Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

استخراج اللجنين مع المحتوى العالي من β-س-4 استخراج الإيثانول معتدل وأثره على العائد ديبوليميريزيشن

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/58575
Automatic Translation
1, 2, 1,2, 2,3, 2, 1
1Department of Chemical Engineering (ENTEG), University of Groningen, 2Stratingh Institute for Chemistry, University of Groningen, 3Leibniz-Insitut f ür Katalyse e.V., Universität Rostock

Summary

نقدم هنا، وضع بروتوكول لتنفيذ استخراج الإيثانول من اللجنين من عدة مصادر الكتلة الأحيائية. يتم عرض تأثير شروط استخراج العائد اللجنين ومحتوى β-س-4. ديبوليميريزيشن انتقائية تتم على ليجنينس التي تم الحصول عليها للحصول على منتجات عالية مونومر العطرية.

Abstract

اللجنين تثمين استراتيجيات عامل رئيسي لتحقيق تنافسية أكثر اقتصاديا بيوريفينيريس استناداً إلى الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه. معظم الإجراءات أنيقة الناشئة للحصول على المنتجات العطرية محددة تعتمد على الركيزة اللجنين على محتوى عال الربط β-س-4 كليفابل سهولة كالموجودة في هيكل اللجنين الأصلية. وهذا يوفر مباراة ملكة جمال lignins التقنية النموذجية التي هي متدهورة جداً وبالتالي انخفاض في روابط β-س-4. ولذلك، غلة الاستخراج، ونوعية اللجنين التي تم الحصول عليها ذات أهمية قصوى للوصول إلى مسارات جديدة في تثمين اللجنين. ويرد في هذه المخطوطة، بروتوكول بسيط للحصول على ليجنينس مع المحتوى العالي من β-س-4 باستخراج الإيثانول معتدل نسبيا التي يمكن تطبيقها على مصادر السليلوز مختلفة. وعلاوة على ذلك، يتم عرض إجراءات التحليل لتحديد نوعية lignins جنبا إلى جنب مع بروتوكول ديبوليميريزيشن غلة محددة الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس، التي يمكن استخدامها لتقييم ليجنينس التي تم الحصول عليها. تدل نتائج عرض الارتباط بين اللجنين جودة وإمكانية ليجنينس أن ديبوليميريزيد إلى المواد الكيميائية العطرية أحادي محدد. وعموما، استخراج وديبوليميريزيشن يوضح مفاضلة بين الغلة استخراج اللجنين والاحتفاظ بهيكل الاثير أريل الأصلي ومن ثم إمكانيات اللجنين لاستخدامها كالركيزة لإنتاج المواد الكيميائية تطبيقات ذات قيمة أعلى.

Introduction

للصناعة الكيميائية لتصبح مستدامة، ينبغي أن تستخدم المواد الخام المتجددة مثل الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه كبديل للحالية الأحفوري المهيمنة منها1. ومع ذلك، جعل استخدام هذه المواد الخام قابلة للحياة اقتصاديا، ينبغي التماس تطبيقات عالية القيمة لكافة محتوياته. يمكن أن تحتوي الكتلة الأحيائية الليجنوسليولوزيه حوالي 30% wt من اللجنين هو بيوبوليمير عطرية التي حاليا سوى عدد قليل من الطلبات قد وضعت بعد استخدامه كوقود منخفضة القيمة2. ولذلك، المنهجية تجاه احتمال زيادة قيمة المكونات العطرية ذات الأهمية الرئيسية لضمان نجاح بيوريفينيريس المستقبل.

البحوث التي أجريت مؤخرا قد ركزت تركيزاً شديدا على تطوير منهجيات جديدة للانقسام الانتقائي للربط β-س-4 الأكثر وفرة (الشكل 1a) في اللجنين للحصول على مونومرات العطرية، وعادة الفينولية، محددة3،4 ،،من56. على سبيل المثال، تطبيق الأحماض بين 80 إلى 180 درجة مئوية مئوية فعالة جداً في ناهضة الربط β-س-4 تشكيل ألدهيد وشظايا كيتون7،8. لدينا مجموعات وغيرها أظهرت مؤخرا أن أسيدوليسيس جنبا إلى جنب مع المنهجيات لتحقيق الاستقرار وشظايا رد الفعل مصيدة قوية جداً للحصول على مونومرات الفينولية مع زخارف كيميائية محددة9،10 , 11 , 12-هذه، لا سيما تعويض أسيتال الألدهيدات المتفاعلة مع الكحول للحصول على الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس) أثبتت قوية بسبب تطبيقه بسيطة نسبيا والإبقاء على طبيعة شديدة فونكتيوناليزيد 13،اللجنين مونومرات (الشكل 1b)14. يتم الحصول على هذه أسيتالس من ديبوليميريزيشن في نسبة تتعلق بتوزيع H، مونومرات ز وق الموجودة في المواد الخام اللجنين الأصل.

حفزت حمض ديبوليميريزيشن، مثل العديد من المنهجيات الأكثر أناقة نمواً معتدلاً نسبيا ولم تهزم أقوى ج-ج السندات التي تحدث في اللجنين15. ومع ذلك، سندات ج-ج تصبح وفيرة خاصة عندما يتم تطبيق شروط تجزئة السليلوز قاسية بسبب تكثيف شظايا رد الفعل صدر من الانقسام أضعف ج-O سندات16،17. فقدان المحتوى β-س-4 من الكتلة الحيوية طريقة معالجة يظهر بوضوح من خلال تحليل مجموعة من التقنية ليجنينس، التي كانت تظهر فقط الاحتفاظ بالروابط β-س-4 يصل إلى 6 كل وحدات العطرية 10018، بينما في السليلوز تتراوح هذه الأرقام من 45 إلى 90 الروابط كل 100 وحدة العطرية تبعاً لمصدر16. فيما يتعلق بشروط استخراج أكثر اعتدالا، يمكن الحصول على ليجنينس مع توزيعات الربط التي تعكس على نحو أفضل اللجنين الطبيعية. ومع ذلك، وهذا يتطلب مفاضلة بين كفاءة الاستخراج ونوعية المواد اللجنين حصل على17. وهذا أيضا له الأسبقية في استخراج أورجانوسولف من اللجنين، وأسلوب شعبية يجزئ اللجنين. العديد من الاختلافات لهذا توجد عملية، مع أساليب توظيف محتوى حمض ودرجات حرارة مختلفة وأوقات استخراج المذيبات. هنا، شدة استخراج أثرا مباشرا على هيكل اللجنين التي تم الحصول عليها، ومن ثم صلاحيتها لمزيد تثمين19،،من2021. على سبيل المثال، قد اللجنين أورجانوسولف إنتاج الإيثانول على أساس عملية السيل، وتعمل لمدة 5 سنوات في نطاق المظاهرة، كمية منخفضة نسبيا من الروابط β-س-4 اليسار كما كان يعمل في درجة حرارة عالية نسبيا لضمان كفاءة ديليجنيفيكيشن في الترتيب للحصول على جودة عالية الكربوهيدرات لإنتاج الإيثانول. ومع ذلك، المذيبات بيولوجي مع القليل من الأثر البيئي مثل الإيثانول المفضل وهكذا أساليب الاستخراج التي تنتج في ليجنينس ذات قيمة أعلى للفائدة. المذيبات الكحولية ذات أهمية خاصة كما هو الحال بالإضافة إلى كونه وسيلة استخراج أنها تتضمن أيضا في هيكل اللجنين، على سبيل المثال، β '-O-4 (الشكل 1a)22، جزئيا"تحمي" الهيكل من غير مرغوب فيها الانقسام. يحتمل أن تكون سيكون طريقة مناسبة أولاً للحصول على اللجنين ذات محتوى المرتفع من β-س-4 وفي خطوة متسلسلة لإزالة ما تبقى اللجنين للوصول السيلولوز عالية القيمة.

