ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯМР 1Н СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ПРОДУКТОВ КИСЛОТНО-КАТАЛИЗИРУЕМОЙ КОНВЕРСИИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ БИОМАССЫ
УДК 661.728.892:537.635
Аннотация
С помощью ЯМР 1Н спектроскопии был изучен состав продуктов кислотно-катализируемой конверсии растительных материалов. В качестве кислотного катализатора использовалась CH3SO3H. Разработана методика количественного определения содержания таких соединений, как глюкоза, фурфурол, 5-гидроксиметилфурфурол, муравьиная, уксусная, гликолевая и левулиновая кислоты в реакционных смесях. Это осуществлялось на основе интегральных интенсивностей соответствующих сигналов в 1Н ЯМР спектрах с использованием CH3SO3H как внутреннего стандарта. В качестве исходных растительных материалов для кислотно-катализируемой конверсии были выбраны образцы древесины березы, дуба и сосны, а также сельскохозяйственные отходы. Гидролиз проводился в 3.5% растворе метансульфоновой кислоты в D2O при температурах от 120 °C до 160 °С в запаянных стеклянных ампулах. Использование D2O позволило проводить ЯМР исследования продуктов реакций без дополнительной пробоподготовки. Полученные на основании 1H ЯМР спектров результаты показали, что соотношение продуктов гидролиза зависит от соотношения целлюлозы и гемицеллюлозы в исходном сырье. При проведении процесса кислотно-катализируемой конверсии при различных температурах (120, 140 и 160 °C) было изучено влияние температуры на состав и выход продуктов реакций. Выявлено, что с повышением температуры количество моносахаридов уменьшается, в то время как выход муравьиной и уксусной кислот увеличивается. При этом максимальный выход левулиновой кислоты и фурфурола наблюдается при температуре 140 °C. Эти данные подчеркивают влияние температурных условий на эффективность процесса для оптимизации получения желаемых продуктов, что может иметь важное значение для дальнейших исследований в области конверсии растительных материалов в полезные химические вещества.
Скачивания
Metrics
Литература
Corma A., Iborra S., Velty A. Chemical Reviews, 2007, vol. 107, pp. 2411–2502. https://doi.org/10.1021/cr050989d.
Singh N., Singhania R.R., Nigam P.S., Dong C.-D., Patel A.K., Puri M. Bioresource Technology, 2022, vol. 344B, 126415. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126415.
Alonso D.M., Bond J.Q., Dumesic J.A. Green Chemistry, 2010, vol. 12, pp. 1493–1513. https://doi.org/10.1039/C004654J.
Khemthong P., Yimsukanan C., Narkkun T., Srifa A., Witoon T., Pongchaiphol S., Kiatphuengporn S., Faungnawakij K. Biomass and Bioenergy, 2021, vol. 148, 106033. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2021.106033.
Pattnaik F., Tripathi S., Patra B., Nanda S., Kumar V., Dalai A., Naik S. Environmental Chemistry Letters, 2021, vol. 19, no 6, pp. 4119–4137. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01284-x.
Cousin E., Namhaed K., Pérès Y., Cognet P., Delmas M., Hermansyah H., Gozan M., Alaba P.A., Aroua M.K. Sci-ence of The Total Environment, 2022, vol. 847, 157599. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157599.
Murzin D., Holmbom B. Catalysis for the Conversion of Biomass and Its Derivatives. Berlin, 2013, pp. 183–211. https://doi.org/10.1201/b18526-5.
Davies S.M., Linforth R.S., Wilkinson S.J., Katherine A.S., David J.C. Biotechnol Biofuels, 2011, vol. 4, 28. https://doi.org/10.1186/1754-6834-4-28.
Rackemann D.W., Bartley J.P., Doherty W.O.S. Industrial Crops and Products, 2014, vol. 52, pp. 46–57. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.10.026.
Altaner C.M., Saake B. Cellulose, 2016, vol. 23, pp. 1003–1010. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0841-6.
Efremov A.A., Pervyshina G.G., Kuznetsov B.N. Khimiya prirodnykh soyedineniy, 1998, no. 2, pp. 226–230. (in Russ.).
Boltovskiy V.S. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2014, no. 2, pp. 5–12. https://doi.org/10.14258/jcprm.1402005. (in Russ.).
Girisuta B., Dussan K., Haverty D., Leahy J.J., Hayes M.H.B. Chemical Engineering Journal, 2013, vol. 217, pp. 61–70. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.11.094.
Kostryukov S.G., Malov N.A., Masterova Yu.Yu., Matyakubov Kh.B., Konushkin I.A., Savrasov K.V., Pynen-kov A.A., Khluchina N.A. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2023, vol. 49, no. 7, pp. 1628–1635. https://doi.org/10.1134/s106816202307083x.
Kostryukov S.G., Mat'yakubov Kh.B., Masterova Yu.Yu., Kozlov A.Sh., Pryanichnikova M.K., Pynenkov A.A., Khluchina N.A. Zhurnal analiticheskoy khimii, 2023, vol. 78, no. 6, pp. 496–506. https://doi.org/10.31857/S0044450223040102. (in Russ.); (Kostryukov S.G., Matyakubov H.B., Masterova Yu.Yu., Kozlov A.Sh., Pryanichnikova M.K., Pynenkov A.A., Khluchina N.A. Journal of Analytical Chemistry. 2023, vol. 78, no. 6, pp. 718–727. https://doi.org/10.1134/s1061934823040093).
Liu S., Zhu Y., Liao Y., Wang H., Liu Q., Ma L., Wang C. Applications in Energy and Combustion Science, 2022, vol. 10, 100062. https://doi.org/10.1016/j.jaecs.2022.100062.
Copyright (c) 2025 Химия растительного сырья
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
