Каталитические процессы для получения и окисления сахаров

• Автор: Делидович, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Каталитические методы получения моносахаридов

1.1.1. Получение моносахаридов из углеводного сырья.

1.1.2. Получение моносахаридов из несахарного сырья.

1.1.4. Заключение.

1.2. Селективное каталитическое окисление сахаров до полиоксокарбоновых кислот

1.2.1. Катализаторы селективного окисления сахаров

1.2.2. Продукты селективного окисления сахаров

1.2.3. Влияние реакционных условий на селективность и скорость реакции окисления

1.2.4. Механизм реакции селективного окисления сахаров

1.2.5. Дезактивация катализаторов при контакте с реакционной средой.
1.2.6. Заключение.
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Реактивы и материалы.
2.2. Синтез моносахаридов.
2.2.1. Каталитический синтез моносахаридов путем конденсации формальдегида и низших моносахаридов.
2.2.2. Фотохимический синтез гликолевого альдегида из формальдегида.
2.2.3. Фотоинициируемый каталитический синтез моносахаридов из формальдегида
2.2.4. Аналитические методики определения концентраций формальдегида и
моносахаридов.
2.3. Селективное каталитическое окисление сахаров.
2.3.1. Методика проведения селективного каталитического окисления.
2.3.2. Аналитические методики определения концентраций сахарных субстратов и продуктов, образующихся в процессе реакции каталитического окисления
2.3.4. Идентификация продуктов каталитического окисления сорбозы
2.4. Катализаторы селективного окисления сахаров
2.4.1. Синтез катализаторов селективного окисления сахаров
2.4.2. Исследование катализаторов физическими методами
Глава 3. Синтез редких моносахаридов из формальдегида.
3.1. Каталитическая конденсация гликолевого и глицеринового альдегидов с
формальдегидом в нейтральной и слабощелочной среде
3.1.1. Кинетика конденсации низших моносахаридов с формальдегидом в присутствии .
3.1.2. Оптимизация условий конденсации низших моносахаридов с формальдегидом в нейтральной среде.
3.1.3. Кинетика конденсации низших моносахаридов с формальдегидом в присутствии
3.1.4. Продукты конденсации низших моносахаридов с формальдегидом и механизм реакции.
3.2. Фотохимический синтез гликолевого альдегида из формальдегида.
3.3. Инициируемый УФизлучением каталитический синтез моносахаридов из формальдегида.
3.4. Заключение.
Глава 4. Селективное окисление сахаров в присутствии нанесенных катализаторов, содержащих благородные металлы
4.1. Активность монометаллических и содержащих катализаторов окисления глюкозы.
4.1.1. Влияние степени окисления активного компонента на каталитические характеристики
4.1.2. Зависимость каталитической активности от дисперсности благородного металла .
4.1.4. Исследование стабильности катализаторов в реакционных условиях
4.2. Каталитическая активность содержащих катализаторов селективного окисления глюкозы
4.2.1. Активность катализаторов , приготовленных различными методами.
4.2.2. Активность катализаторов АиА0з. Влияние дисперсности активного компонента и метода приготовления катализатора на его каталитические характеристики.
4.2.3. Исследование стабильности катализаторов и АиА0з.
4.3. Каталитическая активность биметаллических и катализаторов селективного окисления глюкозы.
4.3.1. Исследование палладийрутениевых катализаторов.
4.3.2. Каталитическая активность и 3. Влияние соотношения благородных металлов.
4.4. Исследование селективного каталитического окисления лактозы и сорбозы
4.4.1. Каталитическая активность и катализаторов в реакции селективного окисления лактозы.
4.4.2. Исследование аэробного каталитического окисления сорбозы. Изучение состава
продуктов окисления методом ВЭЖХМС.
4.5. Заключение.
Список литературы.
Список сокращений
X конверсия субстрата, .
селективность образования целевого продукта, .
У выход целевого продукта, .
Еа наблюдаемая энергия активации, кДжмоль.
скорость реакции, мольл с.
удельная каталитическая активность в расчете на количество поверхностных атомов v , с1.
ООУ общий органический углерод.
ГА гликолевый альдегид.
ГЦА глицериновый альдегид.
ДГА дигидроксиацетон.
Глю глюкоза.
ГК глюконовая кислота.
Фру фруктоза.
Сорб сорбоза.
Лак лактоза.
Введение


