In Figura 2, la materia prima ottenuta dopo pretrattamento sono mostrati (colonna sinistra). Tutte le materie prime è stata ottenuta come piccoli chip presente oltre al legno di faggio, che è stata acquisita come trucioli di granulometria adatta per l'estrazione. Le lignine ottenuti dopo lo spettacolo di estrazione una vasta gamma di colori e dimensioni delle particelle. Le lignine ottenute dai trattamenti lieve (metodo A e la seconda colonna Figura 2) sono in genere acquisite come piccoli fiocchi e di colore rosso/rosa. Quando le condizioni più severe sono applicate (metodi B e C *), le lignine ottenute hanno un colore marrone/giallo brunastro (terza e quarta colonna Figura 2). Il rendimento è aumentato per tutte le estrazioni effettuate in condizioni più severe (metodi B e C*) rispetto a condizioni più miti (schema di reazione in Figura 1, risultati in tabella 1). Questo effetto è stato molto più profondo per noce (10,2% di aumento), faggio (aumento dell'8,5%) e legno di cedro (aumento del 5,1%) rispetto al legno di pino (solo aumento dello 0,5%). Base al contenuto di lignina della biomassa prima dell'estrazione (40,3% per noce, 28,6% per Pino25, 18,8% per faggio25 e 35,1% per cedar25), l'efficienza di estrazione di lignina in legno di faggio è particolarmente elevata (pari al 73,9%), mentre per il altre fonti più bassa efficienza di estrazione è stata ottenuta. Metodi A * e B *, esperimenti di controllo con acido solforico per i metodi A e B, ha mostrato che alcune chiare differenze nella resa di estrazione. Estrazione delicata di gusci di noce con acido solforico (metodo A *) ha dato solo un rendimento molto basso del 2,6%, che è nettamente inferiore rispetto all'estrazione con acido cloridrico (metodo A) (2,6% e 5,0%). Tuttavia, con le più severe condizioni di estrazione, l'estrazione con acido solforico (metodo B *) Mostra un rendimento più elevato rispetto all'acido cloridrico (metodo B) (19,3% e 15,2%), ma dovrebbe essere notato che sono presenti nel prodotto ottenuto mediante estrazione tracce di zucchero con acido solforico.
Dall'analisi NMR delle lignine differenti (esempio mostrato nella Figura 4), sono stati determinati il rapporto H/G/S e la quantità di collegamenti (tabella 1). A causa della sovrapposizione del β e γ-protoni di β-O-4 e il β' - O - 4 sollevatore, la quantità di collegamenti è quantificato utilizzando il α-protoni. Inoltre, il G5/6 e sovrapposizione di segnali di H3/5 , ma questi può essere corretto regolando i rapporti di conseguenza usando i segnali da2/6 H. Inoltre, un segnale corrispondente al γ-protoni i chetoni Hibbert e un segnale per apparecchi di S ossidati, che probabilmente sono causati da gruppi terminali di lignina, sono identificati.
