Die Umwandlung von trans-Ferulasäure in Vanillin wurde durch heterogene Katalyse erreicht. HKUST-1 wurde in dieser Synthese eingesetzt, und der wesentliche Schritt im katalytischen Prozess war die Erzeugung ungesättigter Metallstellen. Wenn der Katalysator unter Vakuum aktiviert wurde, wurde eine vollständige Vanillinumwandlung (Ausbeute von 95%) erreicht.
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Methodenartikel
HKUST-1 als heterogener Katalysator für die Synthese von Vanillin
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Vanillin (4-hydoxy-3-methoxybenzaldehyd) ist die Hauptkomponente des Extrakts von Vanilleschote. Der natürliche Vanille-Duft ist eine Mischung aus etwa 200 verschiedenen Riechstoffverbindungen zusätzlich zu Vanillin. Die natürliche Extraktion von Vanillin (von der Orchidee Vanilla planifolia, Vanille tahitiensis und Vanilla Pompon) stellt nur 1% der weltweiten Produktion und da dieser Prozess teuer und sehr lang ist, wird der Rest der Produktion von Vanillin synthetisiert. Vielen biotechnologischen Ansätzen kann für die Synthese von Vanillin aus Lignin, phenolische Stilbenen, Isoeugenol, Eugenol, guaicol etc. verwendet werden, mit dem Nachteil , die Umwelt zu schädigen , da diese Prozesse starke Oxidationsmittel verwenden und toxischen Lösungsmitteln. So, umweltfreundliche Alternativen für die Herstellung von Vanillin sind sehr wünschenswert und somit unter den aktuellen Untersuchung. Poröse Koordinationspolymere (PCPs) sind eine neue Klasse von hochkristallinen Materialien, die rechängig wurden für die Katalyse eingesetzt. HKUST-1 (Cu 3 (BTC) 2 (H 2 O) 3, BTC = 1,3,5-Benzol-tricarboxylat) eine sehr bekannte PCP, das als heterogener Katalysator intensiv untersucht worden ist. Hier berichten wir über eine Synthesestrategie für die Herstellung von Vanillin durch Oxidation von trans -ferulic Säure HKUST-1 als Katalysator.
Einleitung
Die Verwendung von porösen Koordinationspolymeren (PCPs) als heterogene Katalysatoren 1-4 ist ein relativ neues Forschungsfeld. Aufgrund der sehr interessante Eigenschaften , die PCPs zeigen, zB poröse Regelmäßigkeit, mit großer Oberfläche und Metall Zugang, können sie neue Alternativen für heterogene Katalysatoren 5-6 bieten. Die Erzeugung von katalytisch aktiven PCPs hat 7-10 der Schwerpunkt vieler Forschungsgruppen gewesen. Ein poröser Koordinationspolymer durch Metallionen und organischen Linkern und so gebildet ist, wird die katalytische Aktivität dieser Materialien, die durch eines dieser Teile vorgesehen. Einige PCPs e....
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Protokoll
ACHTUNG: Die Chemikalien in diesem katalytischen Verfahren verwendet werden, sind relativ geringe Toxizität und nicht krebserregend. Bitte verwenden Sie alle erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen bei der dieses experimentelle Verfahren wie Schutzbrille durchführen, Handschuhe, Kittel, in voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe. Ein Teil der folgenden Verfahren beinhaltet Standard-Luft-Handling-Techniken.
1. Aktivierung des Katalysators (HKUST-1)
- Die Kristallinität Charakterisierung des Katalysators
Hinweis: HKUST-1 ein im Handel erhältliches poröses Koordinationspolymer ist (Katalysator). Um die Kristallinität des Katalysators wurden Proben v....
