La conversione dell'acido trans-ferulico in vanillina è stata ottenuta mediante catalisi eterogenea. HKUST-1 è stato impiegato in questa sintesi e il passaggio essenziale nel processo catalitico è stata la generazione di siti metallici insaturi. Pertanto, quando il catalizzatore è stato attivato sotto vuoto, si è ottenuta la conversione completa della vanillina (resa del 95%).
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Articolo metodologico
HKUST-1 come catalizzatore eterogeneo per la sintesi di vanillina
In questo articolo
Sommario
Abstract
Vanillina (4-idossi-3-methoxybenzaldehyde) è il componente principale dell'estratto di vaniglia. Il profumo vaniglia naturale è una miscela di circa 200 diversi composti odorizzanti oltre a vanillina. L'estrazione naturale della vanillina (dal orchidea Vanilla planifolia, Vaniglia tahitiensis e vaniglia pompon) rappresenta solo l'1% della produzione mondiale e dal momento che questo processo è costoso e molto lungo, il resto della produzione di vanillina viene sintetizzata. Molti approcci biotecnologici possono essere utilizzati per la sintesi di vanillina da lignina, stilbeni fenoliche, isoeugenolo, eugenolo, guaicol, ecc, con lo svantaggio di danneggiare l'ambiente poiché questi processi utilizzano forti agenti ossidanti e solventi tossici. Così, alternative eco-compatibili per la produzione di vanillina sono molto desiderabile e quindi, sotto inchiesta. polimeri di coordinazione porosi (PCP) sono una nuova classe di materiali altamente cristalline che rectemente sono stati utilizzati per la catalisi. HKUST-1 (Cu 3 (BTC) 2 (H 2 O) 3, BTC = 1,3,5-benzene-tricarbossilato) è un PCP ben noto che è stato ampiamente studiato come un catalizzatore eterogeneo. Qui riportiamo una strategia sintetica per la produzione di vanillina mediante ossidazione dell'acido trans -ferulic usando HKUST-1 come catalizzatore.
Introduzione
L'uso di polimeri di coordinazione porosi (PCPs) come catalizzatori eterogenei 1-4 è relativamente nuovo campo di ricerca. A causa delle proprietà molto interessanti che PCPs mostrano, ad esempio, la regolarità porosa, elevata area superficiale e di accesso in metallo, possono offrire nuove alternative per catalizzatori eterogenei 5-6. La generazione di PCPs cataliticamente attivi è stato l'obiettivo principale di molti gruppi di ricerca 7-10. Un polimero coordinamento poroso è costituito da ioni metallici e linker organici e quindi, l'attività catalitica di questi materiali è fornita da una qualsiasi di queste pa....
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Protocollo
ATTENZIONE: I prodotti chimici utilizzati in questa procedura catalitico sono relativamente bassa tossicità e non cancerogeno. Si prega di utilizzare tutte le precauzioni di sicurezza appropriate durante l'esecuzione di questa procedura sperimentale, come occhiali, guanti, camice da laboratorio, pantaloni a figura intera e scarpe chiuse. Una parte delle seguenti procedure comporta tecniche di manipolazione standard di libera-aria.
1. L'attivazione del catalizzatore (HKUST-1)
- Cristallinità Caratterizzazione del catalizzatore
Nota: HKUST-1 è un polimero coordinamento porosa disponibile in commercio (catalizzatore). Per corroborare la c....
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Risultati
Tre campioni rappresentativi di HKUST-1 sono stati analizzati mediante spettroscopia infrarossa: non attivato, attivato a 100 ° C per 1 ora in un forno (esposizione all'aria), e attivi sotto vuoto (10 -2 bar) a 100 ° C per 1 hr. Così, trasformata di Fourier (FTIR) spettri sono stati registrati con uno spettrometro con una sola riflessione diamante ATR accessorio (Figura 1). Per tutti gli spettri, 64 scansioni nel 4000 a 400 cm -1 gamma sono stat.......