I rapporti ottenuti da NMR indicano che in generale le estrazioni con metodo B fornisce la lignina con maggiore contenuto di S rispetto a quelli con il metodo A nel caso che il materiale nativo contiene unità di S. Inoltre, le estrazioni con metodo B forniscono lignina con una quantità inferiore di collegamenti di β-O-4 totale rispetto al metodo A, indicando aumentata degradazione all'aumento della temperatura. Un'eccezione è la lignina noce ottenuta da metodi metodi A e B per il quale l'importo del totale legami β-O-4 era molto simile. Il numero dei legami β-β e β-5 diminuire quando vengono applicate condizioni più severe, anche se in misura minore. Inoltre, NMR ha rivelato che tutte le lignine ottenuto dopo l'estrazione dell'etanolo hanno mostrato un grado di modificazione strutturale del legame β-O-4. Questi hanno almeno ~ 50% sostituzione presso il gruppo α-OH, conseguente il β α-etossilati ' - O - 4 sollevatore. L'estrazione di lignina Mostra alta riproducibilità, che è stata dimostrata effettuando l'estrazione delicata di gusci di noce (metodo A) 4 volte. In particolare, la deviazione del numero totale di legami β-O-4 è incredibilmente piccola. Quando l'estrazione è stata eseguita in condizioni più severe (metodi B e C *), la percentuale di α-etossilazione aumentato. Il HSQC spettri della lignina faggio Estratto alle condizioni più severe (metodo B), un segnale per S condensato è visibile, che si sposa perfettamente con la significativa diminuzione della quantità di legami β-O-4. L'estrazione di noce eseguito su larga scala (metodo C *) spettacoli una diminuzione significativa per tutti i collegamenti e un segnale per S condensato è visibile negli spettri HSQC. Il rendimento relativamente elevato per l'estrazione del cedro a condizioni miti (metodo A) è causato dalla presenza di una notevole quantità di acido grasso. Esperimenti di controllo con l'acido solforico ha dato buona idea dell'effetto dell'acido sulla composizione della lignina ottenuta. Con condizioni di estrazione delicata (methodA *), un purissimo lignina è stata ottenuta che era simile in composizione rispetto ad altre estrazioni mite (methodA). La quantità leggermente inferiore di legami β-O-4 può essere attribuita a una meno efficiente incorporazione di etanolo il quadro di lignina, risultante in un numero inferiore di β' - O - 4 collegamenti. Alle più severe condizioni di estrazione (metodo B *), le differenze con la lignina ottenuta è molto più profondo rispetto con la lignina ottenuta da gusci di noce estratte in presenza di acido cloridrico (metodo B). Il numero totale dei legami β-O-4 Mostra una forte diminuzione (35 e 74, rispettivamente) e la lignina ottenuta con acido solforico Mostra una quantità elevata di condensazione nella regione aromatica (48%), che è stata determinata mediante l'integrazione dei segnali corrispondenti il S condensato e Gcondensata (punto 5.1.3). Questa elevata quantità di condensa può essere completamente attribuita ad acido solforico, come il prodotto ottenuto dall'estrazione stessa con acido cloridrico non mostrato formazione di condensa nella regione aromatica. La composizione del prodotto ottenuto a estrazione a scala più grande duro (metodo C *) non mostra nessuna grande differenza con il prodotto ottenuto in una scala più piccola (metodo B *). L'unica grande differenza è la minor quantità di condensa nella regione aromatica nell'estrazione su larga scala (9%) e, successivamente, una maggiore quantità di legami β-O-4. Questa differenza potrebbe essere causata dalla differenza nel profilo di riscaldamento tra le autoclavi differenti.
Le lignine sono stati inoltre analizzate da GPC (Figura 5) per fornire una conoscenza del peso molecolare (tabella 2). Questi rivelano che, quando vengono applicate più severe condizioni di estrazione (metodo B), sia il peso molecolare medio ponderale (Mw) e la polidispersità stanno aumentando per tutte le fonti. Il peso molecolare medio numerico, (Mn), tra le condizioni di estrazione sono paragonabili per ciascuna origine. Nel complesso, questi risultati mostrano che più severe condizioni di estrazione hanno un duplice effetto, e frammenti più grandi vengono estratti oltre a ulteriore ripartizione di tali frammenti.
Per alcune applicazioni, la formazione di β' - O - 4 sollevatore è indesiderato, ad esempio, quando l'applicazione di metodi di depolimerizzazione che si basano sull'ossidazione delle benzilica (α) dell'idrossile gruppo26,27,28. La trasformazione del β' - O - 4 sollevatore della lignina ethanosolv a regolari collegamenti di β-O-4 era precedentemente segnalati20 ed è stato effettuato con un batch di lignina ottenuto da gusci di noce che è paragonabile alla lignina ottenuta da gusci di noce riportati in questo carta (Figura 6). La lignina è composta da 30 nativi β-O-4 collegamenti e 39 etossilato α β' - O - 4 collegamenti (collegamenti 34 e 38, rispettivamente per la lignina in questa carta). De-eterificazione convertito quasi tutti i legami α-etossilati alla struttura nativa come la lignina ottenuta consisteva di 57 legami β-O-4 e solo 3 α-etossilati β' - O - 4 collegamenti, mostrando una piccola perdita del numero totale di unità di β-O-4. La massa della lignina era 72% della lignina originale, che è principalmente causato dalla perdita del gruppo etilico.
