Levoglucosenon - Levoglucosenone

Levoglucosenon
Levoglucosenone.svg
Jména
Název IUPAC
(1S,5R) -6,8-dioxabicyklo [3.2.1] okt-2-en-4-on
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
UNII
Vlastnosti
C6H6Ó3
Molární hmotnost126.111 g · mol−1
Hustota1,304 g / cm3 (20 ° C) [1]
Bod varu 231 ° C; 448 ° F; 504 K. [1]
Tlak páry6,2 Pa (25 ° C) [1]
1,5065 (20 ° C)[1]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Levoglucosenon je přemostěný, nenasycený heterocyklický keton vytvořen z levoglukosan ztrátou dvou molekul vody. Je to hlavní složka produkovaná při kyselině katalyzované pyrolýza z celulóza, D-glukóza a levoglukosan.[2]

Dějiny

Sloučenina byla poprvé identifikována v roce 1970 jako produkt tepelný rozklad z celulózy.[3]

Výroba

Pyrolýza celulózy za vzniku levoglucosenonu

Primárním způsobem získání levoglukosenonu je pyrolýza sacharidy, zejména celulóza. Levoglukosenon lze získat z biomasy nebo z jiných celulózových materiálů, včetně domácího / komerčního papírového odpadu. Dostupnost více zdrojů je klíčovou výhodou ve srovnání s jinými chemickými látkami na platformě, které se získávají výhradně z biomasy.

Když je celulóza v tetrahydrofuran se zahřívá na 210 ° C s nízkými koncentracemi kyselina sírová v autoklávu, až 51% levoglucosenonu lze získat pomocí pyrolýzy za pomoci rozpouštědla.[4] Za optimalizovaných laboratorních podmínek lze dosáhnout výtěžku až 95% levoglucosenonu.[5]

Selektivitu lze zlepšit použitím kyselého katalyzátoru, jako je např kyselina fosforečná. Zeolity a pevné superkyseliny lze také použít, stejně jako iontové kapaliny. Vzorek mikrokrystalické celulosy se nejprve předupraví katalytickým množstvím kyseliny, jako je kyselina fosforečná, a poté se zahřeje na 270 až 300 ° C, čímž se získá bioolej. Vedle levoglucosenonu jako hlavního produktu 2-furfuraldehyd se také tvoří ve významném množství jako nečistota při 5 až 10%. Bio-olej může být vakuově destilován, což vede k vyčištěnému levoglucosenonu.[6]

Bylo zjištěno, že použití polárních aprotických rozpouštědel, jako je THF, y-valerolakton a sulfolan, zlepšuje pyrolytické výtěžky, protože rozpouštědla způsobují bobtnání celulózy a inhibují repolymeraci zpět na levoglukosan. Tato rozpouštědla také podporují katalytickou dehydrataci levoglukosanu na levoglukosenon.[7]

K výrobě levoglucosenonu lze také použít mikrovlnné ozařování mikrokrystalické celulózy.[8]

Katalytická hydrogenace LGO

Odpad obsahující celulózu z biorafinérií lze také přeměnit na 6-8% LGO při mikrovlnném ozařování kromě obvyklých produktů rozkladu, jako jsou hydroxymethylfurfural HMF, kyselina mravenčí, formaldehyd, CO2 a voda.[9]

Použití

Jako vysoce funkcionalizovaná chirální sloučenina se levoglucosenon používá jako stavební kámen v organické syntéze k výrobě široké škály přírodních i nepřirozených sloučenin.[10] Nedávno australská společnost Circa vyvinula technologii Furacell ™, kontinuální proces převodu široké škály celulózové biomasy na levoglukosenon. Od té doby je levoglukosenon považován za slibnou biologicky obnovitelnou platformu pro výrobu komoditních chemikálií, přičemž je obzvláště zajímavý nový pohled poskytnutý společností Huber a spolupracovníky, jak přeměnit tuto molekulu na monomery α, ω-dioly pro výroba polyesterů a polyurethanů.[11]

