Кислотно-каталитические превращения углеводов в присутствии спиртов при умеренных температурах

• Автор: Черняк, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 121 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КИСЛОТНОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Гомогенный катализ

1.1.1. Интерконверсия и инверсия углеводов

1.1.2. Конверсия углеводов в 5гидроксиметилфурфурол и левулиновую кислоту

1.1.3. Конверсия растительных карбогидратов в промышленности

1.2. Гетерогенный катализ

1.3. Методы выделения левулиновой кислоты

1.4. Конверсия углеводов в присутствии органических экстрагентов

1.5. Механизмы конверсии углеводов в 5гидроксимстилфурфурол и левулиновую кислоту

1.5.1. Механизмы образования 5гидроксиметилфурфурола из гексоз
1.5.2. Механизмы конверсии 5гидроксиметилфурфурола в
левулиновую кислоту
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Исходные вещества
2.2. Методика кинетических измерений
2.2.1. Эксперименты в водной фазе
2.2.2. Эксперименты в двухфазных водноорганических системах в статических условиях
2.2.3. Эксперименты в двухфазных водноорганических системах в проточных условиях
2.3. Методики исследования состава продуктов
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КИСЛОТНОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОВ В ЛЕВУЛИНОВУЮ КИСЛОТУ В ВОДНОЙ СРЕДЕ ПРИ С
3.1. Влияние природы углеводов на образование левулиновой кислоты
3.2. Влияние температуры на конверсию глюкозы в левулиновую кислоту в присутствии соляной кислоты
3.3. Влияние концентрации соляной кислоты на конверсию глюкозы в левулиновую кислоту при С
3.4. Влияние природы кислот на конверсию глюкозы в левулиновую кислоту при С
3.5. Поиск и исследование регенерируемого катализатора
получения левулиновой кислоты из углеводов
ГЛАВА 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ КИСЛОТНОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОВ В СТАТИЧЕСКОЙ ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ ВОДА АЛИФАТИЧЕСКИЙ СПИРТ
4.1. Состав продуктов конверсии сахарозы в системе бутанол вода бисульфат натрия в статических условиях
4.2. Влияние концентрации бисульфата натрия на превращения сахарозы
4.3. Влияние природы углеводов на выход эфиров 5гидроксиметилфурфурола и левулиновой кислоты
4.4. Конверсия сахарозы в присутствии различных алифатических спиртов
ГЛАВА 5. КОНВЕРСИЯ УГЛЕВОДОВ В ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ ВОДА БУТАНОЛ В ПРОТОЧНОМ РЕАКТОРЕ
5.1. Межфазное распределение продуктов конверсии сахарозы
5.2. Влияние кислотности на конверсию сахарозы в проточном реакторе
5.3. Влияние скорости потока бутанола на конверсию
сахарозы в проточном реакторе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Имеется мало сведений об относительной активности различных кислот. Работы, относящиеся к промышленным способам получения ЛК, описывают, в основном, высокотемпературные методы конверсии растительных карбогидратов. Во многих предложенных способах получения ЛК не решены проблемы регенерации катализатора и выделения конечного продукта. На основе выполненных кинетических исследований показано, что при постоянном значении функции кислотности Гаммета Н 2,6 каталитическая активность применяемых кислот в реакциях дегидратации углеводов понижается в ряду НС1ННзР. Предположено, что выход левулиновой кислоты при умеренной кислотности среды определяется, в первую очередь, активностью воды, а не протона снижение активности воды при уменьшении Н увеличивает вклад побочных маршрутов глубокой дегидратации углеводов. Установлены основные закономерности кислотнокаталитической конверсии углеводов глюкоза, фруктоза, сахароза в двухфазной системе вода алифатический спирт при температурах 2С. Основными продуктами в этих условиях являются соответствующие простые эфиры 5ГМФ и сложные эфиры Ж. Предложена кинетическая модель конверсии сахарозы в эфиры 5ГМФ и ЛК в потоке бутанола. Предложен новый способ получения левулиновой кислоты из сахарозы в присутствии соляной кислоты. Разработана новая гомогенная регенерируемая каталитическая система для конверсии углеводов в Ж при умеренных температурах. Разработан одностадийный способ получения простых эфиров 5гидроксиметил фурфурола непосредственно из углеводов. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научноисследовательских работ ИХХТ СО РАН по темам Разработка научных основ и исследование процессов каталитического превращения твердого органического сырья в химические продукты и углеродные материалы, Разработка теоретических основ катализа и новых поколений катализаторов и каталитических процессов программы фундаментальных исследований СО РАН, а также в рамках Федеральной целевой научнотехнической программы Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения подпрограммы Комплексное использование древесного сырья и Экологически безопасные и ресурсосберегающие процессы химии и химической технологии. Конференция Достижения науки и техники развитию сибирских регионов Красноярск, марта г Ii i i i vi i 3, , , i. Красноярского края Лесосибирск, 5 сентября г Конференция конкурс КНЦ СО РАН Красноярск, 6 апреля г Конференция молодых ученых СО РАН, посвященная М. А. Лаврентьеву Новосибирск, 25 декабря г II Региональная научнопрактическая конференция с международным участием Научные основы и методы комплексного использования растительных ресурсов лесных экосистем Сибири и Дальнего Востока Красноярск, марта г Всероссийская научнопрактическая конференция Химиколесной комплекс проблемы и решения Красноярск, апреля г. ГЛАВА 1. УГЛЕВОДОВ. Еще в конце го столетия гг. С тех пор кислотнокаталитическим превращениям углеводов посвящено большое количество работ, основная часть которых рассматривает вопросы гомогенного катализа с участием минеральных и органических кислот, наиболее дешевых и доступных катализаторов. При обычной температуре С в присутствии минеральных кислот моноуглеводы претерпевают превращения, связанные с изомеризацией молекул. В зависимости от раствора или концентрации кислоты интерконвсрсия углеводов протекает в течение нескольких часов, дней и даже месяцев. Интерконверсия перегруппировка Лабри де Брайан Альберда Ванэкенштейна впервые была изучена в щелочных средах, где она протекает наиболее эффективно 7. В дальнейшем была подтверждена возможность протекания данного процесса и при низких значениях . Интерконвсрсия Бфруктозы протекает в среде 2 серной кислоты при свободном кипении водного раствора в течение часов с образованием смеси Бглюкозы и Бманнозы. Бглюкоза в автоклавном режиме 0 0С конвертируется в смесь Бфруктозы и Бманнозы за часов 8. Авторами 8 использован радиометрический метод измерения характера распределения трития в молекулах углеводов.