Dihydrolevoglucosenon - Dihydrolevoglucosenone

Dihydrolevoglucosenon
Dihydrolevoglucosenone.svg
Jména
Název IUPAC
(1R) -7,8-dioxabicyklo [3.2.1] oktan-2-on
Ostatní jména
Cyrene
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA100.234.612 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 807-130-4
Vlastnosti
C6H8Ó3
Molární hmotnost128.127 g · mol−1
Vzhledčirá až nažloutlá kapalina
Hustota1,2508 g / cm3 (20 ° C) [1]
Bod varu 226 ° C (439 ° F; 499 K) [1]
mísitelný
Tlak páry14,4 Pa (25 ° C) [1]
1,4732 (20 ° C) [1]
Nebezpečí[2]
Piktogramy GHSGHS07: Zdraví škodlivý
Signální slovo GHSVarování
H319
P305 + 351 + 338, P313
Bod vzplanutí 108 ° C (226 ° F; 381 K)
296 ° C (565 ° F; 569 K)
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Dihydrolevoglucosenon je bicyklické, chirální, sedmičlenný heterocyklický cykloalkanon, který je biologicky založený a plně biologicky odbouratelný aprotický dipolární solventní.[3][4][5] Je to bezpečnější a „zelenější“ alternativa k toxickým organickým rozpouštědlům, jako jsou dimethylformamid (DMF) a N-methyl-2-pyrrolidon (NMP).[6]

Příprava

Kyselá pyrolýza celulózy za vzniku levoglukosenonu (LGO)

Dihydrolevoglukosenon lze připravit hydrogenací nenasyceného ketonu levoglukosenon (LGO) s heterogenní palladium katalyzátory za mírných podmínek.[7][8] LGO je chemický stavební blok získaný kyselinou katalyzovanou pyrolýza[9] z lignocelulózová biomasa jako je dřevní odpad nebo piliny.

Vlastnosti

Dihydrolevoglukosenon je čirá bezbarvá až světle žlutá kapalina s jemným kouřovým zápachem podobným ketonu.[10] Je mísitelný s vodou a mnoha organickými rozpouštědly.[10] Dihydrolevoglukosenon má teplotu varu 226 ° C při 101,325 kPa (proti 202 ° C pro NMP) a tlak par 14,4 Pa poblíž teploty místnosti (25 ° C).[1] Má poměrně vysokou dynamickou viskozitu 14,5 cP (pro srovnání DMF: 0,92 cP při 20 ° C, NMP: 1,67 cP při 25 ° C).[11]

Sloučenina je stabilní při teplotách do 195 ° C a slabých kyselinách a zásadách.[Citace je zapotřebí ] Dihydrolevoglukosenon může reagovat s anorganickými bázemi prostřednictvím kondenzace aldolu mechanismus.[Citace je zapotřebí ] Dihydrolevoglukosenon je snadno biologicky odbouratelný (99% do 14 dnů) a reaguje na oxidanty, jako je vodný 30% peroxid vodíku roztok i při pokojové teplotě.[Citace je zapotřebí ]

Aplikace

Hydrogenace LGO zu tetrahydrofuran-2,5-dimethanolu

Dihydroglukosenon jako prekurzor

Tvorba hydroxymethyl-butyrolaktonu

Dihydrolevoglukosenon lze použít jako biologický základ stavebním kamenem vyrábět řadu hodnotnějších chemikálií, jako jsou léky, příchutě a vůně a speciální výrobky polymery.[7]

Oxidace dihydrolevoglukosenonu s perkyseliny jako kyselina peroctová v octová kyselina vyrábí opticky čistý 5-hydroxymethyldihydrofuranon [(S) - (+) - 4-hydroxymethyl-y-butyrolakton],[12] z nichž zalcitabin (2'-3'-dideoxycytidin, ddC), dříve lék na HIV, je k dispozici.[13]

Ve dvoukrokovém hydrogenačním procesu s kovovým katalyzátorem - nejprve při 60 ° C, poté při 180 ° C - 1,6-hexandiol se získává hlavně prostřednictvím několika meziproduktů.[14] 1,6-hexandiol může být použit jako výchozí materiál pro výrobu polyestery, polyurethany a diamin 1,6-diaminohexan.

Při zvýšené teplotě a v přítomnosti palladiového katalyzátoru hydrogenolýza dihydrolevoglukosenonu prostřednictvím levoglukosanolu se selektivně získá tetrahydrofuran-2,5-dimethanol (THF-dimethanol),[7] což je biologicky odbouratelné rozpouštědlo a biologický prekurzor 1,6-hexandiol (a 1,6-diaminohexan).[15]

Dihydroglukosenon jako polární rozpouštědlo

Tvorba močovin v dihydrolevoglukosenonu jako rozpouštědle

Hledání alternativních „zelených“ rozpouštědel vyrobených z biomasy nebo levných obnovitelných surovin, která jsou přístupná vysoce účinnými procesy, ve vysokých výtěžcích a splňují výkon konvenčních rozpouštědel,[16] spustila intenzivní výzkumné činnosti v průmyslu a akademické sféře po celém světě.

Dihydrolevoglukosenon je považován za kandidáta jako „zelené“ aprotické dipolární rozpouštědlo.[4] Několik standardních reakcí organické chemie, např. Menshutkinova reakce,[4] Sonogashira spojka,[17] Spojka Suzuki-Miyaura,[18] nebo syntéza organických močovin[19] byly provedeny v dihydroglukosenonu.

Výroba

Circa Group vyrábí dihydrolevoglukosenon z celulózy pod značkou Cyrene a vybudovala 50tunový demonstrační závod s partnery v Tasmánii. Společnost odhaduje, že dihydroglukosenon funguje lépe než NMP ve 45% a srovnatelně s NMP ve 20% dosud provedených studií. Společnost Circa obdržela v roce 2018 povolení od Evropská agentura pro chemické látky (ECHA) vyrábět nebo dovážet do 100 tun dihydroglukosenonu ročně do EU.[20]

Literatura

  • DS van Es: Studium alternativních (biologických) polárních aprotických rozpouštědel. Wageningen University, Wageningen 2017 (wur.nl [PDF]).
  • JH Clark, A. Hunt, C. Topi, G. Paggiola, J. Sherwood: Udržitelná rozpouštědla: Perspektivy z výzkumné, obchodní a institucionální politiky . Royal Society of Chemistry, London 2017, ISBN  978-1-78262-335-9 .

