Monosakkaridien konversio 5-hydroksimetyylifurfuraaliksi syväeutektisissa liuottimissa

Abstract

Syväeutektiset liuottimet ovat ionisten liuottimien alaryhmä, jonka merkittävimmät ominaisuudet ovat niiden ainesosien eutektisen koostumuksen aikaansaama suuri sulamispisteen alenema, muokattavissa olevat ominaisuudet ja ympäristöystävällisyys. Syväeutektiset liuottimet koostuvat yleensä kahdesta komponentista, joiden valinta ja sekoitussuhde vaikuttavat merkittävästi liuottimen ominaisuuksiin. Tutkielmassa keskityttiin liuottimiin, joiden yksi ainesosa oli koliinikloridi. Muut komponentit voivat olla alkoholeja, orgaanisia happoja tai jopa konversioreaktion lähtöaineena käytettävä monosakkaridi. 5-hydroksimetyylifurfuraali on niin sanottu alustakemikaali, josta voidaan jatkojalostaa monia muita hyödyllisiä kemikaaleja. Sitä voidaan valmistaa lignoselluloosapohjaisessa biomassassa yleisesti esiintyvistä monosakkarideista kaksivaiheisessa konversioreaktiossa. Reaktio on tavallisesti happokatalysoitu ja sen toteuttamisessa voidaan hyödyntää syväeutektisia liuottimia. Tuotteen eristäminen nopeasti reaktioseoksesta on tärkeää jatko- ja sivureaktioiden estämiseksi, jonka vuoksi reaktio suoritetaan yleensä kaksifaasisysteemissä. Neste-neste-uutto on myös yleinen menetelmä syväeutektisten liuottimien kierrätyksessä. Muita yleisiä menetelmiä tuotteen eristyksessä ja liuotinsysteemin kierrätyksessä ovat esimerkiksi kiinteä-neste-uutto, saostus ja tislaus.

Tarkastelluissa tutkimuksissa reaktio suoritettiin 100–160 °C:n lämpötiloissa reaktioajan vaihdellessa muutamasta minuutista neljään tuntiin. Tarkastelluissa tutkimuksissa reaktio-olosuhteilla nähtiin olevan huomattava vaikutus 5-hydroksimetyylifurfuraalin saantoon. Ilman katalyyttiä ja 10 minuutin reaktioajalla saannoksi saatiin 10 %. Happokatalysoidussa reaktiossa neljän tunnin reaktioajalla saanto oli 90,3 %. Reaktioseosta pystyttiin käyttää tutkimuksissa uudelleen 3–7 kertaa ilman puhdistusta. Kaksifaasisysteemiä hyödynnettiin kolmessa tarkastelluista tutkimuksista tuotteen eristykseen.