Per dimostrare il potenziale della lignina per la produzione di monomeri aromatici mediante depolimerizzazione mite, acidolysis Aall con Fe(OTf)3 in presenza di glicole etilenico sono stati eseguiti (Figura 7). Questa reazione produce tre diversi fenolici 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetali) che riguardano la H, unità G e S presenti in lignina. La tabella 3 Mostra la resa degli acetali S, G e H e i rendimenti totali sono mostrati in Figura 8. È visibile che il metodo di estrazione di lignina ha un effetto importante essendo il rendimento degli acetali. Rese più basse si ottengono per lignina estratta utilizzando condizioni più severe (metodo B). Ciò è probabilmente dovuto una più modificata (percentuale maggiore di α-etossilazione) condensato struttura come descritto nel paragrafo precedente.
L'importanza delle unità β-O-4 emerge fornendo correlazioni a rendimento di monomero in depolimerizzazione, come presentato nel protocollo (Figura 9). Una chiara tendenza è visibile considerando il totale contenuto di β-O-4 e i legami β-O-4 non esterificato, dove un alto contenuto di β-O-4 provoca generalmente più alta resa di fenolici 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetali) che è in linea con i risultati precedenti21 . Quando si considera l'eterificato β' - O - 4 collegamenti, la tendenza è anche chiara, mostrando che la resa di depolimerizzazione non è correlata al numero di β' - O - 4 collegamenti. Condizioni di reazione, i legami β-O-4 eterificati possono essere de-eterificati ma questo ulteriore passaggio comporta la perdita di materiale, come descritto in precedenza.
Nel complesso, correggendo la resa di depolimerizzazione di monomero per la resa di estrazione di lignina, i seguenti risultati possono essere ottenuti (tabella 4). Questi mostrano che confrontando metodi A e B, in genere una maggiore quantità di acetale può essere ottenuto mediante estrazione più severe fornire rendimenti più elevati di lignina complessiva seguiti da una depolimerizzazione (meno selettivo). Tuttavia, i risultati per Pineta mostrano anche che questo è dipenda la fonte di biomassa dal momento che l'aumento della severità di estrazione non fornisce un aumento significativo del rendimento. Conservazione della struttura β-O-4 è preferito per questo tipo di legno dare rendimenti più elevati nel complesso fenolico 2-phenylmethyl-1,3-diossolano (acetali).