في هذه المخطوطة، يصف لنا إجراء مستقيمة واستنساخه بدرجة عالية لاستخراج عالية β-س-4 اللجنين باستخراج الإيثانول معتدل. تبعاً لمصدر طاقة الكتلة الأحيائية، وهذا يؤدي إلى كفاءة الاستخراج مرتفعة نسبيا والعائد. وترد الإجراءات المتعلقة بتوصيف اللجنين التي تم الحصول عليها فضلا عن كيفية "ديبروتيكت" β اثيريفيد '-O-420. بالإضافة إلى ذلك، يرد على إجراء تقييم لإمكانيات هذه lignins في إجراءات انتقائية ديبوليميريزيشن التي تعتمد على الانقسام الانتقائي للروابط β-س-4. يتم تنفيذ هذا التقييم باستخدام ديبوليميريزيشن تشجعهن تريفلات الحديد الثلاثي حضور جليكول للحصول على 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس الفينولية23 مما يدل على الارتباط بين محتوى β-س-4 في مادة اللجنين و غلة مونومر21. وتبين النتائج بالتوازن بين كفاءة الاستخراج اللجنين عالية وإمكانات اللجنين التي تم الحصول عليها لأن ديبوليميريزيد إلى مونومرات العطرية محددة.

Protocol

1-المعالجة المسبقة للمواد الخام الجوز قبل استخراج اللجنين

  1. إنتاج قذائف قطع الجوز
    1. تغذية قذائف الجوز إلى قاطع مطرقة للكسر القذائف. تزويد كتر المطرقة بغربال 5 مم على المعبر. جمع قذائف كسر الجوز في كوب زجاج 1 لتر.
    2. تغذية قذائف مكسور قاطع مطرقة صغيرة للحصول على أرض الواقع قذائف. تزويد كتر الصغرى المطرقة بغربال 2 مم في المنفذ. جمع قذائف أرض الجوز في كوب زجاج 1 لتر.
  2. استخراج الأحماض الدهنية من قذائف أرض الجوز
    1. وضع 150 غ قذائف الجوز قطع قارورة مستديرة قاع 500 مل. إضافة 200 مل والتولوين وشريط التحريك إلى قارورة مستديرة القاع.
    2. إرفاق مكثف ارتداد إلى قارورة مستديرة القاع. حرارة الخليط في درجة حرارة ارتداد (111 ˚C) مع حمام زيت ح 2 مع قوي التحريك.
    3. إيقاف التدفئة بعد ح 2، والسماح لتبرد الخليط وصولاً إلى درجة حرارة الغرفة قبل إزالته من حمام الزيت.
    4. إزالة والتولوين عن طريق الترشيح (185 مم، 10 حجم المسام ميكرومتر). تجاهل فيلتراتي التولوين.
    5. إزالة التولوين بين عشية وضحاها المخلفات بتدفئة قذائف الجوز في فرن فراغ في 80 ˚C و 50 [مبر].
  3. طحن من قذائف الجوز المستخرج مسبقاً
    1. المكان 7 زرو2 طحن كرات يبلغ قطرها 20 مم في 250 مل طحن وعاء مصنوع من زرو2.
    2. ملء الوعاء مع 40 غ من الجوز الجسيمات. إضافة 60 مل الكحول إلى وعاء الطحن.
    3. أداء طحن قذائف الجوز مع مطحنة كرة دوارة. طحن في 4 دورات من 2 دقيقة طحن في 27 x ز تليها وقفه 4 دقيقة. الحفاظ على درجة حرارة الوعاء أدناه 80 ˚C في أي وقت. إجراء دفعات لا يزيد عن 3 والسماح لتبرد وعاء أسفل بعد ذلك.
    4. جمع الأرض ناعما قذائف الجوز في قارورة مستديرة قاع 500 مل. إزالة الكحول بالتبخر الروتاري في 40 ˚C و 125 [مبر].
    5. الجافة ليلا قذائف الجوز في فرن فراغ في 50 ˚C و 50 [مبر].
    6. منخل الأرض ناعما قذائف الجوز من خلال غربال 1 مم. الأرض الجسيمات التي تكون كبيرة جداً مرة أخرى مع مطحنة الكرة الدوارة.

2-إعداد المواد الخام الخشبية

  1. قطع من ألواح خشبية
    1. وضع ألواح خشبية تحت حفر، وهو مجهز بمثقاب سرعة شقة خشب. جمع نجارة الخشب في كوب زجاج.
    2. ضع نجارة الخشب في طاحونة قهوة قطع منها إلى أجزاء أصغر.
  2. استخراج الأحماض الدهنية من الخشب
    1. تنفيذ استخراج الأحماض الدهنية من الخشب بنفس الطريقة كما هو موضح لقذائف الجوز في الخطوة 1.2.
      ملاحظة: يتم تنفيذ لا طحن الخشب في طاحونة الكرة، حسب الشروط الموضحة في "الخطوة 1-3" لم تؤد إلى خفض حجم الجسيمات.

3-استخراج عالية من اللجنين اثانوسولف β-س-4

  1. استخراج الإيثانول خفيفة (الأسلوب A)
    1. وضع 25 جرام من المواد الخام قارورة مستديرة قاع 500 مل. إضافة خليط إيثانول ومياه 80:20 (200 مل)، 4 مل من محلول HCl 37% (0.24 م) وبار إثارة مغناطيسية لقارورة مستديرة القاع.
    2. إرفاق مكثف ارتداد إلى قارورة مستديرة القاع. الحرارة درجة حرارة الخليط أتريفلوكس مع حمام زيت ح 5 مع قوي التحريك.
    3. السماح الخليط ليبرد لدرجة حرارة الغرفة قبل إزالته من حمام الزيت. تصفية الخليط (185 مم، 10 حجم المسام ميكرومتر) وتغسل البقايا مع 25 مل 4 مرات من الإيثانول.
  2. متابعة العمل وعزله من اللجنين
    1. جمع الخمور في قارورة مستديرة قاع 500 مل. تركيز الخمور بتبخر دوارة في 40 ˚C و 150 [مبر].
    2. حل الصلبة التي يتم الحصول عليها في 30 مل الأسيتون. استخدام حمام الموجات فوق الصوتية إذا لم يحل الصلبة تماما.
    3. يعجل في اللجنين بإضافة الخليط إلى 600 مل من الماء. في حالة حدوث لا هطول الأمطار، إضافة كمية صغيرة من المشبعة مائي Na2حتى4 الحل فلوككولاتي في اللجنين.
    4. جمع في اللجنين عن طريق الترشيح (185 مم، 10 حجم المسام ميكرومتر). أغسل اللجنين مع 25 مل من الماء 4 مرات. تجاهل فيلتراتي إذا كان مطلوباً أي تحليل للكسر هيميسيلولوسي. إذا كان فيلتراتي عكر جداً، إضافة إلى أنبوب الطرد المركزي وجمع الكسر أسفل (الصلبة) باستخدام الطرد المركزي.
    5. السماح اللجنين للهواء الجاف بين عشية وضحاها. جاف اللجنين كذلك في فرن فراغ (بين عشية وضحاها في 50 ˚C و 50 [مبر]).
    6. تحديد العائد بعد اللجنين هو المجففة بين عشية وضحاها في فرن فراغ.
    7. تحديد كفاءة الاستخراج اللجنين بتقسيمه مع محتوى اللجنين مجموع حسبما يقرره الأسلوب كلاسن24.
  3. استخراج الإيثانول درجة حرارة أعلى (الأسلوب B)
    1. وضع 15 غرام من المواد الخام في اﻷوتوكﻻف 250 مل. إضافة خليط إيثانول ومياه 80:20 (120 مل)، 2.4 مل من HCl (0.24 M) وبار إثارة مغناطيسية.
    2. حرارة الخليط في ˚C 120 ح 5 مع التحريك بسرعة 5.2 غ. س تبريد المخلوط بعد ذلك في حمام الثلج.
    3. تصفية الخليط (185 مم، 10 حجم المسام ميكرومتر) وتغسل بقايا 4 مرات مع 15 مل إيثانول.
    4. إجراء متابعة عمل المزيد والعزلة التحديد كما هو موضح في "الخطوة 3، 2".
  4. أكبر مقياس أعلى درجة حرارة الإيثانول استخراج الجوز شل (أسلوب ج *)
    1. وضع ز 90 قذيفة أرضية الجوز ناعما في اﻷوتوكﻻف ضغط العالي ل 1. يضاف خليط إيثانول ومياه 80:20 (750 مل) 6.25 مل ح2وهكذا4 (0.12 متر).
    2. حرارة الخليط في ˚C 120 ح 5 مع التحريك بسرعة 35.8 خ زاي بارد الخليط مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة عن طريق تشغيل المفاعلات نظام التبريد بعد وقت رد الفعل ح 5.
    3. تصفية الخليط (185 مم، 10 حجم المسام ميكرومتر) وتغسل بقايا 4 مرات مع 75 مل إيثانول.
      ملاحظة: باستخدام عوامل تصفية متعددة يوفر الكثير من الوقت.
    4. جمع المشروبات 2 دفعات متساوية. القيام بأعمال المتابعة والعزلة كما هو موصوف كما هو الحال في 3.2 خطوة مع ضعف مبلغ المذيبات لكلا دفعات.
  5. تجارب التحكم في "الخطوة 3، 1". (الأسلوب A *) والخطوة 3، 3. (الأسلوب ب *) (اختياري)
    1. وضع الدقيق في بعض المواد كما هو موضح في الخطوة 3.1.1 لكن استبدال حل HCl مع 1.67 مل ح2هكذا4 (0.12M). باقي الخطوة 3.1-3.2 يماثل الأسلوب A.
    2. وضع الدقيق في بعض المواد كما هو موضح في الخطوة 3.3.1 لكن استبدال حل HCl مع 1.0 مل ح2هكذا4 (0.12M). بقية خطوة 3.3 يماثل الأسلوب B.

