$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Biomasa ma ogromny potencjał jako odnawialne źródło energii i chemii, ponieważ jest zrównoważona, tania i równomiernie dystrybuowana w przeciwieństwie do zasobów kopalnych, co czyni ją jednym z obiecujących kandydatów do zastąpienia surowców kopalnych. Szacowana produkcja biomasy lignocelulozowej wynosi 146 miliardów ton metrycznych rocznie1. Biomasa lignocelulozowa składa się głównie z ligniny, celulozy i hemicelulozy jako trzech głównych składników. Lignina jest aromatycznym polimerem zbudowanym z jednostek fenylopropanoidowych; Z drugiej strony celuloza i hemiceluloza są polisacharydowymi częściami biomasy lignocelulozowej. Celuloza składa się z jednostek glukozy połączonych wiązaniem glikozydowym β(1→4), podczas gdy hemiceluloza składa się z cukrów C5, cukrów C6 i kwasów cukrowych połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi β (1→4), β (1→3) i β (1→6) 2,3. Wraz z różnorodną biomasą lignocelulozową (wytłoki z trzciny cukrowej, łuski ryżowe, słoma pszenna itp.), biomasa lignocelulozy jutowej jest również produkowana w bardzo dużych ilościach (ok. 98% w 2014 r.) w Azji w porównaniu z całkowitą produkcją juty na świecie. Indie produkują 1,96 x 106 ton metrycznych biomasy jutowej, podczas gdy Bangladesz produkuje 1,34 x 106 ton metrycznych biomasy jutowej w porównaniu do całkowitej produkcji biomasy jutowej na świecie (3,39 x 106 ton metrycznych) w 2014 roku4. Wykorzystanie tej niejadalnej biomasy nie będzie kolidować z zapotrzebowaniem na żywność. Dlatego korzystne jest stosowanie go jako zapasu do syntezy różnych substancji chemicznych o wartości dodanej (ksyloza, arabinoza, furfural, 5-hydroksymetylofurfural (HMF) itp.). Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, furfural i HMF są uważane za jedne z 30 najważniejszych substancji chemicznych pochodzących z biomasy5. Furfural jest otrzymywany z ksylozy lub bezpośrednio z hemicelulozy i może być przekształcany w wiele ważnych substancji chemicznych. Alkohol furfurylowy, metylofuran, tetrahydrofuran są ważnymi substancjami chemicznymi otrzymywanymi z furfuralu6. W związku z tym konwersja biomasy lignocelulozowej, takiej jak biomasa juty, w cukry C5 i inne ważne substancje chemiczne jest ważnym tematem.
Dostępne są obszerne raporty na temat różnych metod katalitycznych przekształcania biomasy lignocelulozowej w substancje chemiczne o wartości dodanej. Kwasy mineralne (HCl iH2SO4) oraz katalizatory heterogeniczne (Amberlyst, HMOR, HUSY, SAPO-44 itp.) zostały znacząco wykorzystane do konwersji biomasy hemicelulozowej i lignocelulozowej na cukry (cukry pentozowe i heksozowe) i furany (furfural i HMF)7,8. Wielokrotnego użytku i korozyjność kwasów mineralnych jest poważnym problemem. Jednak w przypadku katalizatora stało-kwasowego wymagana jest wyższa temperatura i ciśnienie, ponieważ reakcja zachodzi na powierzchni katalizatora. Aby przezwyciężyć te problemy, ostatnio zgłoszono IL dotyczące waloryzacji biomasy jako katalizatora lub rozpuszczalnika9,10,11,12,13,14. Stosowanie IL jako rozpuszczalnika nie jest lepszą metodą ze względu na wyższy koszt i niższą prężność par IL, co utrudnia separację produktów. Dlatego konieczne jest stosowanie nadającego się do recyklingu IL jako katalizatora (w niewielkich ilościach) w systemie rozpuszczalników wodnych do konwersji biomasy na chemikalia o wartości dodanej.
Tutaj prezentujemy metodę użycia kwaśnego wodorosiarczanu 1-metylo-3-(3-sulfopropylu) imidazolu jako katalizatora do bezpośredniej konwersji pentozanu obecnego w biomasie juty w monomery cukru bez żadnej obróbki wstępnej. Zazwyczaj IL są zgłaszane do wstępnej obróbki biomasy lignocelulozowej10,15,16,17, podczas gdy bardzo duża ilość IL jest używana do wstępnej obróbki biomasy. W związku z tym zawsze korzystne jest stosowanie IL jako katalizatora i przekształcanie biomasy lignocelulozowej w chemikalia bez dodatkowej obróbki. Ponadto w niniejszej pracy stężenie ligniny w biomasie juty zostało obliczone przy użyciu metody Klasona, która może być przekształcona w różne monomery aromatyczne18.