Левоглюкозенон - Levoglucosenone

Левоглюкозенон
Levoglucosenone.svg
Имена
Название ИЮПАК
(1S,5р) -6,8-Диоксабицикло [3.2.1] окт-2-ен-4-он
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
UNII
Характеристики
C6ЧАС6О3
Молярная масса126.111 г · моль−1
Плотность1,304 г / см3 (20 ° С) [1]
Точка кипения 231 ° С; 448 ° F; 504 К [1]
Давление газа6,2 Па (25 ° C) [1]
1,5065 (20 ° С)[1]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Левоглюкозенон мостиковый ненасыщенный гетероциклический кетон сформированный из левоглюкозан потерей двух молекул воды. Это основной компонент, образующийся при кислотном катализе. пиролиз из целлюлоза, D-глюкоза и левоглюкозан.[2]

История

Это соединение было впервые идентифицировано в 1970 году как продукт термическое разложение целлюлозы.[3]

Производство

Пиролиз целлюлозы с образованием левоглюкозенона

Первичный способ получения левоглюкозенона - пиролиз углеводы, особенно целлюлоза. Левоглюкозенон может быть получен из биомассы или других целлюлозных материалов, включая бытовую / коммерческую макулатуру. Доступность нескольких источников является ключевым преимуществом по сравнению с другими химическими веществами платформы, которые получают исключительно из биомассы.

Когда целлюлоза в тетрагидрофуран нагревается до 210 ° C с низкой концентрацией серная кислота в автоклав, до 51% левоглюкозенона можно получить путем пиролиза с помощью растворителя.[4] В оптимизированных лабораторных условиях можно достичь выхода левоглюкозенона до 95%.[5]

Селективность можно улучшить, используя кислотный катализатор, такой как фосфорная кислота. Цеолиты и твердый суперкислоты также можно использовать, а также ионные жидкости. Образец микрокристаллической целлюлозы сначала предварительно обрабатывают каталитическими количествами кислоты, такой как фосфорная кислота, а затем нагревают до 270-300 ° C, обеспечивая Биомасло. Наряду с левоглюкозеноном в качестве основного продукта, 2-фурфуролдегид также образуется в значительных количествах в виде примеси 5-10%. Бионефть можно подвергнуть вакуумной перегонке с получением очищенного левоглюкозенона.[6]

Было обнаружено, что использование полярных апротонных растворителей, таких как ТГФ, γ-валеролактон и сульфолан, улучшает пиролитические выходы, так как растворители вызывают набухание целлюлозы и ингибируют повторную полимеризацию до левоглюкозана. Эти растворители также способствуют каталитической дегидратации левоглюкозана до левоглюкозенона.[7]

Для получения левоглюкозенона также можно использовать микроволновое облучение микрокристаллической целлюлозы.[8]

Каталитическое гидрирование LGO

Целлюлозосодержащие отходы биоперерабатывающих заводов также могут быть преобразованы в 6-8% LGO под воздействием микроволнового излучения в дополнение к обычным продуктам разложения, таким как гидроксиметилфурфурол HMF, муравьиная кислота, формальдегид, CO2 и вода.[9]

Использует

Как высоко функционализированное хиральное соединение, левоглюкозенон используется в качестве строительного блока в органическом синтезе для получения широкого спектра природных и неприродных соединений.[10] Недавно австралийская компания Circa разработала технологию Furacell ™, непрерывный процесс для преобразования широкого диапазона целлюлозной биомассы в левоглюкозенон. С тех пор левоглюкозенон считается многообещающей био-возобновляемой платформой для производства товарных химикатов, что особенно интересно благодаря новому пониманию, предоставленному Хубером и его сотрудниками о том, как превратить эту молекулу в α, ω-диолы, мономеры для производство полиэфиров и полиуретанов.[11]