Figura 1 . Strutture chimiche dei prodotti ottenuti. (a) comuni motivi strutturali come presenti nella struttura di lignina. (b) acido catalizzata depolimerizzazione di lignina combinato con l'intrappolamento dell'acetale di ottenere fenolici 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetali). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2 . Ottenuta la lignina da diverse materie prime. Immagine di quattro materie prime differenti lignocellulosa dopo pretrattamento (passaggi 1 e 2) e le lignine ottenute dopo l'estrazione di organosolv alle diverse condizioni (metodo un-passo 3.1, metodo B-passo 3.3 e metodo C *-punto 3.4). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3 . Schema di reazione per l'estrazione di ethanosolv. Panoramica dei legami ottenuti: β-O-4 (R' = H), β' - O - 4 (R' = Et), β-β e β-5. Condizioni: (A) 80 ˚ c, 0,24 M HCl (punto 3.1), (B) 120 ˚ c, 0,24 M HCl (punto 3.3), (C *) 120 ˚ c, 0,12 M H2così4 (punto 3.4) e il controllo esperimento A * e B * (punto 3.5). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4 . Analisi HSQC della lignina. Identificazione di tutti i collegamenti di lignina misurata con 2D-HSQC della lignina ottenuto da gusci di noce con trattamento delicato (punto 3.1). I segnali per HKγ e S'2/6 vengono ingranditi per renderli visibili. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5 . Peso molecolare di lignina. Grafici GPC delle lignine ottenute suddivisi per fonte (un = noce, b = pino legno, c = legno di faggio e d = legno di cedro). Le righe corrispondono ai diversi campioni come determinato dalla tabella 2. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6 . De-eterificazione di lignina. Schema di reazione della de-eterificazione della lignina ethanosolv ottenuto da gusci di noce (passaggio 4). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7 . Lignina depolimerizzazione di acetali. Schema di reazione per depolimerizzazione della lignina per fenolico 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetali). Unità H: R1 = R2 = H; Unità G: R1 = OMe, R2 = H; Unità S: R1 = R2 = OMe (passaggio 6). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8 . Acetale resa per origine. Rendimenti di fenolici 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetali) ottenuti dalla depolimerizzazione della lignina da fonti diverse. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 9 . Influenza dei legami β-O-4 sulla resa dell'acetale. Rese di fenolici 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetali) ottenute dalla depolimerizzazione di lignina rispetto al totale β-O-4 (blu), non esterificato β-O-4 (arancione) ed eterificato β-O-4 (grigio) contenuto nel feedstock di lignina. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Fonte | Condizioni | Rendimento (%) | Estrazione di efficienza (%)1
| Rapporto S/G/H | Totale β-O-4 | Β-O-4 | Β ' - O - 4 | Β-Β | Β-5 |
| Noce | A | 5,0 ± 0,7 | 12.4 | 45/46/9 | 75 ± 2,5 | 36 ± 2.6 | 39 ± 3.1 | 11 ± 0,7 | 5 ± 1,5 |
| Noce | A * | 2.6 | 6.5 | 8/45/47 | 53 | 32 | 21 | 9 | 4 |
| Noce | B | 15,2 | 37,7 | 59/37/4 | 74 | 20 | 54 | 9 | 6 |
| In noce2 | B * | 19,3 | 47,9 | 75/25/0 | 35 | 5 | 30 | 7 | 3 |
| In noce2 | C * | 16,2 | 40.2 | 65/33/2 | 45 | 10 | 35 | 8 | 3 |
| Pino | A | 3.5 | 12,2 | 0 / > 99 / < 1 | 59 | 22 | 37 | 0 | 14 |
| Pino | B | 4.0 | 14,0 | 0 / > 99 / < 1 | 46 | 7 | 39 | 0 | 8 |
| Faggio | A | 5.4 | 28,7 | 63/37/0 | 82 | 43 | 39 | 12 | 5 |
| Faggio3 | B | 13,9 | 73,9 | 83/17/0 | 45 | 11 | 35 | 9 | 2 |
| Cedro | A | 6.4 | 18,2 | 0 / > 99 / < 1 | 64 | 28 | 36 | 0 | 6 |
| Cedro | B | 11.5 | 32,8 | 0 / > 99 / < 1 | 41 | 7 | 34 | 0 | 7 |
Tabella 1. Risultati estrazione Ethanosolv. Ottenuto rendimenti, aromatico distribuzione e collegamenti per le diverse estrazioni eseguite sulla biomassa. * L'acido solforico è utilizzato come acido. 1 Rendimento della lignina (wt%)/Lignin contenuto in materie prime come determinato dalla determinazione di lignina Klason. 2 Emicellulosa e S-condensato presente nel prodotto. 3il 32% delle S-unità sono condensati.
| Fonte | Condizioni | Mn (g/mol) | Mw (g/mol) | Ð |
| Noce | A | 1096 | 1805 | 1.65 |
| Noce | B | 1174 | 2934 | 2.50 |
| Noce | C * | 1248 | 2930 | 2.35 |
| Pino | A | 1331 | 3071 | 2.31 |
| Pino | B | 1319 | 3596 | 2.73 |
| Faggio | A | 1645 | 3743 | 2.28 |
| Faggio | B | 1368 | 4303 | 3.14 |
| Cedro | A | 860 | 1626 | 1,89 |
| Cedro | B | 1188 | 3292 | 2,77 |
Tabella 2: peso molecolare delle lignine ottenute.