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Discussione
Il passo fondamentale per la conversione catalitica di acido trans -ferulic alla vanillina è stata l'attivazione del catalizzatore (HKUST-1). Se il catalizzatore non attivato in situ (sotto vuoto a 100 ° C), solo conversione parziale dell'acido trans -ferulic di vanillina stata osservata 44. In altre parole, l'accessibilità per aprire siti metallici è cruciale per il ciclo catalitico 44, e questo può essere ottenuto mediante l'eliminazione di acqua coordin.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano il Dr. A. Tejeda-Cruz (raggi X; IIM-UNAM). R.Y. ringrazia CINVESTAV, Messico per il supporto tecnico. M.S.S riconosce il sostegno finanziario del governo spagnolo, MINECO (MAT2012-31127). I.A.I ringrazia CONACyT (212318) e PAPIIT UNAM (IN100415), Messico per il sostegno finanziario. E.G-Z. ringrazia CONACyT (156801 e 236879), Messico per il sostegno finanziario. Grazie a U. Winnberg (ITAM e ITESM) per le discussioni scientifiche.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| HKUST-1 | Sigma-Aldrich | MFCD10567003 | |
| Acido ferulico (acido trans-4-idrossi-3-metossicinnamico) | Sigma-Aldrich | 537-98-4 | |
| Etanolo | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | |
| Soluzione di perossido di idrogeno | Sigma-Aldrich | 7722-84-1 | |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| Acetato di etile | Sigma-Aldrich | 141-78-6 | |
| Cloruro di ammonio | Sigma-Aldrich | 12125-02-9 | |
| Solfato di sodio anidro | Sigma-Aldrich | 7757-82-6 | |
| Acetato di etile | Sigma-Aldrich | 141-78-6 | |
| n-esano | Sigma-Aldrich | 110-54-3 | |
| Gel di silice | Sigma-Aldrich | 112926-00-8 | Formato 70/230 |
| Pallone a fondo tondo a due colli da 250 ml | Sigma-Aldrich | Z516872-1EA | Capacità 250 ml |
| Barra di agitazione magnetica | Bel-Art prodotti | 371100002 | Teflon, ottagono |
| Condensatore | Cole-Parmer | JZ-34706-00 | 200 mm Lunghezza della giacca |
| Pompa a vuoto (circa 10-2 bar) | Cole-Parmer | JZ-78162-00 | Rubinetto di arresto della pompa a membrana vuoto/pressione |
| Cole-Parmer | EW-30600-00 | con tubo flessibile maschio Luer slip | |
| Cole-Parmer | JZ-06602-04 | 16,0 mm ID e 23,2 mm ED | |
| Settini in gomma | Cole-Parmer | JZ-08918-34 | Silicone con rivestimento in PTFE |
| Piastra riscaldante | Cole-Parmer | JZ-04660-15 | 10,2 cm x 10,2 cm, da 5 a 540 ° C |
| Bagno di sabbia | Cole-Parmer | GH-01184-00 | Bagno di sabbia fluidizzato SBS-4, da 50 a 600 gradi C |
| N2 gas | INFRA | Cod. 103 | Bombola 9 m3 |
| Ballons (riempito con gas N2) | Sigma-Aldrich | Z154989-100EA | Siringhe in gomma di lattice naturale a parete spessa |
| con aghi rimovibili | Sigma-Aldrich | Z116912-100EA | Capacità 10 ml |
| Carta da filtro | Cole-Parmer | JZ-81050-24 | Carta da filtro qualitativa di grado n. 235 (disco di 90 mm di diametro) |
| Imbuto Buchner | Cole-Parmer | JZ-17815-04 | Capacità di 320 ml che accetta filtri di carta di dimensioni standard |
| Pallone Buchner | Cole-Parmer | JZ-34557-02 | Capacità di 250 ml |
| Evaporatore rotante | Cole-Parmer | JZ-28710-02 | |
| Becher | Cole-Parmer | JZ-34502-(02,04,05) | Pyrex Brand 1000 Grifone; Imbuto di separazione da 20, 50 e 100 ml |
| Cole-Parmer | JZ-34505-44 | Capacità per 125 ml con lunghezza del vapore di 60 mm | |
| Colonna in vetro per cromatografia | Cole-Parmer | JZ-34695-42 | Colonna con disco fritte, 10,5 mm ID x 250 mm |
| L PXRD diffrattometro | Bruker | AXS D8 Advance XRD | |
| FTIR spettrofotometro | Thermo scientific | FT-IR (JZ-83008-02); ATR (JZ-83008-26) | Spettrometro Nicolet iS5 FT-IR, con finestre KBr e iD5 Diamond ATR |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
