Новости химической науки > Новый способ мягкого расщепления целлюлозы

Исследователи из Германии использовали ионные жидкости и твердофазные катализаторы для мягкого расщепления целлюлозы, новая методика позволит приблизить способы простого превращения биомассы в топливо и исходные вещества для органического синтеза.

Изменение внешнего вида образцов целлюлозы, обрабатываемой в соответствии с новой методикой. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, DOI: 10.1002/anie.200802879)

β-1,4-Гликозидные связи между моносахаридными остатками в молекулах целлюлозы обуславливают волокнистое строение целлюлозных волокон, которые сложно разрушить как механическим, так и химическим способами. Это обстоятельство приводит к тому, что для разрушения целлюлозы приходится использовать жесткие условия – сильнокислую среду, высокое давление и температуры

Исследователи Института Угля Макса Планка в Мюльхейме (Германия) продемонстрировали, что коммерчески доступные кислотные смолы могут легко расщеплять целлюлозные цепи, предварительно растворенные в ионных жидкостях. После расщепления целлюлозы гетерогенные катализаторы могут быть отделены от реакционной смеси фильтрованием. Методика позволяет подвергать гидролизу как очищенную целлюлозу, так и целлюлозу в составе лигноцеллюлозного комплекса (основного компонента древесины).

Ферди Шут (Ferdi Schüth) для растворения целлюлозы использовал хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия (BMIMCl), после чего катализировал деградацию целлюлозы при 100°C коммерчески доступной ионообменной смолой (Amberlyst 15DRY), содержащей группы –SO₃H. В течение нескольких часов целлюлоза подверглась деполимеризации в существенной степени, образовав олигомеры и моносахариды.

Шут поясняет, что лучше всего остановить процесс на стадии образования олигомеров, поскольку растворимые в ионных жидкостях моносахариды впоследствии трудно выделять из реакционной смеси. Более длинные олигомеры, состоящие из десятков структурных звеньев, могут быть отделены от ионной жидкости просто за счет добавления воды. Шут предполагает, что для получения топлива или исходного сырья проще ферментировать уже именно эти олигомеры. Реакция отличается большой селективностью – за пять часов гидролиза образуются лишь следовые количества моносахаридов и продуктов их дегидратации (например, фурфураля), которые могут являться каталитическими ядами для ферментов.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, DOI: 10.1002/anie.200802879

метки статьи: #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров