Гамма-валеролактон - Gamma-Valerolactone

гамма-Валеролактон[1]
Скелетная формула γ-валеролактона
Шаровидная модель молекулы γ-валеролактона
Имена
Название ИЮПАК
5-Метилоксолан-2-он
Другие имена
  • 5-Метилдигидрофуран-2 (3H) -он,
  • 4-пентанолид,
  • 4-валеролактон,
  • 4-пенталактон,
  • Лактон 4-гидроксипентановой кислоты
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.003.245 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
Характеристики
C5ЧАС8О2
Молярная масса100.116
Внешностьбесцветная жидкость
Плотность1,0546 г / мл (20 ° С) [2]
Температура плавления -31 ° С (-24 ° F, 242 К)
Точка кипения 205 ° С (401 ° F, 478 К) [2]
> = 100 мг / мл
1,4333 (20 ° С) [2]
Термохимия
-461,3 кДж · моль−1
-2649,6 кДж · моль−1
Опасности
R-фразы (устарело)R36, R37, R38
S-фразы (устарело)(S2), S46
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгорания 81 ° С (178 ° F, 354 К)
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

γ-валеролактон (GVL) является органическое соединение с формула C5ЧАС8О2. Эта бесцветная жидкость - одна из самых распространенных лактоны. GVL является хиральной, но обычно используется в качестве рацемат. Он легко получается из целлюлозной биомассы и является потенциальным топливом и зеленый растворитель.

GVL ведет себя как пролекарство к γ-гидроксивалериановая кислота (GHV), а препарат, средство, медикамент с аналогичными эффектами γ-гидроксимасляная кислота (GHB), хотя и с меньшей эффективностью по сравнению.[3] Поскольку GHB контролируется во многих частях мира, а GVL - нет, GVL приобрел популярность как легальный заменитель GHB.[3][4]

Синтез

ГВЛ производится из левулиновая кислота, который получается из гексозы. В типичном процессе целлюлозный биомассы, например, кукурузная солома, опилок или древесина, гидролизуется в глюкоза и другие сахара с использованием кислотные катализаторы. Полученную глюкозу затем можно обезвоживать с помощью гидроксиметилфурфурол уступить муравьиная кислота и левулиновая кислота, который циклически переходит в промежуточный ненасыщенные кольцевые соединения, который затем может быть гидрогенизированный к гамма-валеролактон, который имеет потенциальное применение в качестве жидкого топлива.[5]

Циклизация левулиновой кислоты.svg

Возможные приложения

GVL был идентифицирован как потенциальный зеленый растворитель. Из-за своего травяного запаха он используется в парфюмерной и ароматической промышленности.[6] Это структурный изомер δ-валеролактон.

Возможное топливо

Поскольку его легко получить из глюкозы, GVL уже давно считается потенциальным «зеленым топливом».[7] GVL сохраняет 97% энергии глюкозы и может сам смешиваться с бензином, где он работает примерно так же, как этиловый спирт / бензиновые смеси.[8][9] Однако из-за пределов смешивания для использования в обычных двигателях внутреннего сгорания может быть более эффективным преобразование GVL в жидкость. алкены (или же алканы ). Первым шагом в этом процессе является раскрытие кольца GVL с образованием смеси пентеновых кислот. Эти кислоты затем могут быть декарбоксилированный производить бутен и CO2. Эти преобразования могут быть выполнены с помощью цеолит катализаторы.[10] После обезвоживания этого потока продукты можно олигомеризованный при повышенных давлениях в присутствии обычного кислотного катализатора для получения алкенов с более высоким молекулярная масса, предназначенный для бензина и других видов топлива.[11]

Одно из главных преимуществ, позволяющее ГВЛ быть практичным биотопливо в том, что его производство относительно недорогое. Используя дешевый сырье, это биотопливо можно производить по цене от 2 до 3 долларов США за галлон.[8] Для преобразования ГВЛ в алкены, способные к транспортному топливу, требуется только система, содержащая два проточных реактора, два фазовых сепаратора и простое насосное устройство для подачи водного сырья ГВЛ. Поскольку использование драгоценный металл катализаторы не требуются, это также снижает общую стоимость производства топлива.[10]

Возможное производство топлива из биомассы

Помимо своей ценности в качестве потенциального топлива, гамма-валеролактон показал себя многообещающим при термокаталитическом производстве растворимых углеводов из кукурузы в лабораторных условиях. Stover и древесина с высокими урожаями. Биомасса реагирует в смеси растворителей, состоящей из воды, разбавленной серной кислоты и гамма-валеролактона, который сам является производным биомассы. Гамма-валеролактон способствует термокаталитическому гидролизу до моносахаридов за счет полной солюбилизации сырья, включая лигнины. Сахаридные продукты могут быть извлечены из лактона в водный раствор путем добавления соли или жидкого диоксида углерода в качестве антирастворителя. Продукт можно использовать в качестве сырья для получения фуранов или этанола с высоким выходом, в то время как гамма-валеролактон возвращается в каталитический цикл.[12]