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Ergebnisse
Drei repräsentative Proben von HKUST-1 wurden durch Infrarotspektroskopie analysiert: nicht aktivierten, aktiviert bei 100 ° C für 1 Stunde in einem Ofen (Luft ausgesetzt) und unter Vakuum aktiviert (10 -2 bar) bei 100 ° C für 1 h. So eine Fourier - Transformation - Infrarot (FTIR) Spektren aufgenommen wurden , ein Spektrometer mit einer einzigen Reflexion Diamant - ATR - Zubehör verwenden (Abbildung 1). Für alle Spektren, 64 Scans in den 4000 bis 400 cm
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Diskussion
Der grundlegende Schritt für die katalytische Umwandlung von trans -ferulic Säure zu Vanillin war die Aktivierung des Katalysators (HKUST-1). Wird der Katalysator in situ nicht aktiviert (unter Vakuum und bei 100 ° C), nur eine teilweise Umwandlung von trans -ferulic Säure zu Vanillin wurde 44 beobachtet. Mit anderen Worten, ist die Zugänglichkeit zu öffnen Metallstellen von entscheidender Bedeutung für die katalytische Zyklus 44, und dies kann durch die Eliminierung von .......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Die Autoren danken Dr. A. Tejeda-Cruz (Röntgen; IIM-UNAM). R.Y. dankt CINVESTAV, Mexiko, für die technische Unterstützung. M.S.S. bedankt sich für die finanzielle Unterstützung durch die spanische Regierung, MINECO (MAT2012-31127). I.A.I dankt CONACyT (212318) und PAPIIT UNAM (IN100415), Mexiko, für die finanzielle Unterstützung. Z.G-Z. Dank an CONACyT (156801 und 236879), Mexiko, für die finanzielle Unterstützung. Vielen Dank an U. Winnberg (ITAM und ITESM) für die wissenschaftlichen Diskussionen.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| HKUST-1 | Sigma-Aldrich | MFCD10567003 | |
| Ferulasäure (trans-4-Hydroxy-3-methoxyzimtsäure) | Sigma-Aldrich | 537-98-4 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | |
| Wasserstoffperoxidlösung | Sigma-Aldrich | 7722-84-1 | |
| Acetonitril | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| Ethylacetat | Sigma-Aldrich | 141-78-6 | |
| Ammoniumchlorid | Sigma-Aldrich | 12125-02-9 | |
| Natriumsulfat wasserfrei | Sigma-Aldrich | 7757-82-6 | |
| Ethylacetat | Sigma-Aldrich | 141-78-6 | |
| n-Hexan | Sigma-Aldrich | 110-54-3 | |
| Kieselgel | Sigma-Aldrich | 112926-00-8 | Größe 70/230 |
| 250 ml Zweihals-Rundkolben | Sigma-Aldrich | Z516872-1EA | 250 ml Fassungsvermögen |
| Magnetrührstab | Bel-Art Produkte | 371100002 | Teflon, Oktogon |
| Kondensator | Cole-Parmer | JZ-34706-00 | 200 mm Mantellänge |
| Vakuumpumpe (ca. 10-2 bar) | Cole-Parmer | JZ-78162-00 | Vakuum-/Druckmembranpumpe |
| Absperrhahn | Cole-Parmer | EW-30600-00 | mit einem männlichen Luer-Slip-Schlauch |
| Cole-Parmer | JZ-06602-04 | 16,0 mm ID und 23,2 mm ED | |
| Gummisepten | Cole-Parmer | JZ-08918-34 | Silikon mit PTFE-Beschichtung |
| Heizplatte | Cole-Parmer | JZ-04660-15 | 10,2 cm x 10,2 cm, 5 bis 540 ° C |
| Sandbad | Cole-Parmer | GH-01184-00 | Fluidisiertes Sandbad SBS-4, 50 bis 600 ° C |
| N2 Gas | INFRA | Cod. 103 | Zylinder 9 m3 |
| Ballons (gefüllt mit N2Gas) | Sigma-Aldrich | Z154989-100EA | Dickwandige Spritzen aus Naturlatexkautschuk |
| mit abnehmbaren | Nadeln Sigma-Aldrich | Z116912-100EA | 10 ml |
| Fassungsvermögen Filterpapier | Cole-Parmer | JZ-81050-24 | Qualitätsfilterpapier Nr. 235 (Scheibe mit 90 mm Durchmesser) |
| Buchner Trichter | Cole-Parmer | JZ-17815-04 | 320 ml Fassungsvermögen, das Standard-Papierfiltergrößen akzeptiert |
| Buchner-Kolben | Cole-Parmer | JZ-34557-02 | 250 ml Fassungsvermögen |
| Rotationsverdampfer | Cole-Parmer | JZ-28710-02 | |
| Becher | Cole-Parmer | JZ-34502-(02,04,05) | Pyrex Brand 1000 Griffin; 20, 50 und 100 ml |
| Trenntrichter | Cole-Parmer | JZ-34505-44 | Fassungsvermögen für 125 ml mit einer Dampflänge von 60 mm |
| Glassäule für die Chromatographie | Cole-Parmer | JZ-34695-42 | Säule mit frittierter Scheibe, 10,5 mm ID x 250 mm |
| L PXRD-Diffraktometer | Bruker | AXS D8 Advance XRD | |
| FTIR-Spektralphotometer | Thermo scientific | FT-IR (JZ-83008-02); ATR (JZ-83008-26) | Nicolet iS5 FT-IR Spektrometer, mit KBr Windows und iD5 Diamond ATR |
Referenzen
- Corma, A., García, H., Llabrés i Xamena, F. X. Engineering Metal Organic Frameworks for Heterogeneous Catalysis. Chem. Rev. 110 (8), 4606-4655 (2010).
- Gascon, J., Corma, A., Kapteijn, F., Llabrés i Xamena, F. X. Metal Organic Framework Catalysis: Quo vadis? ACS Catal. 4 (2), 361-....
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Nachdrucke und Genehmigungen
