Forskare har upptäckt en ny metod för att syntetisera furan-2, 5-dikarboxylsyra (FDCA) i högt utbyte från ett glukosderivat av icke-livsmedelsväxtcellulosa, banar väg för att ersätta petroleumhärledd tereftalsyra med biomaterial i plastflaskor.

Den kemiska industrin är under press att etablera energieffektiva kemiska procedurer som inte genererar biprodukter, och använda förnybara resurser när det är möjligt. Forskare tror att om resurser från icke-livsmedelsväxter kan användas utan att belasta miljön, det kommer att bidra till att upprätthålla befintliga sociala system.

Det har rapporterats att olika användbara polymerer kan syntetiseras från 5-(hydroximetyl)furfural (HMF), det biomaterial som används i denna studie. Ett högt utbyte av FDCA kan erhållas när HMF oxideras i en utspädd lösning under 2 viktprocent (viktprocent) med olika uppburna metallkatalysatorer. Dock, en stor stötesten för industriell tillämpning ligger med användningen av en koncentrerad lösning på 10-20 viktprocent, vilket är väsentligt för effektiv och skalbar produktion av FDCA i den kemiska industrin. När HMF helt enkelt oxiderades i en koncentrerad lösning (10 viktprocent), FDCA-avkastningen var bara runt 30 procent, och en stor mängd fasta biprodukter bildades samtidigt. Detta beror på komplexa sidoreaktioner inducerade från HMF själv.

I studien publicerad i Angewandte Chemie International Edition , ett Japan-Nederländsk forskarlag ledd av docent Kiyotaka Nakajima vid Hokkaido University och professor Emiel JM Hensen vid Eindhovens tekniska universitet lyckades undertrycka sidoreaktionerna och producera FDCA med högt utbyte från koncentrerade HMF-lösningar (10~20 viktprocent) utan att -produktbildning. Specifikt, de acetaliserade först HMF med 1, 3-propandiol för att skydda biproduktinducerande formylgrupper och sedan oxiderad HMF-acetal med en stödd Au-katalysator.

Cirka 80 procent av 1, 3-propandiol som används för att skydda formylgrupper kan återanvändas för de efterföljande reaktionerna. Dessutom, drastisk förbättring av substratkoncentrationen minskar mängden lösningsmedel som används i produktionsprocessen. Kiyotaka Nakajima säger "Det är viktigt att vår metod kan minska den totala energiförbrukningen som krävs för komplexa upparbetningsprocesser för att isolera reaktionsprodukten."

"Dessa resultat representerar ett betydande framsteg jämfört med den nuvarande teknikens ståndpunkt, övervinna en inneboende begränsning av oxidationen av HMF till en viktig monomer för biopolymerproduktion. Att kontrollera formylgruppens reaktivitet kan öppna dörren för produktion av råvarukemikalier från sockerbaserade biomaterial, " säger Kiyotaka Nakajima. Denna studie genomfördes tillsammans med Mitsubishi Chemical Corporation.

Forskare har upptäckt en ny metod för att syntetisera furan-2, 5-dikarboxylsyra (FDCA) i högt utbyte från ett glukosderivat av icke-livsmedelsväxtcellulosa, banar väg för att ersätta petroleumhärledd tereftalsyra med biomaterial i plastflaskor.

Den kemiska industrin är under press att etablera energieffektiva kemiska procedurer som inte genererar biprodukter, och använda förnybara resurser när det är möjligt. Forskare tror att om resurser från icke-livsmedelsväxter kan användas utan att belasta miljön, det kommer att bidra till att upprätthålla befintliga sociala system.

Det har rapporterats att olika användbara polymerer kan syntetiseras från 5-(hydroximetyl)furfural (HMF), det biomaterial som används i denna studie. Ett högt utbyte av FDCA kan erhållas när HMF oxideras i en utspädd lösning under 2 viktprocent (viktprocent) med olika uppburna metallkatalysatorer. Dock, en stor stötesten för industriell tillämpning ligger med användningen av en koncentrerad lösning på 10-20 viktprocent, vilket är väsentligt för effektiv och skalbar produktion av FDCA i den kemiska industrin. När HMF helt enkelt oxiderades i en koncentrerad lösning (10 viktprocent), FDCA-avkastningen var bara runt 30 procent, och en stor mängd fasta biprodukter bildades samtidigt. Detta beror på komplexa sidoreaktioner inducerade från HMF själv.

I studien publicerad i Angewandte Chemie International Edition , ett Japan-Nederländsk forskarlag ledd av docent Kiyotaka Nakajima vid Hokkaido University och professor Emiel JM Hensen vid Eindhove University of Technology lyckades undertrycka sidoreaktionerna och producera FDCA med högt utbyte från koncentrerade HMF-lösningar (10~20 viktprocent) utan att -produktbildning. Specifikt, de acetaliserade först HMF med 1, 3-propandiol för att skydda biproduktinducerande formylgrupper och sedan oxiderad HMF-acetal med en stödd Au-katalysator.

Cirka 80 procent av 1, 3-propandiol som används för att skydda formylgrupper kan återanvändas för de efterföljande reaktionerna. Dessutom, drastisk förbättring av substratkoncentrationen minskar mängden lösningsmedel som används i produktionsprocessen. Kiyotaka Nakajima säger "Det är viktigt att vår metod kan minska den totala energiförbrukningen som krävs för komplexa upparbetningsprocesser för att isolera reaktionsprodukten."

"Dessa resultat representerar ett betydande framsteg jämfört med den nuvarande teknikens ståndpunkt, övervinna en inneboende begränsning av oxidationen av HMF till en viktig monomer för biopolymerproduktion. Att kontrollera formylgruppens reaktivitet kan öppna dörren för produktion av råvarukemikalier från sockerbaserade biomaterial, " säger Kiyotaka Nakajima. Denna studie genomfördes tillsammans med Mitsubishi Chemical Corporation.