fragments from Lignocellulose by Lewis Acid Metal Triflates in the Lignin-First Approach. ChemSusChem. 9 (23), 3262-3267 (2016).
  13. Kaiho, A., Mazzarella, D., Satake, M., Kogo, M., Sakai, R., Watanabe, T. Construction of di(trimethylolpropane) cross linkage and phenylnaphthalene structure coupled with selective β-O-4 bond cleavage for synthesizing lignin-based epoxy resins with controlled glass transition temperature. Green Chemistry. 18 (24), 6526-6535 (2016).
  14. Lahive, C. W., et al. Advanced model compounds for understanding acid-catalyzed lignin depolymerization: Identification of renewable aromatics and a lignin-derived solvent. Journal of the American Chemical Society. 138 (28), 8900-8911 (2016).
  15. Shuai, L., Saha, B. Towards high-yield lignin monomer production. Green Chemistry. 19 (16), 3752-3758 (2017).
  16. Rinaldi, R., et al. Paving the Way for Lignin Valorisation: Recent Advances in Bioengineering, Biorefining and Catalysis. Angewandte Chemie International Edition. 55 (29), 8167-8215 (2016).
  17. Schutyser, W., Renders, T., van den Bosch, S., Koelewijn, S. F., Beckham, G. T., Sels, B. F. Chemicals from lignin: an interplay of lignocellulose fractionation, depolymerization, and upgrading. Chemical Society Reviews. 47 (3), 852-908 (2018).
  18. Constant, S., et al. New insights into the structure and composition of technical lignins: a comparative characterization study. Green Chemistry. 18 (9), 2651-2665 (2016).
  19. Smit, A., Huijgen, W. Effective fractionation of lignocellulose in herbaceous biomass and hardwood using a mild acetone organosolv process. Green Chemistry. 19 (22), 5505-5514 (2017).
  20. Lancefield, C. S., Panovic, I., Deuss, P. J., Barta, K., Westwood, N. J. Pre-treatment of lignocellulosic feedstocks using biorenewable alcohols: towards complete biomass valorization. Green Chemistry. 19 (1), 202-214 (2017).
  21. Deuss, P. J., Lancefield, C. S., Narani, A., de Vries, J. G., Westwood, N. J., Barta, K. Phenolic acetals from lignins of varying compositions via iron (III) triflate catalysed depolymerization. Green Chemistry. 19 (12), 2774-2782 (2017).
  22. Bauer, S., Sorek, H., Mitchell, V. D., Ibáñez, A. B., Wemmber, D. E. Characterization of Miscanthus giganteus Lignin Isolated by Ethanol Organosolv Process under Reflux Condition. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 60 (33), 8203-8212 (2012).
  23. Deuss, P. J., et al. Metal triflates for the production of aromatics from lignin. ChemSusChem. 9 (2), 2974-2981 (2016).
  24. Nicholson, D. J., Leavit, A. T., Francis, R. C. A three-stage Klason method for more accurate determinations of hardwood lignin content. Cellulose Chemistry and Technology. 48 (1-2), 53-59 (2014).
  25. Sun, Z., et al. Complete lignocellulose conversion with integrated catalyst recycling yielding valuable aromatics and fuels. Nature catalysis. 1, 82-92 (2018).
  26. Lancefield, C. S., Ojo, O. S., Tran, F., Westwood, N. J. Isolation of Functionalized Phenolic Monomers through Selective Oxidation and C-O Bond Cleavage of the β-O-4 Linkages in Lignin. Angewandte Chemie International Edition. 54 (1), 258-262 (2015).
  27. Rahimi, A., Ulbrich, A., Coon, J. J., Stahl, S. S. Formic-acid-induced depolymerization of oxidized lignin to aromatics. Nature. 515, 249-252 (2014).
  28. Bosque, I., Magallanes, G., Rigoulet, M., Kärkäs, M. D., Stephenson, C. R. J. Redox Catalysis Facilitates Lignin Depolymerization. ACS Central Science. 3 (6), 621-628 (2017).
  29. Sette, M., Wechselberger, R., Crestini, C. Elucidation of Lignin Structure by Quantitative 2D NMR. Chemistry – A European Journal. 17 (34), 9529-9535 (2011).

Tags

Keyword Extraction:LigninBeta-O-4 LinkageMild Ethanol ExtractionLignin ExtractionDepolymerization YieldLignocellulosic BiomassRecondensation ProcessesChar FormationDe-polymerization EfficiencyWalnut ShellsHammer CutterMicro Hammer CutterTolueneVacuum OvenZirconium Dioxide GrindingIsopropanolRotary Bowl Mill

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Zijlstra, D. S., de Santi, A., Oldenburger, B., de Vries, J., Barta, K., Deuss, P. J. Extraction of Lignin with High β-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield. J. Vis. Exp. (143), e58575, doi:10.3791/58575 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image