ポリイオン液体によるハロイサイトの酸性度の調整により、フルクトースを5に変換するための効率的な触媒を開発

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7663 (2023) この記事を引用

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穏やかな反応条件下でフルクトースを5-ヒドロキシメチルフルフラールに変換するための低コストで効率的な酸性不均一系触媒を調製する試みにおいて、酸性ポリイオン液体の共有結合グラフト化によってハロイサイトの酸性度が改善された。 より正確には、ハロイサイトは最初にビニル官能化され、次にビニルイミダゾールと2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸で重合されました。 絡み合ったイミダゾール環をクロロ硫酸で処理することにより、さらに酸性イオン液体に変換した。 UV-Vis分光法とハメット方程式により、酸性ポリイオン液体の共役によりハロイサイトの酸性度が増加することが確認されました。 5-ヒドロキシメチルフルフラール合成のための触媒の効率と反応変数の最適化を調査した結果、最適条件、つまり70℃で20重量%の触媒添加量下では、5-ヒドロキシメチルフルフラールが30分後に97.8%の収率で得られることが示されました。 注目すべき点は、この触媒は再利用可能性が高く、少なくとも 7 回の反応実行では再利用できましたが、その活性はほとんど失われていませんでした。 さらに、この触媒はスクロースとマルトースの変換を促進し、中程度の収率で 5-ヒドロキシメチルフルフラールを生成する可能性があります。

再生可能資源の利用は、従来のエネルギー資源の不足と環境汚染の解決策と考えられてきました1。 再生可能エネルギーには、風力、海洋エネルギー、太陽エネルギー、地熱エネルギーなどさまざまな種類がありますが、その中でもバイオエネルギーが注目を集めています。 このクラスの再生可能エネルギーでは、農業廃棄物、植物、木材などのバイオマスが電気または燃料に変換され、バイオ燃料と呼ばれます2。 バイオ燃料の利点を考慮して、ガソリンと競合する特性を備えたバイオ燃料の開発に多くの試みがなされてきた。 このラインでは、4 世代のバイオ燃料が推進されてきました 2、3、4。 第一世代のバイオ燃料は、バイオエタノールなどのアルコール燃料で構成されています。 このクラスのバイオ燃料は従来の燃料に比べてエネルギー密度が低く、さまざまな技術的問題があるため、フランベースの化合物をベースとした第二世代のバイオ燃料が開発されています。 嬉しいことに、フランベースのバイオ燃料はエネルギー密度が高く、さらに重要なことに、それらは非食用資源、主にリグノセルロース系バイオマスから生産できるということです5。 フランベースのバイオ燃料の形成は 2 つの主要なステップで構成されます。すなわち、リグノセルロース系バイオマスを 5-ヒドロキシメチルフルフラール (HMF) 6、7、8 などのプラットフォーム化合物に変換し、次に水素化脱酸素などのいくつかの化学反応を行ってバイオ燃料を形成します。 ,5-ジメチルフラン。

フランベースのバイオ燃料 12 の製造に向けた初期段階として炭水化物から HMF9、10、11 を合成することは非常に重要です 13、14。 さらに、この重要な化合物はレブリン酸 16,17 などの他の化学物質 15 の合成にも利用できるため、多くの研究グループがさまざまな触媒系を開発することで HMF を合成するための効率的なプロトコルを開示しようと試みました。 現在までに、この酸触媒反応のために、ルイス酸触媒 18 や H 型ゼオライト 19 などのさまざまな触媒が開発されています。 この点で、酸性イオン液体 (IL) も潜在的な候補として考慮されます。 これらの有機塩 20、21、22、23、24、25、26、27 の利点の 1 つは、特定の目的に合わせて容易に調整および設計できることです 28。 酸性 IL は、有機部分のクロロスルホン化によっても調製できます 29。 さらに興味深いことに、IL は重合してポリイオン液体である PIL を形成することができ、これは無数の IL の恩恵を受けます。 あるいは、従来のポリマーを化学修飾によって PIL に変換することもできます。 さらに、容易な化学反応を介して天然粘土鉱物などのさまざまな担体材料にIL/PILを担持することができ、IL/PILの触媒性能と安定性を向上させることができます。 天然の粘土鉱物は、入手可能性、低コスト、化学的および熱的安定性の利点があり、経済的で環境に優しい支持材料です。 ハロイサイト (Hal) などの一部の粘土鉱物は、優れた触媒作用を示します 30,31,32,33,34,35,36,37,38。 円筒形の形態と逆に帯電した表面を持つアルミノケイ酸塩である Hal は、触媒の固定化に広く応用されています 38。 ハルは酸性の性質も持っています。 ただし、その酸性度は炭水化物から HMF への変換を触媒できるほど強くありません。