В настоящее время все внимание уделяется использованию гетерогенных катализаторов для получения продуктов гидрирования и гидрогенолиза. В этом смысле Pd, нанесенный на углерод, оксид алюминия и оксид кремния-оксид алюминия, может использоваться для получения различных продуктов путем гидрирования (например, дигидролевоглюкозенона и левоглюкозанола) и гидрогенолиза (например, тетрагидрофурандиметанола (THFDM) и 1,6-гександиола), настраивая селективность за счет простого изменения условий реакции.[12] Совсем недавно Pd и Pt, нанесенные на оксид циркония, оказались эффективными катализаторами для получения либо дигидролевоглюкозенона, либо левоглюкозанола, соответственно, в мягких условиях реакции, используя различную селективность этих металлов в отношении гидрирования определенных функциональных свойств.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Бэрд, Захария Стивен; Ууси-Кыны, Петри; Покки, Юха-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.
  2. ^ Halpern, Y .; Riffer, R .; Броидо, А. (1973). «Левоглюкозенон (1,6-ангидро-3,4-дидезокси-.DELTA.3-β-D-пиранозен-2-он). Основной продукт катализируемого кислотой пиролиза целлюлозы и родственных углеводов». Журнал органической химии. 38 (2): 204–209. Дои:10.1021 / jo00942a005. ISSN  0022-3263.
  3. ^ Цучия, Йошио; Суми, Кикуо (1970). «Продукты термического разложения целлюлозы». Журнал прикладной науки о полимерах. 14 (8): 2003–2013. Дои:10.1002 / app.1970.070140808. ISSN  0021-8995.
  4. ^ Хубер, Джордж В .; Dumesic, Джеймс А .; Кришна, Сиддарт Х .; McClelland, Daniel J .; Шварц, Томас Дж .; Цао, Фэй (2015-06-03). «Дегидратация целлюлозы до левоглюкозенона с использованием полярных апротонных растворителей». Энергетика и экология. 8 (6): 1808–1815. Дои:10.1039 / C5EE00353A. ISSN  1754-5706.
  5. ^ Метод селективного получения эвоглюкозенона (LGO) и других ангидросахаров из биомассы в полярных апротонных растворителях, 2014-12-31, получено 2019-01-31
  6. ^ Комба, Мария Б .; Цай И-сюань; Саротти, Ариэль М .; Mangione, Мария I .; Суарес, Alejandra G .; Спаневелло, Роландо А. (19 декабря 2017 г.). «Левоглюкозенон и его новые применения: повышение ценности остатков целлюлозы». Европейский журнал органической химии. 2018 (5): 590–604. Дои:10.1002 / ejoc.201701227. ISSN  1434–193X.
  7. ^ Кудо, Синдзи; Гото, Нозоми; Сперри, Джонатан; Норинага, Койо; Хаяси, Дзюн-ичиро (21 декабря 2016 г.). «Производство левоглюкозенона и дигидролевоглюкозенона каталитическим риформингом летучих веществ при пиролизе целлюлозы с использованием жидкой фазы на носителе». ACS Устойчивая химия и инженерия. 5 (1): 1132–1140. Дои:10.1021 / acssuschemeng.6b02463. ISSN  2168-0485.
  8. ^ Саротти, Ариэль М .; Spanevello, Rolando A .; Суарес, Алехандра Г. (2007). «Эффективное зеленое преобразование целлюлозы в левоглюкозенон с помощью микроволнового излучения. Преимущества использования экспериментального подхода к дизайну». Зеленая химия. 9 (10): 1137. Дои:10.1039 / b703690f. ISSN  1463-9262.
  9. ^ Clark, J. H .; McQueen-Mason, S.J .; Ravernity, W. D .; Фармер, Т. Дж .; Simister, R .; Gomez, L.D .; Macquarrie, D. J .; Бударин, В.Л .; Фан, J. (2016-08-02). «Новые перспективы в биоочистке: левоглюкозенон и более чистый лигнин из отходов биопереработки, гидролизный лигнин путем селективного преобразования остаточных сахаридов». Энергетика и экология. 9 (8): 2571–2574. Дои:10.1039 / C6EE01352J. ISSN  1754-5706.
  10. ^ Саротти, Ариэль М .; Занарди, Мария М .; Spanevello, Rolando A .; Суарес, Алехандра Г. (01.11.2012). «Недавние применения левоглюкозенона в качестве хирального синтона». Текущий органический синтез. 9 (4): 439–459. Дои:10.2174/157017912802651401.
  11. ^ Хубер, Джордж В .; Dumesic, Джеймс А .; Германс, Айв; Maravelias, Christos T .; Banholzer, Williams F .; Уокер, Теодор; Берт, Сэмюэл П .; Brentzel, Zachary J .; Алонсо, Дэвид М. (20.09.2017). «Новые каталитические стратегии для производства α, ω-диолов из лигноцеллюлозной биомассы». Фарадеевские дискуссии. 202: 247–267. Дои:10.1039 / C7FD00036G. ISSN  1364-5498. PMID  28678237.
  12. ^ Кришна, Сиддарт Х .; McClelland, Daniel J .; Rashke, Quinn A .; Dumesic, Джеймс А .; Хубер, Джордж У. (12 декабря 2016 г.). «Гидрирование левоглюкозенона до возобновляемых химикатов». Зеленая химия. 19 (5): 1278–1285. Дои:10.1039 / C6GC03028A. OSTI  1477850.
  13. ^ Мазарио, Хайме; Парреньо Ромеро, Мириам; Консепсьон, Патрисия; Чавес-Сифонтес, Марвин; Spanevello, Rolando A .; Комба, Мария Б .; Суарес, Alejandra G .; Домине, Марсело Э. (26.07.2019). «Настройка металлических катализаторов на диоксиде циркония для селективного одностадийного гидрирования левоглюкозенона». Зеленая химия. 21 (17): 4769–4785. Дои:10.1039 / C9GC01857C. HDL:11336/108039. ISSN  1463-9270.