В третьей главе изложены результаты исследований, направленных на оптимизацию условий осуществления фотоиниируемого каталитического синтеза сахаров из формальдегида при варьировании природы катализатора, температуры, времени контакта в фото и каталитическом реакторе, концентрации формальдегида и на основе изучения кинетики отдельных стадий синтеза. Четвертая глава посвящена изучению процессов окисления сахаров глюкозы, лактозы, сорбозы в присутсвии нанесенных моно и биметаллических катализаторов, в том числе влияния окислительного состояния и дисперсности активного компонента, методов приготовления для золотых катализаторов и соотношения активных компонентов для биметаллических катализаторов на скорость и селективность процессов. Основные результаты работы. Предложен способ фотоинициируемого синтеза ценных моносахаридов из эритрулозы и 3пентулозы из формальдегида в присутствии гомогенного фосфатного катализатора . Проведена оптимизация условий проведения предложенного процесса на основании результатов исследования кинетики фотохимической и каталитической стадий процесса. Обнаружено, что в реакции селективного окисления сахаров с альдегидной группой активность монометаллических катализаторов возрастает в ряду . В реакции селективного окисления глюкозы значение катализаторов не зависит от дисперсности платины для катализаторов активность катализатора, содержащего более крупные частицы 6 нм, выше активности катализатора, содержащего высокодисперсный 3 нм значение оптимального размера нанесенных частиц золота для катализаторов АА2О3 составляет нм. Катализаторы селективного окисления глюкозы дезактивируются во время реакции за счет окисления поверхности палладия, однако могут быть полностью регенерированы восстановлением водородом. Катализаторы во время окисления глюкозы необратимо дезактивируются в результате укрупнения частиц золота. Катализаторы I показали стабильность в реакции окисления глюкозы при селективности образования глюконовой кислоты . Обнаружен положительный синергетический эффект в реакции селективного окисления глюкозы при промотировании золотых катализаторов палладием. Практическая значимость. Полученные в работе результаты систематического исследования селективного окисления сахаров позволяют оптимизировать катализаторы для получения многофункциональных полигидроксикислот и каталитические процессы на основе этих катализаторов. В работе предложен способ получения глюконовой кислоты методом аэробного окисления глюкозы в присутствии высокоактивного и стабильного катализатора АиАЬОз с селективностью . Основной материал диссертации изложен в 3 статьях в рецензируемых журналах и тезисах докладов. Глава 1. СпНп. Рис. Рис 1 Неразветвленные моносахариды Эряда. Распространенность моносахаридов в природе схематически представлена на Рис. Доступными для получения из природного сырья являются 7 моносахаридов Офрутоза, присутствующая в свободном виде и в составе сахарозы 1рибоза. Сахара. Рис. Относительное содержание моносахаридов в природе 6. Химические и биохимические свойства редких сахаров, присутствующих в природе лишь в следовых количествах, зачастую значительно отличаются от свойств распространенных углеводов, что делает их привлекательными для использования в промышленности фармацевтике, пищевой и косметической отраслях и т. Например, в х годах было обнаружено, что простейший моносахарид дигидроксиацетон вызывает потемнение кожи, что обусловлено протеканием реакции Майларда в клетках эпидермиса. С х годов до настоящего времени активными компонентами косметических средств для создания искусственного загара являются дигидроксиацетон и эритрулоза 7. Некоторые моносарахриды используются в качестве заменителей сахарозы для специальных диет, например, для больных инсулинозависимым сахарным диабетом 8. В последние несколько десятилетий наблюдается рост востребованности редких моносахаридов и интенсивно ведутся разработки методов их синтеза, некоторые из которых будут рассмотрены в данном разделе Табл. Табя I Области применения и методы синтеза некоторых редких сахаров. Вода Иммобилизованная глюкозоизомераза ЕС 5. ФА ДГ А Вола 2НРОтКНРО. Рибулоза Заменитель сахара в диетических продуктах 1рибоза Вода Ьрамноза изомераза ЕС 5. Оаллоза Вода Ьрамноза изомераза ЕС 5. I,талоза Вола Ьрамноза изомераза ЕС 5.