Reference

  1. ^ A b C d E Baird, Zachariah Steven; Uusi-Kyyny, Petri; Pokki, Juha-Pekka; Pedegert, Emilie; Alopaeus, Ville (6. listopadu 2019). „Tlak par, hustoty a parametry PC-SAFT pro 11 biosloučenin“. International Journal of Thermophysics. 40 (11): 102. Bibcode:2019IJT .... 40..102B. doi:10.1007 / s10765-019-2570-9.
  2. ^ Circa Group (23. ledna 2017). „Bezpečnostní list“ (PDF).
  3. ^ "Stručná a účinná syntéza E-stereoizomerů exo-cyklických sacharidových enonů. Aldolová kondenzace dihydrolevoglukosenonu s pětičlennými aromatickými aldehydy1, část 1. - PubAg". pubag.nal.usda.gov. NÁS: Americká národní zemědělská knihovna, USA.gov. Citováno 2019-01-31.
  4. ^ A b C Sherwood, James; De bruyn, Mario; Constantinou, Andri; Moity, Laurianne; McElroy, C. Rob; Farmer, Thomas J .; Duncan, Tony; Raverty, Warwick; Hunt, Andrew J. (04.09.2014). „Dihydrolevoglucosenon (Cyrene) jako biologická alternativa pro dipolární aprotická rozpouštědla“. Chem. Commun. 50 (68): 9650–9652. doi:10.1039 / c4cc04133j. PMID  25007289.
  5. ^ „(1S, 5R) -6,8-dioxabicyklo [3.2.1] oktan-4-on - registrační dokumentace - ECHA“. echa.europa.eu. Evropská agentura pro chemické látky, Europa (webový portál). Citováno 2019-01-31.
  6. ^ Clark, James H .; Hunt, Andrew J .; Raverty, Warwick; Duncan, Tony; Farmer, Thomas J .; McElroy, C. Rob; Moity, Laurianne; Constantinou, Andri; Bruyn, Mario De (2014-07-29). „Dihydrolevoglucosenone (Cyrene) jako biologická alternativa pro dipolární aprotická rozpouštědla“. Chemická komunikace. 50 (68): 9650–9652. doi:10.1039 / C4CC04133J. ISSN  1364-548X. PMID  25007289.
  7. ^ A b C Huber, George W .; Dumesic, James A .; Rashke, Quinn A .; McClelland, Daniel J .; Krishna, Siddarth H. (03.03.2017). „Hydrogenace levoglukosenonu na obnovitelné chemikálie“. Zelená chemie. 19 (5): 1278–1285. doi:10.1039 / C6GC03028A. ISSN  1463-9270. OSTI  1477850.
  8. ^ Mazarío, Jaime; Parreño Romero, Míriam; Concepción, Patricia; Chávez-Sifontes, Marvin; Spanevello, Rolando A .; Comba, María B .; Suárez, Alejandra G .; Domine, Marcelo E. (2019-07-26). „Ladění kovových katalyzátorů na bázi zirkonia pro selektivní jednostupňovou hydrogenaci levoglukosenonu“. Zelená chemie. 21 (17): 4769–4785. doi:10.1039 / C9GC01857C. hdl:11336/108039. ISSN  1463-9270.
  9. ^ Trahanovský; et al. (5. prosince 2002). „Pohodlný postup pro přípravu levoglukosenonu a jeho přeměny na nové chirální deriváty“. Sacharidové synthony v chemii přírodních produktů. Série sympozia ACS. 841. 21–31. doi:10.1021 / bk-2003-0841.ch002. ISBN  978-0-8412-3740-7.
  10. ^ A b "Datový list circa" (PDF). Archivováno (PDF) z původního dne 2018-01-09.
  11. ^ Shuttleworth, P. S .; Clark, J. H .; Ellis, G. J .; Budarin, V. L .; Bruyn, M. De; Sherwood, J .; Salavagione, H. J. (06.06.2017). „Identifikace vysoce výkonných rozpouštědel pro udržitelné zpracování grafenu“ (PDF). Zelená chemie. 19 (11): 2550–2560. doi:10.1039 / C7GC00112F. ISSN  1463-9270.
  12. ^ Způsob výroby (S) -4-hydroxymethyl-y-laktonu, 1990-09-17, vyvoláno 2019-01-31
  13. ^ Okabe, Masami; Sun, Ruen Chu; Tam, Steve Y. K .; Todaro, Louis J .; Coffen, David L. (01.05.2002). „Syntéza dideoxynukleosidů„ ddC “a„ CNT “z kyseliny glutamové, ribonolaktonu a pyrimidinu.“. The Journal of Organic Chemistry. 53 (20): 4780–4786. doi:10.1021 / jo00255a021.
  14. ^ Způsob přípravy 1,6-hexandiolu, 2013-04-25, vyvoláno 2019-01-31
  15. ^ Huber, George W .; Dumesic, James A .; Hermans, Ive; Maravelias, Christos T .; Banholzer, Williams F .; Walker, Theodore; Burt, Samuel P .; Brentzel, Zachary J .; Alonso, David M. (2017-09-20). "Nové katalytické strategie pro produkci α, ω-diolů z lignocelulózové biomasy". Faradayovy diskuse. 202: 247–267. Bibcode:2017FaDi..202..247H. doi:10.1039 / C7FD00036G. ISSN  1364-5498. PMID  28678237. S2CID  39560658.
  16. ^ Byrne, Fergal P .; Jin, Saimeng; Paggiola, Giulia; Petchey, Tabitha H. M .; Clark, James H .; Farmer, Thomas J .; Hunt, Andrew J .; Robert McElroy, C .; Sherwood, James (2016-05-23). „Nástroje a techniky pro výběr rozpouštědel: zelená průvodci výběrem rozpouštědel“. Udržitelné chemické procesy. 4 (1): 7. doi:10.1186 / s40508-016-0051-z. ISSN  2043-7129.
  17. ^ Watson, Allan J. B .; Jamieson, Craig; Greatrex, Ben; Murray, Jane; Kennedy, Alan R .; Wilson, Kirsty L. (08.09.2016). „Rozsah a omezení DMF bioalternativy v rámci Sonogashirovy křížové vazby a Cacchiho typu“. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 12 (1): 2005–2011. doi:10,3762 / bjoc.12.187. ISSN  1860-5397. PMC  5082449. PMID  27829904.
  18. ^ Watson, Allan J. B .; Jamieson, Craig; Murray, Jane; Wilson, Kirsty L. (11. 12. 2017). „Cyrene jako biologické rozpouštědlo pro křížové spojky Suzuki – Miyaura“. Synlett. 29 (5): 650–654. doi:10,1055 / s-0036-1589143. ISSN  0936-5214.
  19. ^ Camp, Jason E .; Bousfield, Thomas W .; Mapesa, Kopano; Mistry, Liam (08.05.2017). „Syntéza močovin v bio-alternativním rozpouštědle Cyrene“ (PDF). Zelená chemie. 19 (9): 2123–2128. doi:10.1039 / C7GC00908A. ISSN  1463-9270.
  20. ^ Gyekye, Liz. „Circa dostane od EU palec nahoru, aby prodala své biologické rozpouštědlo v bloku“. www.biobasedworldnews.com. Archivováno z původního dne 2019-01-05. Citováno 2019-01-31.