Изготовление мембран

Гамма-валеролактон был изучен и продемонстрировал потенциал для приготовления растворов допинга для изготовления полимерных мембран. Из-за токсичности традиционных растворителей в последние годы исследовались зеленые растворители.[13] Благодаря своему экологически чистому профилю, гамма-валеролактон показал возможность изготовления полисульфоновых мембран в качестве сорастворителя.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Национальная токсикологическая программа NIH
  2. ^ а б c Бэрд, Захария Стивен; Ууси-Кыны, Петри; Покки, Джуха-Пекка; Педегерт, Эмили; Alopaeus, Ville (6 ноя 2019). «Давление паров, плотности и параметры PC-SAFT для 11 биологических соединений». Международный журнал теплофизики. 40 (11): 102. Дои:10.1007 / s10765-019-2570-9.
  3. ^ а б Андресен-Штрайхерт Х., Юнген Х., Гель А, Мюллер А, Иверсен-Бергманн С (2013). «Поглощение гамма-валеролактона - обнаружение гамма-гидроксивалериановой кислоты в образцах мочи человека». J анальный токсикол. 37 (4): 250–4. Дои:10.1093 / jat / bkt013. PMID  23486087.
  4. ^ Фред Смит (31 декабря 2004 г.). Справочник судебно-медицинской экспертизы наркотиков. Академическая пресса. С. 462–. ISBN  978-0-08-047289-8.
  5. ^ Хубер, Джордж В .; Иборра, Сара; Корма, Авелино (2006). «Синтез транспортного топлива из биомассы: химия, катализаторы и инженерия». Химические обзоры. 106 (9): 4044–4098. Дои:10.1021 / cr068360d. PMID  16967928.
  6. ^ GoodScentsCompany.com
  7. ^ Huber, G.W .; Корма, Авелино (2007). «Синергия между био- и нефтеперерабатывающими заводами для производства топлива из биомассы». Angewandte Chemie International Edition. 46 (38): 7184–7201. Дои:10.1002 / anie.200604504. PMID  17610226.
  8. ^ а б Сэвидж, Нил (2011). «Варианты топлива: идеальное биотопливо». Природа. 474 (7352): S9 – S11. Дои:10.1038 / 474S09a. PMID  21697843.
  9. ^ Хорват, И. Т .; Mehdi, H .; Fábos, V .; Бода, Л .; Мика, Л. Т. (2008). «γ-Валеролактон - устойчивая жидкость для производства энергии и химических веществ на основе углерода». Зеленая химия. 10 (2): 238–242. Дои:10.1039 / b712863k.
  10. ^ а б Бонд, Джесси К .; Алонсо, Дэвид Мартин; Ван, Донг; West, Ryan M .; Думесик, Джеймс А. (2010). «Комплексное каталитическое превращение γ-валеролактона в жидкие алкены для транспортного топлива». Наука. 327 (5969): 1110–1114. Дои:10.1126 / science.1184362. PMID  20185721. S2CID  41894655.
  11. ^ Mantilla, A .; и другие. (2005). «Олигомеризация изобутена на сульфатированном диоксиде титана: влияние условий реакции на селективность». Катализ сегодня. 107–108: 707–712. Дои:10.1016 / j.cattod.2005.07.153.
  12. ^ Luterbacher, Jeremy S .; Rand, Jacqueline M .; Дэйвид; Алонсо, Мартин; Хан, Джихун; Янгквист, Дж. Тайлер; Maravelias, Christos T .; Пфлегер, Брайан Ф .; Dumesic, Джеймс А .; и другие. (2014). «Производство неферментативного сахара из биомассы с использованием гамма-валеролактона, полученного из биомассы». Наука. 343 (6168): 277–280. Дои:10.1126 / science.1246748. PMID  24436415. S2CID  206552724.
  13. ^ Фиголи, А .; Марино, Т .; Simone, S .; Di Nicolò, E .; Li, X.-M .; Он, Т .; Торнаги, С .; Дриоли, Э. (3 июля 2014 г.). «К нетоксичным растворителям для приготовления мембран: обзор». Зеленая химия. 16 (9): 4034. Дои:10.1039 / c4gc00613e. ISSN  1463-9262.
  14. ^ Дун, Сяобо; Shannon, Halle D .; Эскобар, Изабель К. (январь 2018 г.), «Исследование PolarClean и гамма-валеролактона в качестве растворителей для изготовления полисульфоновых мембран», Химия зеленых полимеров: новые продукты, процессы и приложения, Американское химическое общество, стр. 385–403, Дои:10.1021 / bk-2018-1310.ch024, ISBN  978-0841233898

внешняя ссылка

Общая информация по безопасности