4-اثيريفيكاتيون دي من اللجنين (اختياري)

  1. حل 1000 مغ اللجنين في مل 24 من 1:1 1, 4 dioxane/المياه الخليط في قارورة مستديرة قاع 100 مل. أضف 1 مل حل HCl 37% إلى الخليط.
  2. إضافة شريط التحريك وإرفاق مكثف ارتداد إلى قارورة مستديرة القاع. إثارة حرارة المخلوط إلى 100 ˚C مع حمام زيت ح 5 مع نشطة.
  3. السماح الخليط يبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل إزالته من حمام الزيت. إضافة الخليط إلى 160 مل من الماء التعجيل في اللجنين.
  4. جمع اللجنين واسطة الترشيح (185 مم، 10 حجم المسام ميكرومتر) وتغسل اللجنين مع 25 مل من الماء 2 مرات. السماح اللجنين للهواء الجاف بين عشية وضحاها. جاف اللجنين كذلك في فرن فراغ (بين عشية وضحاها في 50 ˚C و 50 [مبر]).

5-تحليل اللجنين

  1. تحليل الرنين المغناطيسي النووي ثنائي الأبعاد (2D-الرنين المغناطيسي النووي)
    1. حل 60 ملغ اللجنين المجففة في 0.7 مل د6-الأسيتون. إضافة بضع قطرات من د2س إذا لا تذوب اللجنين تماما. وضع الخليط في أنبوب الرنين المغناطيسي وأخذ بروتون 2D هيتيرونوكلير الكم واحد التماسك الأطياف (هسقك) مع مطياف الرنين المغناطيسي النووي مع المعلمات التالية: (11-1)، (160-10)، nt = 4، ني = 51220.
    2. تحليل الأطياف هسقك التي تم الحصول عليها. ضبط الأطياف بالتصويبات المرحلة اليدوي على كل محور حتى جميع إشارات إيجابية، كما أن هذا مهم بشكل خاص على طول المحور الأفقي (f2). بإجراء لا تصحيحات خط الأساس. وتعطي مواقف جميع الروابط في خطوة 5.1.3 و 5.1.6.
    3. دمج الإشارات في منطقة العطرية التي تتوافق مع ثلاث وحدات العطرية المختلفة (بروتون الترقيم وفقا الشكل 4). هذه الإشارات في منطقة [(Proton range) (مجموعة الكربون)]:
      S2/6: ([6.48-6.90)(104-109)]
      S '2/6: ([7.17-7.50)(105-109)]
      Sمكثف: ([6.35-6.65)(106-109)]
      ز2: ([6.78-7.14)(111.5-116)]
      ز5: ([6.48-7.06)(115-120.5)]
      ز6: ([6.65-6.96)(120.5-124.5)]
      ح2/6: ([7.05-7.29)(128.5-133)]
      ملاحظة: ح3/5 يتداخل مع الإشارات5 ز، ومن المفترض أن ح2/6 بنفس الكثافة ح3/5. إشارة ز مكثف تتداخل مع ز5. إذا كان لا (أو أي) ز2 و6 ز إشارات موجودة، يشير هذا إلى حدوث التكثف كامل من ز.
    4. حساب كمية الوحدات العطرية مع الصيغة:
      مجموع عطرية = (((ق2/6 + S '2/6)/2) + Sمكثف) + ((ز2 + ز5 ز6-ح2/6)/3) + (ح2/6 /2)
    5. حساب النسبة المئوية للوحدات ز، ح وق مع الصيغ التالية:
      نسبة S = (((ق2/6 + S '2/6)/2) + سكوندينسيد): مجموع العطرية × 100%
      نسبة ز = ((ز2+ ز5ز6-ح2/6)/3): مجموع العطرية × 100%
      نسبة ح = (ح2/6 /2): مجموع العطرية × 100%
    6. إدراج الإشارات في المنطقة الاليفاتيه الإشارات التي تتوافق مع β-س-4 والروابط بيتا بيتا وبيتا-5 و "كيتونات هيبرت". هذه في منطقة [(proton range) (مجموعة الكربون)]:
      Β-س-4α ([4.76-5.10)(73-77.5)]
      Β '-O-4α ([4.44-4.84)(81.5-86)]
      Β-س-4بيتا وبيتا '-O-4بيتا ([4.03-4.48)(85-90.5)]
      Β-س-4γ وبيتا '-O-4γ ([3.10-4.00)(58.5-62)]
      Β-5α ([5.42-5.63)(88-92)]
      Β-5β ([3.36-3.56)(53-54.5)]
      Β-5γ ([3.50-4.00)(62-64.5)]
      Β-βα ([4.59-4.77)(86.5-89.5)]
      Β-ββ ([2.98-3.20)(55.5-59)]
      Β-βγ ([3.75-3.96)(72.5-76)] و [(4.10-4.31)(72.5-76)]
      هونج كونجγ ([4.20-4.30)(66-68)]
      ملاحظة: β-البروتونات β-س-4 وبيتا '-O-4 روابط التداخل. يتم إعطاء زخارف الهيكلية لهذه الروابط في الشكل 1.
    7. العدد الكلي للروابط كل 100 C9 الوحدات جميعا تقوم على الإشارة للبروتون α للروابط. حساب العدد الكلي للروابط مع الصيغ التالية:
      روابط β-س-4 = (β-س-4α + β '-O-4α)/إجمالي x 100 العطرية
      # Β-5 الروابط = β-5α /إجمالي x 100 العطرية
      Β-βالروابط = β βα /إجمالي x 100 العطرية
  2. هلام تخلل التحليل اللوني (المؤتمر الشعبي العام)
    1. حل 10 مغ اللجنين المجففة في 1 مل من رباعي هيدرو الفوران (THF) (مع قطره تولوين كمعيار الداخلية). تصفية هذا الخليط من خلال عامل تصفية حقنه 0.45 ميكرومتر في قنينة أوتوسامبلير مع مدخل تخفيض حجم 0.3 مل. أغلق القنينة أوتوسامبلير بحد أقصى.
    2. حقن 20 ميكروليتر من العينة THF حزب المؤتمر الشعبي العام. معالجة البيانات التي تم الحصول عليها.
    3. تصحيح الإشارات التي تم الحصول عليها للإشارة المرجعية (التولوين). حدد وحدة التخزين شطف للنطاق الصحيح (~ 200-10000 دا). حساب التوزيع الجماعي بواسطة البرنامج.

6-ديبوليميريزيشن ليجنينس إلى الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس)

  1. مكان 50 مغ من اللجنين المجففة في قنينة الموجات الدقيقة 20 مل كرد فعل السفينة مجهزة محرض مغناطيسي. إضافة مل 0.85 dioxane 1، 4، 50 ميليلتر من غليكول الإيثيلين في 1، 4-ديوكساني (0.54 مل/مل) و 50 ميليلتر من أوكتاديكاني (الداخلية القياسية) في 1، 4-ديوكساني (26 مغ/مل).
  2. إغلاق وعاء التفاعل والحرارة الحل إلى 140 درجة مئوية بينما التحريك في ز 3.8 x.
  3. عندما تصل السفينة رد فعل إلى 140 درجة مئوية، إضافة 50 ميليلتر من اللوبي الحديد (III)3 في 1، 4-ديوكساني (0.1 g/mL).
  4. يقلب المفاعل لمدة 15 دقيقة.
  5. تبريد المفاعل إلى درجة حرارة الغرفة وإزالة السائل ديبوليميريزيشن كما هو موضح في "الخطوة 7، 1".