| Fonte | Condizioni | Rendimento (%) | Rapporto S/G/H | Totale β-O-4 | Acetale S (wt %) | Acetale G (wt %) | Acetale H (wt %) | Rendimento totale dell'acetale (wt %) |
| Noce | A | 5.0 | 45/46/9 | 72 | 4.5 | 5.9 | 2.1 | 12.5 |
| Noce | B | 15,2 | 59/37/4 | 74 | 3.6 | 4.7 | 1.0 | 9.3 |
| Noce | C * | 16,2 | 65/33/2 | 45 | 3.8 | 3.9 | 0.6 | 8.3 |
| Pino | A | 3.5 | 0 / > 99 / < 1 | 59 | 0 | 9.9 | 0.3 | 10.2 |
| Pino | B | 4.0 | 0 / > 99 / < 1 | 46 | 0 | 1.1 | 0 | 1.1 |
| Faggio | A | 5.4 | 63/37/0 | 82 | 7.7 | 6.7 | 0 | 14,4 |
| Faggio | B | 13,9 | 83/17/0 | 45 | 3.6 | 3.4 | 0 | 7.0 |
| Cedro | A | 6.4 | 0 / > 99 / < 1 | 64 | 0 | 8.1 | 0.1 | 8.2 |
| Cedro | B | 11.5 | 0 / > 99 / < 1 | 41 | 0 | 4.7 | 0 | 4.7 |
Tabella 3: acetale rendimenti di depolimerizzazione di lignina. Rendimenti di fenolici 2-arylmethyl-1,3-dioxolones (acetali) ottenuti dalla depolimerizzazione della lignina da fonti diverse. Condizioni: lignina 50mg, 60 wt % glicole etilenico, 10 wt % Fe(OTf)3, solvente: 1,4-diossano, 140 ° C (1 mL di volume totale), 15 minuti (passaggio 7).
| Fonte | Condizioni | Resa di estrazione di lignina (%) | Β-O-4 | Β ' - O - 4 | Totale β-O-4 | Rendimento totale dell'acetale (wt %) | Rendimento complessivo dell'acetale corretto per lignina estrazione resa (wt %)1
|
| Noce | A | 5.0 | 34 | 38 | 72 | 12.5 | 0,63 |
| Noce | B | 15,2 | 20 | 54 | 74 | 9.3 | 1.41 |
| Noce | C * | 16,2 | 10 | 35 | 45 | 8.2 | 1.33 |
| Pino | A | 3.5 | 22 | 37 | 59 | 10.2 | 0.36 |
| Pino | B | 4.0 | 7 | 39 | 46 | 1.1 | 0,04 |
| Faggio | A | 5.4 | 43 | 39 | 82 | 14,4 | 0.78 |
| Faggio | B | 13,9 | 11 | 35 | 45 | 6.9 | 0,96 |
| Cedro | A | 6.4 | 28 | 36 | 64 | 8.2 | 0,52 |
| Cedro | B | 11.5 | 7 | 34 | 41 | 4.7 | 0.54 |
Tabella 4: nel complesso la resa dell'acetale rettificato con resa di estrazione. Rese di fenolici 2-arylmethyl-1.3-dioxolanes (acetali) ottenute dalla depolimerizzazione della lignina da diverse fonti corretto per resa di estrazione di lignina. 1 Calcolo: 100 *(lignin yield/100) * (totale dell'acetale resa/100). Condizioni: lignina 50mg, 60 wt % glicole etilenico, 10 wt % Fe(OTf)3, solvente: 1,4-diossano, 140 ° C, 15 min (reazione tramite il passaggio 6) & il work-up tramite step 7.