V dnešní době je středem pozornosti použití heterogenních katalyzátorů k získání produktů odvozených od hydrogenace a hydrogenolýzy. V tomto smyslu lze Pd na uhlí, oxidu hlinitém a oxidu křemičitém-oxidu hlinitém použít k získání různých produktů hydrogenací (tj. Dihydrolevoglukosanon a levoglukosanol) a hydrogenolýzou (tj. Tetrahydrofurandimethanol (THFDM) a 1,6-hexandiol), laděním selektivitu jednoduše změnou reakčních podmínek.[12] V poslední době se Pd a Pt nanesené na oxidu zirkoničitém ukázaly jako účinné katalyzátory pro získání buď dihydrolevoglukosononu nebo levoglukosanolu za mírných reakčních podmínek s využitím rozdílné selektivity těchto kovů vůči hydrogenaci specifických funkčních znaků.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d 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. doi:10.1007 / s10765-019-2570-9.
  2. ^ Halpern, Y .; Riffer, R .; Broido, A. (1973). "Levoglukosenon (1,6-anhydro-3,4-dideoxy-A3-p-D-pyranosen-2-on). Hlavní produkt kyselinou katalyzované pyrolýzy celulózy a příbuzných sacharidů." The Journal of Organic Chemistry. 38 (2): 204–209. doi:10.1021 / jo00942a005. ISSN  0022-3263.
  3. ^ Tsuchiya, Yoshio; Sumi, Kikuo (1970). "Produkty tepelného rozkladu celulózy". Journal of Applied Polymer Science. 14 (8): 2003–2013. doi:10.1002 / app.1970.070140808. ISSN  0021-8995.
  4. ^ Huber, George W .; Dumesic, James A .; Krishna, Siddarth H .; McClelland, Daniel J .; Schwartz, Thomas J .; Cao, Fei (06.06.2015). „Dehydratace celulózy na levoglukosenon pomocí polárních aprotických rozpouštědel“. Energetika a věda o životním prostředí. 8 (6): 1808–1815. doi:10.1039 / C5EE00353A. ISSN  1754-5706.
  5. ^ Způsob selektivní přípravy evoglukosenonu (LGO) a dalších anhydrosacharů z biomasy v polárních aprotických rozpouštědlech, 2014-12-31, vyvoláno 2019-01-31
  6. ^ Comba, María B .; Tsai, Yi-hsuan; Sarotti, Ariel M .; Mangione, María I .; Suárez, Alejandra G .; Spanevello, Rolando A. (2017-12-19). „Levoglucosenon a jeho nové aplikace: valorizace zbytků celulózy“. European Journal of Organic Chemistry. 2018 (5): 590–604. doi:10.1002 / ejoc.201701227. ISSN  1434-193X.
  7. ^ Kudo, Shinji; Goto, Nozomi; Sperry, Jonathan; Norinaga, Koyo; Hayashi, Jun-ichiro (2016-12-21). "Produkce levoglucosenonu a dihydrolevoglucosenonu katalytickou reformou těkavých látek z pyrolýzy celulózy pomocí podporované iontové kapalné fáze". ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 5 (1): 1132–1140. doi:10.1021 / acssuschemeng.6b02463. ISSN  2168-0485.
  8. ^ Sarotti, Ariel M .; Spanevello, Rolando A .; Suárez, Alejandra G. (2007). „Účinná mikrovlnná zelená transformace celulózy na levoglukosenon. Výhody použití experimentálního konstrukčního přístupu“. Zelená chemie. 9 (10): 1137. doi:10.1039 / b703690f. ISSN  1463-9262.
  9. ^ Clark, J. H .; McQueen-Mason, S. J .; Raverty, W. D .; Farmer, T. J .; Simister, R .; Gomez, L. D .; Macquarrie, D. J .; Budarin, V. L .; Fan, J. (2016-08-02). „Nová perspektiva v biorafinaci: levoglukosenon a čistší lignin z odpadní biorefinační hydrolýzy ligninu selektivní přeměnou zbytkových sacharidů. Energetika a věda o životním prostředí. 9 (8): 2571–2574. doi:10.1039 / C6EE01352J. ISSN  1754-5706.
  10. ^ Sarotti, Ariel M .; Zanardi, María M .; Spanevello, Rolando A .; Suárez, Alejandra G. (01.11.2012). "Nedávné aplikace levoglukosenonu jako chirálního synthonu". Současná organická syntéza. 9 (4): 439–459. doi:10.2174/157017912802651401.
  11. ^ 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. doi:10.1039 / C7FD00036G. ISSN  1364-5498. PMID  28678237.
  12. ^ Krišna, Siddarth H .; McClelland, Daniel J .; Rashke, Quinn A .; Dumesic, James A .; Huber, George W. (12. 12. 2016). „Hydrogenace levoglukosenonu na obnovitelné chemikálie“. Zelená chemie. 19 (5): 1278–1285. doi:10.1039 / C6GC03028A. OSTI  1477850.
  13. ^ 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.