7-أعمال المتابعة و "التحليل للخلائط ديبوليميريزيشن"

  1. تصفية السائل عبر سليت (النفاذية: 2.60-6-50 دارسي؛ وحجم الجسيمات: 150 مش تايلر؛ والاحتفاظ منخل (140 م الولايات المتحدة): 2.0-25.0%)، وجمع في أنبوب الطرد مركزي 2 مل.
  2. تركز بين عشية وضحاها السائل على 35 درجة مئوية في فراغ مركز دوران.
  3. استخراج النفط/الصلبة النهائية مع الإجراء التالي:
    1. تعليق وتضخم هذه البقايا في 0.15 مل الميثان (DCM) عن طريق خلط واسعة (من دوامة)، 15 دقيقة من سونيكاتيون و 30 دقيقة في عجلة التلقائي.
    2. الطرد المركزي في النماذج ليصل إلى 10 s باستخدام أجهزة الطرد مركزي منضدية مينيسبين للتأكد من أن السائل في الجزء السفلي من الأنبوب (سرعة الطرد المركزي: g 671 x).
    3. إضافة 0.75 مل والتولوين والمزيج على نطاق واسع (بواسطة sonication دوامة و 10 دقيقة).
    4. الطرد المركزي في النماذج ليصل إلى 10 s باستخدام أجهزة الطرد مركزي منضدية مينيسبين (سرعة الطرد المركزي: g 671 x) التأكد من أن السائل في الجزء السفلي من الأنبوب.
    5. فصل السائل العضوية الخفيفة من المخلفات الصلبة أو سميكة الزيتية وتصفية هذا السائل على المكونات سليت وجمع في قنينة زجاج.
      ملاحظة: يتم تكرار هذا الإجراء لتعليق/الغسيل ثلاث مرات، ويستخدم في استخراج آخر، 0.5 مل تولوين.
  4. تركز مراحل العضوية مجتمعة بتبخر دوارة (40 ˚C، 20 [مبر]).
  5. حل بقايا زيتية في 1 مل DCM للفصل اللوني للغاز لهب التأين (GC-FID) للكشف عن التحليل.
  6. أداء GC-FID استخدام النشرة المصورة عمومية مجهزة هيليوم FID الكاشف واستخدامها كالغاز الناقل. الإعدادات القياسية: 1 ميليلتر الحقن، وتقسيم حصة تموينية من 50: 1، وتدفق هليوم من 0.95 مل/دقيقة جهاز تجهيز GC مع عمود HP5 (30 م × 0.25 مم × 0.25 ميكرومتر) وتشغيل باستخدام ملف تعريف درجة حرارة التي تبدأ مع 5 دقيقة 60 درجة مئوية الايسوثرم. متابعة طريق منحدر في دقيقة 10 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة إلى 260 درجة مئوية. تعقد هذه الحرارة لمدة 20 دقيقة.
  7. دمج القمم في الأطياف يدوياً. زمن الاحتفاظ بالقمم كالتالي: أوكتاديكاني (21.4 دقيقة)، ح-أسيتال (19.5 دقيقة)، ز-أسيتال (20.8 دقيقة)، S-أسيتال (23.4 دقيقة). استخدام القيم التي تم الحصول عليها في الخطوة 7.8 لإجراء التقدير الكمي.
  8. إجراء التحديد الكمي أسيتال ز، الذي يرتكز على منحنى معايرة مع استخدام معزولة مجمع القياسية لمعايير داخلية (أوكتاديكاني).
    ملاحظة: منحنى المعايرة: Equation 1 (ص2= 0,9991)
    ز-أسيتال الغلة:Equation 2
    استناداً إلى السابقة نتائج9،،من2123 يقدر عامل استجابة أسيتال ح وق 2.19 و 1.82، على التوالي.

Representative Results

في الشكل 2، تظهر المواد الخام التي يتم الحصول عليها بعد المعالجة (العمود الأيمن). تم الحصول على جميع المواد الخام كرقائق صغيرة الحالية وبصرف النظر عن الخشب الزان، التي تم اقتناؤها كملامح من حجم الجسيمات مناسبة لاستخراج. Lignins تم الحصول عليها بعد إظهار استخراج طائفة واسعة من الألوان وأحجام الجسيمات. عادة ما تكون ليجنينس التي تم الحصول عليها من العلاجات معتدل (الأسلوب A والعمود الثاني الرقم 2) الأحمر/الوردي اللون والمكتسبة كرقائق صغيرة. عندما تكون الشروط أقسى التطبيقية (أساليب باء وجيم)، ليجنينس التي تم الحصول عليها بلون براون/البنى أصفر (العمود الثالث والرابع الشكل 2). زيادة الغلة لكل عمليات الاستخراج أداء تحت أقسى الظروف (طرق ب وج*) مقارنة بظروف أكثر اعتدالا (رد فعل مخطط في الشكل 1، النتائج في الجدول 1). وكان هذا التأثير أعمق بكثير للجوز (زيادة 10.2 في المائة) والزان (زيادة 8.5 ٪) والأرز الخشب (زيادة 5.1 في المائة) مقارنة بخشب الصنوبر (زيادة 0.5% فقط). استناداً إلى محتوى اللجنين من الكتلة الأحيائية قبل استخراج (40.3 في المائة للجوز، 28.6 في المائة للصنوبر25، 18.8% الزان25 و 35.1 في المائة للأرز25)، كفاءة استخراج اللجنين من الخشب الزان مرتفع خاصة (73.9 في المائة)، بينما تم الحصول على كفاءة الاستخراج أقل مصادر أخرى. أساليب أ * وب *، تجارب التحكم مع حمض الكبريتيك لأساليب A و B، أظهر مسح بعض الاختلافات في استخراج العائد. استخراج معتدل من قذائف الجوز مع حمض الكبريتيك (الأسلوب A *) أعطى فقط عائد منخفضا جداً من 2.6 في المائة، وأدنى بشكل ملحوظ من الاستخراج مع حمض الهيدروكلوريك (الأسلوب A) (2.6 في المائة و 5.0 في المائة). بيد مع أقسى ظروف استخراج، الاستخراج مع حمض الكبريتيك (الأسلوب ب *) يظهر عائد أعلى مقارنة بحامض الهيدروكلوريك (الأسلوب ب) (19.3 في المائة و 15.2 في المائة)، ولكن تجدر الإشارة إلى أن آثار السكر موجودة في المنتج التي تم الحصول عليها عن طريق استخراج مع حمض الكبريتيك.

من تحليل الرنين المغناطيسي ليجنينس مختلفة (على سبيل المثال المبين في الشكل 4)، حددت نسبة H/G/S وكمية من الروابط (الجدول 1). بسبب التداخل بين β و γ-البروتونات β-س-4 وبيتا في '-O-4 الربط، ومقدار الروابط هو كمياً باستخدام α-البروتونات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصحيح ز5/6 و3/5 ح إشارات التداخل لكن هذه عن طريق ضبط نسب استخدام الإشارات2/6 ح تبعاً لذلك. أيضا، يتم تحديد إشارة تناظر γ-البروتونات "كيتونات هيبرت" وإشارة للمؤكسد S الوحدات، التي يرجح أن سببها اللجنين نهاية-المجموعات،.

وتبين النسب التي تم الحصول عليها من الرنين المغناطيسي النووي أن توفر عمليات الاستخراج مع الأسلوب ب عموما اللجنين مع محتوى S أعلى مقارنة بتلك التي مع الأسلوب A في هذه القضية أن المواد الأصلية التي تحتوي على وحدات S. كما توفر الاستخراج مع الأسلوب ب اللجنين مع كمية أقل من مجموع الروابط β-س-4 مقارنة بالأسلوب A، مما يشير إلى زيادة تدهور على الزيادة في درجة الحرارة. واستثناء هو اللجنين الجوز التي تم الحصول عليها من طرق أساليب A و B التي كان مبلغ إجمالي β-س-4 روابط مشابهة جداً. إنقاص عدد الروابط بيتا بيتا وبيتا-5 عندما يتم تطبيق شروط أقسى، أن كان ذلك بدرجة أقل. بالإضافة إلى ذلك، كشف الرنين المغناطيسي النووي أن جميع ليجنينس تم الحصول عليها بعد استخراج الإيثانول أظهرت درجة من التعديل الهيكلي للربط β-س-4. هذه قد ~ 50 في المائة على الأقل الاستعاضة في مجموعة α-أوه، أدى إلى β α-اثوكسيلاتيد '-O-4 الربط. استخراج اللجنين يبين إمكانية تكرار نتائج عالية، مما قد ثبت عن طريق إجراء استخراج الجوز قذائف (الأسلوب A) خفيفة 4 مرات. خاصة، الانحراف في العدد الإجمالي لروابط β-س-4 ملحوظة صغيرة. متى تم تنفيذ الاستخراج تحت أقسى الظروف (أساليب باء وجيم)، النسبة المئوية لزيادة α-اثوكسيليشن. في هسقك أطياف اللجنين الزان المستخرجة في أقسى الظروف (أسلوب B)، إشارة S مكثف هو مرئي، الذي يناسب تماما مع الكبيرة نقصان مبلغ روابط β-س-4. إجراء استخراج الجوز يظهر مقياس طلقاء (أسلوب ج *) انخفاضا كبيرا لجميع الروابط ومرئياً بإشارة S مكثف في أطياف هسقك. العائد المرتفع نسبيا لاستخراج الأرز في ظروف معتدلة (الأسلوب A) بسبب وجود كمية كبيرة من الأحماض الدهنية. تجارب التحكم مع حمض الكبريتيك أعطى فكرة جيدة في تأثير الحامض على تكوين اللجنين التي تم الحصول عليها. مع شروط استخراج خفيفة (* متحدة)، حصل اللجنين نقية جداً التي كانت مشابهة في تكوينها بالمقارنة مع غيرها من الاستخراج خفيفة (متحدة). مبلغ أقل إلى حد ما من روابط β-س-4 يمكن أن يعزى إلى إدماج أقل كفاءة من الإيثانول إطار اللجنين، مما أدى إلى عدد أقل من بيتا '-O-4 روابط. في أقسى الظروف الاستخراج (الأسلوب ب *)، أعمق بكثير الخلافات مع اللجنين التي تم الحصول عليها مقارنة مع اللجنين التي تم الحصول عليها من قذائف الجوز المستخرج وجود حمض الهيدروكلوريك (أسلوب B). العدد الكلي للروابط β-س-4 يدل على انخفاض حاد (35 و 74، على التوالي) ويبين اللجنين التي تم الحصول عليها مع حمض الكبريتيك على كمية عالية من التكثيف في منطقة العطرية (48 في المائة)، التي تم تحديدها بواسطة دمج الإشارات المناظرة S مكثف وزمكثف (الخطوة 5.1.3). يمكن أن يعزى هذا كمية عالية من التكثيف كاملا لحامض الكبريتيك، كالمنتجات التي تم الحصول عليها من استخراج نفس مع حمض الهيدروكلوريك أظهر لا التكثيف في منطقة العطرية. يظهر تكوين المنتج التي تم الحصول عليها في قاسية أكبر نطاق الاستخراج (أسلوب ج *) لا يوجد فرق كبير مع المنتج التي تم الحصول عليها على نطاق أصغر (الأسلوب ب *). الفرق الكبير الوحيد هو مقدار أقل من التكثيف في منطقة العطرية في الاستخراج على نطاق واسع (9%)، ومن ثم قدرا أعلى من روابط β-س-4. يمكن أن يكون سبب هذا الفرق الفرق بين أجهزة اﻷوتوكﻻف مختلفة في التشكيل الجانبي لتدفئة.

كما حللت lignins بحزب المؤتمر الشعبي العام (الشكل 5) لتوفير رؤية في الوزن الجزيئي (الجدول 2). وتكشف هذه أن في عندما يتم تطبيق أقسى ظروف استخراج (أسلوب B)، زيادة وزن متوسط الوزن الجزيئي (مث) وبوليديسبيرسيتي لجميع المصادر. عدد متوسط الوزن الجزيئي (من) بين شروط استخراج قابلة للمقارنة لكل مصدر. عموما، أن هذه النتائج تظهر أن أقسى ظروف استخراج أثرا مضاعفاً، ويتم استخراج الشظايا الكبيرة بالإضافة إلى تفاصيل إضافية من هذه الأجزاء.

لبعض التطبيقات، تشكيل بيتا '-O-4 الربط غير مرغوب فيه، على سبيل المثال، عند تطبيق أساليب ديبوليميريزيشن التي تعتمد على أكسدة بينزيليك (α) هيدروكسيل مجموعة26،،من2728. تحويل بيتا '-O-4 الربط بين اللجنين اثانوسولف العادية β-س-4 روابط تم الإبلاغ عنها سابقا20 وأجريت مع دفعة اللجنين التي تم الحصول عليها من قذائف الجوز الذي يماثل اللجنين التي تم الحصول عليها من قذائف الجوز التي ذكرت في هذا ورقة (الشكل 6). هذا اللجنين يتألف من روابط β-س-4 الأصلي 30 و 39 α-اثوكسيلاتيد β '-O-4 الروابط (34 و 38 الروابط، على التوالي اللجنين في هذه الورقة). اثيريفيكيشن دي تحويل تقريبا جميع الروابط α-اثوكسيلاتيد إلى البنية الأصلية كما اللجنين التي تم الحصول عليها وتتألف من 57 بيتا-س-4 روابط وفقط 3 β α-اثوكسيلاتيد '-O-4 الروابط، تبين خسارة صغيرة في العدد الإجمالي للوحدات β-س-4. وكان كتلة اللجنين 72% اللجنين الأصلي، الذي هو أساسا الناجمة عن فقدان مجموعة إيثيل.

لإظهار إمكانيات اللجنين لإنتاج مونومرات العطرية عن طريق معتدل ديبوليميريزيشن، أسيدوليسيس رييشنز مع Fe(OTf)3 حضور جليكول تم تنفيذها (الشكل 7). رد الفعل هذا غلة ثلاث مختلفة الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس) التي تتصل ح، ز وق الوحدات الموجودة في اللجنين. ويبين الجدول 3 عائد أسيتالس S، وزاي، وحاء والغلة الإجمالية وترد في الشكل 8. أنها تظهر أن طريقة استخراج اللجنين له أثر كبير يجري عائد أسيتالس. يتم الحصول على تدني المحاصيل اللجنين المستخرجة باستخدام أقسى الظروف (الأسلوب ب). ومن المرجح نتيجة لتعديل أكثر (نسبة أعلى من α-اثوكسيليشن) مكثف الهيكل كما هو موضح في الفقرة السابقة.

وتتجلى الأهمية β-س-4 وحدات بتوفير الارتباطات إلى الغلة مونومر في ديبوليميريزيشن مثل كما وردت في البروتوكول (الشكل 9). اتجاه واضح مرئياً من النظر في محتوى β-س-4 مجموع والروابط β-س-4 غير اثيريفيد، حيث ينتج محتوى β-س-4 أعلى عموما أعلى عائد الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس) وما يتفق مع النتائج السابقة21 . عند النظر في β اثيريفيد '-O-4 الروابط، الاتجاه واضح أيضا، تبين أن العائد ديبوليميريزيشن لا تتصل بعدد β'-O-4 روابط. تحت شروط رد الفعل، يمكن أن تكون الروابط β-س-4 اثيريفيد دي اثيريفيد ولكن هذه الخطوة الإضافية يؤدي إلى فقدان المواد، كما تم وصفه سابقا.

وبوجه عام، تصحيح العائد ديبوليميريزيشن مونومر لمحصول استخراج اللجنين، النتائج التالية يمكن الحصول على (الجدول 4). تظهر هذه أن مقارنة أساليب أ وب، عموما كميات أعلى من أسيتال يمكن الحصول عليها بأقسى استخراج توفير غلات اللجنين العام يليه ديبوليميريزيشن (أقل انتقائية). ومع ذلك، تظهر نتائج pinewood أيضا أن الأمر يعتمد على مصدر طاقة الكتلة الأحيائية أن الزيادة في شدة استخراج لا تنص على زيادة غلة كبيرة. الاحتفاظ بهيكل β-س-4 المفضل لهذا النوع من الخشب لإعطاء غلات الفينولية عموما 2-فينيلميثيل-1، 3-ديوكسولاني (أسيتالس).

Figure 1
الشكل 1 . التركيبات الكيميائية للمنتجات التي تم الحصول عليها- (أ) المشتركة زخارف الهيكلية كهذا في هيكل اللجنين. (ب) حمض حفزت اللجنين ديبوليميريزيشن جنبا إلى جنب مع تعويض أسيتال للحصول على الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 . الحصول على اللجنين من المواد الأولية المختلفة. صورة الخامات السليلوز المختلفة الأربعة بعد المعالجة (الخطوات 1 و 2) وليجنينس التي تم الحصول عليها بعد استخراج أورجانوسولف في ظروف مختلفة (الأسلوب A-الخطوة 3-1، الأسلوب أسلوب ج * والخطوة ب 3.3-الخطوة 3، 4). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 . رد فعل مخطط لاستخراج اثانوسولف. لمحة عامة عن الروابط التي تم الحصول عليها: β-س-4 (R '= ح)، β'-O-4 (R ' = Et)، بيتا بيتا وبيتا-5. شروط: (أ) 80 ˚C، 0.24 M HCl (الخطوة 3.1)، ˚C (ب) 120، 0.24 M HCl (الخطوة 3، 3)، (ج *) 120 ˚C، 0.12 "م ح"2حتى4 (الخطوة 3، 4) والتحكم في تجربة أ * وب * (الخطوة 3، 5). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 . تحليل هسقك من اللجنين- قياس تحديد جميع اللجنين الروابط مع 2D-هسقك اللجنين التي تم الحصول عليها من قذائف الجوز استخدام العلاج الخفيف (الخطوة 3.1). الإشارات عن هونج كونجγ و S ' تضخيم2/6 لجعلها مرئية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 . الوزن الجزيئي اللجنين- حزب المؤتمر الشعبي العام من الرسوم البيانية من ليجنينس التي تم الحصول عليها مقسمة حسب المصدر ( = الجوز، ب = الصنوبر الخشبية، ج = الخشب الزان ود = خشب الأرز). الخطوط التي تتوافق مع عينات مختلفة كمعطى الجدول 2. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الرقم 6 . دي اثيريفيكيشن اللجنين- رد فعل مخطط من اثيريفيكيشن دي من اللجنين اثانوسولف التي تم الحصول عليها من خشب الجوز قذائف (الخطوة 4). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- 

Figure 7
الشكل 7 . ديبوليميريزيشن اللجنين إلى أسيتالس- رد فعل مخطط ديبوليميريزيشن اللجنين إلى الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس). وحدة ح: ص1 = ص2 = ح؛ وحدة ز: ص1 = OMe، ص2 = ح؛ وحدة ثانية: ص1 = ص2 = OMe (الخطوة 6). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الشكل 8 . أسيتال الغلة لكل مصدر- غلة الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس) التي تم الحصول عليها من ديبوليميريزيشن اللجنين من مصادر مختلفة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 9
الرقم 9 . تأثير الروابط β-س-4 على العائد أسيتال. غلة الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولانيس (أسيتالس) التي تم الحصول عليها من اللجنين ديبوليميريزيشن مقارنة إجمالي β-س-4 (أزرق)، غير اثيريفيد β-س-4 (برتقالي) واثيريفيد β-س-4 (رمادي) المحتوى في المواد الخام اللجنين. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

المصدر الشروط العائد (%) استخراج الكفاءة (نسبة مئوية)1 نسبة S/G/H مجموع β-س-4 Β-س-4 Β '-O-4 Β-Β Β-5
خشب الجوز 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
خشب الجوز أ * 2.6 6.5 47/45/8 53 32 21 9 4
خشب الجوز ب 15.2 37.7 59/37/4 74 20 54 9 6
الجوز2 ب * 19.3 47.9 75-25/0 35 5 30 7 3
الجوز2 ج * 16.2 40.2 65/33/2 45 10 35 8 3
باين A 3.5 12.2 0/> 99/< 1 59 22 37 0 14
باين ب 4.0 14.0 0/> 99/< 1 46 7 39 0 8
الزان A 5.4 28.7 63-37/0 82 43 39 12 5
الزان3 ب 13.9 73.9 83-17/0 45 11 35 9 2
أرز A 6.4 18.2 0/> 99/< 1 64 28 36 0 6
أرز ب 11.5 32.8 0/> 99/< 1 41 7 34 0 7

الجدول 1. نتائج الاستخراج اثانوسولف. الحصول على غلة، إجراء التوزيع العطرية والروابط للاستخراج مختلفة على الكتلة الأحيائية. * حمض الكبريتيك كحامض. 1 عائد اللجنين (wt%)/Lignin المحتوى في المواد الخام حسبما يقرره عزم اللجنين كلاسن. 2 Hemicellulose ومكثف S موجودة في المنتج. 3يتم تكثيفه 32% S-الوحدات.

المصدر الشروط من (g/mol) ث م (g/mol) Ð
خشب الجوز A 1096 1805 1.65
خشب الجوز ب 1174 2934 2.50
خشب الجوز ج * 1248 2930 2.35
باين A 1331 3071 2.31
باين ب 1319 3596 2.73
الزان A 1645 3743 2.28
الزان ب 1368 4303 3.14
أرز A 860 1626 1.89
أرز ب 1188 3292 2.77

الجدول 2: الأوزان الجزيئية من ليجنينس التي تم الحصول عليها.

المصدر الشروط العائد (%) نسبة S/G/H مجموع β-س-4 S أسيتال (wt %) ز أسيتال (wt %) ح أسيتال (wt %) أسيتال إجمالي العائد (wt %)
خشب الجوز A 5.0 45/46/9 72 4.5 5.9 2.1 12.5
خشب الجوز ب 15.2 59/37/4 74 3.6 4.7 1.0 9.3
خشب الجوز ج * 16.2 65/33/2 45 3.8 3.9 0.6 8.3
باين A 3.5 0/> 99/< 1 59 0 9.9 0.3 10.2
باين ب 4.0 0/> 99/< 1 46 0 1.1 0 1.1
الزان A 5.4 63-37/0 82 7.7 6.7 0 14.4
الزان ب 13.9 83-17/0 45 3.6 3.4 0 7.0
أرز A 6.4 0/> 99/< 1 64 0 8.1 0.1 8.2
أرز ب 11.5 0/> 99/< 1 41 0 4.7 0 4.7

الجدول 3: أسيتال غلة من اللجنين ديبوليميريزيشن- غلة الفينولية 2-أريلميثيل-1، 3-ديوكسولونيس (أسيتالس) التي تم الحصول عليها من ديبوليميريزيشن اللجنين من مصادر مختلفة. الشروط: اللجنين 50 ملغم، وزن 60% جليكول، 10% wt Fe(OTf)3، والمذيبات: 1، 4-ديوكساني، 140 درجة مئوية (إجمالي حجم 1 مل،) 15 دقيقة (الخطوة 7).

المصدر الشروط اللجنين استخراج العائد (%) Β-س-4 Β '-O-4 مجموع β-س-4 أسيتال إجمالي العائد (wt %) العائد أسيتال الشامل المصوبة اللجنين استخراج العائد (wt %)1
خشب الجوز A 5.0 34 38 72 12.5 0.63
خشب الجوز ب 15.2 20 54 74 9.3 1.41
خشب الجوز ج * 16.2 10 35 45 8.2 1.33
باين A 3.5 22 37 59 10.2 0.36
باين ب 4.0 7 39 46 1.1 0.04
الزان A 5.4 43 39 82 14.4 0.78
الزان ب 13.9 11 35 45 6.9 0.96
أرز A 6.4 28 36 64 8.2 0.52
أرز ب 11.5 7 34 41 4.7 0.54

الجدول 4: عموما تصحيح الغلة أسيتال مع استخراج الغلة. غلة الفينولية 2-أريلميثيل--1.3-ديوكسولانيس (أسيتالس) التي تم الحصول عليها من ديبوليميريزيشن اللجنين من مصادر مختلفة المصوبة لاستخراج اللجنين عائد. 1 الحساب: 100 *(lignin yield/100) * (مجموع أسيتال الغلة/100). الشروط: اللجنين 50 ملغم، وزن 60% جليكول، 10% wt Fe(OTf)3، والمذيبات: 15 دقيقة (رد فعل عن طريق الخطوة 6) وحتى العمل عن طريق الخطوة 7، 1، 4-ديوكساني، 140 درجة مئوية.

Discussion

وتكشف النتائج المستخرجة في ظروف مختلفة ومن مصادر مختلفة من الكتلة الحيوية كيف الظروف المثلى لاستخراج اللجنين ذات محتوى مرتفع نسبيا من الروابط β-س-4 يمكن أن تختلف تبعاً للمصدر. على سبيل المثال، استخراج الجوز في أقسى الظروف (الأسلوب ب) يوفر زيادة بنسبة ثلاثة إضعاف في الغلة مع احتفاظ قريب بمقدار β-س-4 وحدات، بينما الزان والأرز يزيد الغلة لكن هو مصحوبا بانخفاض كبير في كمية β-س-4 وحدات. من ناحية أخرى، للصنوبر، أقسى ظروف استخراج فائدة قليلة جداً في الغلة، ويؤدي أيضا إلى اللجنين مع كمية قليلة جداً من β-س-4 وحدات. وهذا يعني أن عادة شكلاً من أشكال التحسين يجب أن تكون المشاركة الحصول على التوازن الصحيح بين الغلة اللجنين والنوعية في شكل الاحتفاظ بمبلغ β-س-4 وحدات في مادة اللجنين التي تم الحصول عليها.

الزيادة الكبيرة في مث مادة اللجنين التي تم الحصول عليها من أقسى ظروف استخراج يوضح أنه في ظل هذه الظروف الشظايا الكبيرة يمكن استخراجها توفير مردود أعلى. ومع ذلك، في هذه الظروف، تجزئة إضافية يحدث، توفير مواد إضافية بانخفاض الوزن الجزيئي، ومما يزيد في بوليديسبيرسيتي كما يمكن رؤيتها بوضوح في الرسوم البيانية من الجوز (الشكل 5a) والأرز (الشكل 5 د) المؤتمر الشعبي العام في شكل الإشارة في دا ~ 500.

هسقك الرنين المغناطيسي النووي أداة إعلامية هامة تقديم بيانات مقارنة عن نوعية ليجنينس مختلفة. تجدر الإشارة إلى أن في هذا الإجراء هو إجراء تجربة هسقك قياسية، هذا شيء عظيم للحصول على بيانات مقارنة لكن ليست بالضرورة الكمية نظراً للاختلافات في أوقات الاسترخاء. يتم المبالغة في تقدير كمية عالية من الروابط المعروضة لبعض ليجنينس في الجدول 1 . الكمية هسقك تجارب توفير نتائج أفضل ولكن التكلفة إلى حد كبير المزيد من الوقت الرنين المغناطيسي، على الرغم من وجود بدائل29. في تجربتنا، ينبغي تقسيم الأرقام في الجدول 1 بمقدار 1.3 تعكس على نحو أفضل المبلغ الفعلي للوحدات β-س-4 لكل 100 وحدة العطرية.

كما ذكر آنفا، تشير النتائج المبلغ عنها إلى كيفية إيجاد الظروف المثلى يمكن أن تختلف تبعاً للمصدر بغية الحصول على غلة مونومر الحد الأقصى. على سبيل المثال، عندما يتم استخدام الجوز كمواد البدء، أسيتالس إجمالي العائد الزيادات حوالي مرتين إذا كانت ظروف أقسى (الأسلوب ب) تستخدم لاستخراج اللجنين. ولكن هذا يرجع أساسا إلى الاختلاف الكبير في اللجنين استخراج العائد، دون التأثير على محتوى β-س-4. بشكل مختلف، عندما يستخدم الصنوبر شروط استخراج أكثر اعتدالا (الأسلوب A) الأفضل. وفي الواقع، اللجنين استخراج النتائج في غلة مشابهة جداً في حالتين ولكن ظروف أقسى يتسبب ذلك في انخفاض β-س-4 وحدات (خاصة غير اثيريفيد β-س-4 روابط) التي يمكن أن تكون السبب في هذا محصول مونومر منخفضة، كما هو مبين في الفقرة السابقة. ويمكن ملاحظة خسارة كبيرة للروابط غير اثيريفيد β-س-4 كذلك في حالات الزان والأرز إذا طبقت شروط (أسلوب B) لاستخراج الأمر الذي ربما يؤدي إلى انخفاض عائد مونومرات. ومع ذلك، العائد أسيتال عموما لا تختلف كثيرا تبعاً لظروف استخراج. في الواقع، هو ملاحظة زيادة شقين تقريبي في اللجنين استخراج العائد لكل مصادر الكتلة الحيوية التحول من أساليب أ ب الذي يعوض عن انخفاض الغلة مونومر تقريبا من شقين.

Disclosures

واضعي التقرير لا تضارب في المصالح

Acknowledgments

ومولت الأعمال الاتحاد الأوروبي (ماري كوري ITN 'سوبيكات' بيتن-GA-2013-607044، وحزب العدالة والتنمية، وكيلو بايت وججدف)، بالإضافة إلى الدعم المالي من "مجلس البحوث الأوروبية"، منسق الإغاثة الطارئة في منحة ابتداء من عام 2015 (كاتاسوس) 638076 (إعلانات وكيلو بايت)، وبرنامج البحوث المواهب مخطط (على) مع رقم المشروع 723.015.005 (كيلو بايت)، الذي يمول جزئيا من "منظمة هولندا" للبحث العلمي (NWO).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Materials
Iron (III) triflate Sigma Aldrich 708801-1G purity: 90%
Octadecane Sigma Aldrich 0652-100G purity: 99%
Celite Alfa Aesar H33152.0B
Silica Gel SiliCycle R12030B-1KG P60 40-63 μm
Dichloromethane Macron Fine Chemicals 6779-25
Walnut shells
Pine wood
Cedar wood
Beech wood
Ethanol JT Baker Chemicals 00832000001 Ethanol absolute
Isopropanol Acros Organics 149320025 99.5+% extra pure
Acetone Macron Fine Chemicals 2440-06
Tetrahydrofuran Boom B.V. 164240025 stabilized with BHT
Toluene Macron Fine Chemicals 8608-02
Water Demi water from the internal supply
1,4-Dioxane Acros Organics 408820010 99+% extra pure
Hydrochloric acid Acros Organics 124620026 37% solution in water
Sulfuric acid Boom B.V. 760519081000 95-97%
Acetone-d6 Acros Organics 325320500 99.8 atom% D
Deuterium oxide Sigma Aldrich 151882-100G 99.9 atom% D
Filters Munktell 400303185 185 mm diameter, 10 μm pore size
Magnetic stirring bars VWR 442-4525
Syringe filter Sartorius 17559-Q 0.45 μm filter
Autosampler vial (2 mL) Brown 151123
Reduced volume inlet (0.3 mL) Brown 150820
Autosampler caps (11 mm) Brown 151216
Autosampler vial crimper
Oil bath
Syringes (1 mL) Henke Sass Wolf 4010-200V0
Heating block-4 positions IKA
Micro tubes 2 ml Sarstedt 72691
Crimp seals-20 mm Brown Chromatography Supplies 151287 with Silicone/PTFE septa
Equipment
Rotary Ball Mill Fritsch 06.2000.00 Laboratory Planetary Mono Mill PULVERISETTE 6
Hammer mill Brabender
Micro Hammer mill Brabender
Vacuum oven Heraeus Heraeus Vacutherm
Reflux setup and other glassware CBN Suppliers B.V. Reflux condensor, Roundbottom flask, Beaker glass and funnels
Rotary evaporator IKA
250 mL high pressure autoclave Berghof
1 L high pressure autoclave Medimex
Ultrasonic bath Emerson type Branson 3210
NMR instrument Bruker Ascend 600
THF-GPC Hewlett Packard 1100 series
Magnetic stirring plate SalmenKipp SK861492220263 type x-1250
Coffee grinder Profi Cook PC-KSW1021
Drilling machine Solid type TB 13 S
GC-FID Shimadzu
BUCHI Reveleris PREP purification system  Buchi
BUCHI C18 column  Buchi 150 mm × 21.2 mm × 10 μm
20 ml microwave vials ???
Univapo 150 ECH rotational vacuum concentrator UniEquip
Eppendorf minispin tabletop centrifuge  Eppendorf
SB2 rotator Stuart
Vortex Wilten
Processing Software
WinGPC Unichrom
MestReNova

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tuck, C. O., Pérez, E., Horváth, I. T., Sheldon, R. A., Poliakoff, M. Valorization of Biomass: Deriving More Value from Waste. Science. 337, 695-699 (2012).
  2. Ragauskas, A. J., et al. Lignin Valorization: Improving Lignin Processing in the Biorefinery. Science. 344, 709-719 (2014).
  3. Sun, Z., Fridrich, B., de Santi, A., Elangovan, S., Barta, K. Bright Side of Lignin Depolymerization: Toward New Platform Chemicals. Chemical Reviews. 118 (2), 614-678 (2018).
  4. Schutyser, W., Renders, T., Van den Bosch, S., Koelewijn, S. F., Beckham, G. T., Sels, B. F. Chemicals from lignin: an interplay of lignocellulose fractionation, depolymerization, and upgrading. Chemical Society Reviews. 47 (3), 852-908 (2018).
  5. Kärkäs, M. D., Matsuura, B. S., Monos, T. M., Magallanes, G., Stephenson, C. R. J. Transition-metal catalyzed valorization of lignin: the key to a sustainable carbon-neutral future. Organic & Biomolecular Chemistry. 14 (6), 1853-1914 (2016).
  6. Deuss, P. J., Barta, K. From models to lignin: Transition metal catalysis for selective bond cleavage reactions. Coordination Chemistry Review. 306, 510-532 (2016).
  7. Yokoyama, T. Revisiting the Mechanism of β-O-4 Bond Cleavage During Acidolysis of Lignin. Part 6: A Review. Journal of Wood Chemistry and Technology. 35 (1), 27-42 (2014).
  8. Sturgeon, M. R., et al. A Mechanistic Investigation of Acid-Catalyzed Cleavage of Aryl-Ether Linkages: Implications for Lignin Depolymerization in Acidic Environments. ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2 (3), 472-485 (2014).
  9. Deuss, P. J., Scott, M., Tran, F., Westwood, N. J., de Vries, J. G., Barta, K. Aromatic monomers by in situ conversion of reactive intermediates in the acid-catalyzed depolymerization of lignin. Journal of the American Chemical Society. 137 (23), 7456-7467 (2015).
  10. Jastrzebski, R., Constant, S., Lancefield, C. S., Westwood, N. J., Weckhuysen, B. M., Bruijnincx, P. C. A. Tandem Catalytic Depolymerization of Lignin by Water-Tolerant Lewis Acids and Rhodium Complexes. ChemSusChem. 9 (16), 2074-2079 (2016).
  11. Kaiho, A., Kogo, M., Sakai, R., Saito, K., Watanabe, T. In situ trapping of enol intermediates with alcohol during acid-catalysed de-polymerization of lignin in a nonpolar solvent. Green Chemistry. 17 (5), 2780-2783 (2015).
  12. Huang, X., Zhu, J., Korányi, T. I., Boot, D. B., Hensen, E. J. M. Effective Release of Lignin Fragments from Lignocellulose by Lewis Acid Metal Triflates in the Lignin-First Approach. ChemSusChem. 9 (23), 3262-3267 (2016).
  13. Kaiho, A., Mazzarella, D., Satake, M., Kogo, M., Sakai, R., Watanabe, T. Construction of di(trimethylolpropane) cross linkage and phenylnaphthalene structure coupled with selective β-O-4 bond cleavage for synthesizing lignin-based epoxy resins with controlled glass transition temperature. Green Chemistry. 18 (24), 6526-6535 (2016).
  14. Lahive, C. W., et al. Advanced model compounds for understanding acid-catalyzed lignin depolymerization: Identification of renewable aromatics and a lignin-derived solvent. Journal of the American Chemical Society. 138 (28), 8900-8911 (2016).
  15. Shuai, L., Saha, B. Towards high-yield lignin monomer production. Green Chemistry. 19 (16), 3752-3758 (2017).
  16. Rinaldi, R., et al. Paving the Way for Lignin Valorisation: Recent Advances in Bioengineering, Biorefining and Catalysis. Angewandte Chemie International Edition. 55 (29), 8167-8215 (2016).
  17. Schutyser, W., Renders, T., van den Bosch, S., Koelewijn, S. F., Beckham, G. T., Sels, B. F. Chemicals from lignin: an interplay of lignocellulose fractionation, depolymerization, and upgrading. Chemical Society Reviews. 47 (3), 852-908 (2018).
  18. Constant, S., et al. New insights into the structure and composition of technical lignins: a comparative characterization study. Green Chemistry. 18 (9), 2651-2665 (2016).
  19. Smit, A., Huijgen, W. Effective fractionation of lignocellulose in herbaceous biomass and hardwood using a mild acetone organosolv process. Green Chemistry. 19 (22), 5505-5514 (2017).
  20. Lancefield, C. S., Panovic, I., Deuss, P. J., Barta, K., Westwood, N. J. Pre-treatment of lignocellulosic feedstocks using biorenewable alcohols: towards complete biomass valorization. Green Chemistry. 19 (1), 202-214 (2017).
  21. Deuss, P. J., Lancefield, C. S., Narani, A., de Vries, J. G., Westwood, N. J., Barta, K. Phenolic acetals from lignins of varying compositions via iron (III) triflate catalysed depolymerization. Green Chemistry. 19 (12), 2774-2782 (2017).
  22. Bauer, S., Sorek, H., Mitchell, V. D., Ibáñez, A. B., Wemmber, D. E. Characterization of Miscanthus giganteus Lignin Isolated by Ethanol Organosolv Process under Reflux Condition. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 60 (33), 8203-8212 (2012).
  23. Deuss, P. J., et al. Metal triflates for the production of aromatics from lignin. ChemSusChem. 9 (2), 2974-2981 (2016).
  24. Nicholson, D. J., Leavit, A. T., Francis, R. C. A three-stage Klason method for more accurate determinations of hardwood lignin content. Cellulose Chemistry and Technology. 48 (1-2), 53-59 (2014).
  25. Sun, Z., et al. Complete lignocellulose conversion with integrated catalyst recycling yielding valuable aromatics and fuels. Nature catalysis. 1, 82-92 (2018).
  26. Lancefield, C. S., Ojo, O. S., Tran, F., Westwood, N. J. Isolation of Functionalized Phenolic Monomers through Selective Oxidation and C-O Bond Cleavage of the β-O-4 Linkages in Lignin. Angewandte Chemie International Edition. 54 (1), 258-262 (2015).
  27. Rahimi, A., Ulbrich, A., Coon, J. J., Stahl, S. S. Formic-acid-induced depolymerization of oxidized lignin to aromatics. Nature. 515, 249-252 (2014).
  28. Bosque, I., Magallanes, G., Rigoulet, M., Kärkäs, M. D., Stephenson, C. R. J. Redox Catalysis Facilitates Lignin Depolymerization. ACS Central Science. 3 (6), 621-628 (2017).
  29. Sette, M., Wechselberger, R., Crestini, C. Elucidation of Lignin Structure by Quantitative 2D NMR. Chemistry - A European Journal. 17 (34), 9529-9535 (2011).

Tags

الكيمياء، العدد 143، السليلوز، تجزئة، اللجنين، 2D-الرنين المغناطيسي النووي، ديبوليميريزيشن، أسيتالس، الفينولات
استخراج اللجنين مع المحتوى العالي من β-س-4 استخراج الإيثانول معتدل وأثره على العائد ديبوليميريزيشن
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zijlstra, D. S., de Santi, A.,… More

Zijlstra, D. S., de Santi, A., Oldenburger, B., de Vries, J., Barta, K., Deuss, P. J. Extraction of Lignin with High β-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield. J. Vis. Exp. (143), e58575, doi:10.3791/58575 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter