Гидролиз-восстановление арабиногалактана в присутствии катализатора Ru/Cs3HSiW12O40

Исследован процесс гидролиза-восстановления гемицеллюлозы арабиногалактан в многоатомные спирты арабитол и галактитол, широко применяемые в пищевой и фармацевтической отраслях промышленности. Показана возможность использования в данном процессе бифункционального катализатора на основе высокодисперсного рутения, нанесенного на цезиевую соль кремний-вольфрамовой гетерополикислоты, Ru/Cs3HSiW12O40. Для проведения исследований были приготовлены катализаторы с различным содержанием рутения (0,3; 0,6 и 1 мас.%). Приготовленные катализаторы, а также их носитель Cs3HSiW12O40 исследованы физико-химическими методами (низкотемпературная адсорбция азота, ИК-спектроскопия, РФА, ПЭМ). Исследовано влияние на выходы целевых продуктов температуры и соотношения субстрат : катализатор, а также содержания рутения в катализаторе. Установлено, что наибольшие выходы целевых продуктов достигаются при содержании металла 0,6 мас.% и одинаковой массовой загрузке катализатора и субстрата (соотношение 1 : 1). При температуре 200 °C арабитол и галактитол могут быть получены с выходами до 12 и 48 % за 2 ч реакции в присутствии катализатора состава 0,6%Ru/Cs3HSiW12O40.

1. Bruggink A., Schoevaart R., Kieboom T. // Organic Process Research & Development. 2003. V.7. P. 622—640. DOI: 10.1021/op0340311.

2. Gallezot P., Kiennemann A. Conversion of Biomass on Solid Catalysts in: Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol. 11 (Eds.: G. Ertl, H. Knözinger, F. Schüth, J. Weitkamp), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2008. P. 2447—2476.

3. Palkovits R., Tajvidi K., Procelewska J., Rinaldi R., Ruppert A. // Green Chemistry. 2010. V. 12. P. 972—978. DOI: 10.1039/C000075B.

4. Liang G., Wu C., He L., Ming J., Cheng H., Zhuo L., Zhao F. // Green Chemistry. 2011. V. 13. P. 839—842. DOI: 10.1039/C1GC15098G.

5. Geboers J., Van de Vyver S., Carpentier K., de Blochouse K., Jacobs P., Sels B. // Chemical Communication. 2010. V. 46. P. 3577—3579. DOI :10.1039/C001096K.

6. Balandin A.A., Vasyunina N.A., Chepigo S.V., Barysheva G.S. // Dokl. Akad. Nauk SSSR 128 (1959) 941.

7. Fukuoka A., Dhepe P.L. // Angewandte Chemie. 2006. V. 45. Is. 31. P. 5161—5163. DOI: 10.1002/anie.200601921.

8. Fukuoka A., Dhepe P.L. // The Chemical Record. 2009. V. 9. Is. 4. P. 224—235. DOI: 10.1002/tcr.200900004.

9. H. Li, Z. Fang R.L. // Progress in Energy and Combustion Science. 2016. V. 55. P. 98—194. DOI: 10.1016/j.pecs.2016.04.004.

10. Медведева Т.Б., Громов Н.В., Родикова Ю.А., Тимофеева М.Н., Жижина Е.Г., Aymonier С., Таран О.П. // Вестник Томского гос. ун-та. Химия. 2018. № 11. С. 6—22. DOI: 10.17223/24135542/11/1.

11. Ribeiro L.S., Órfão J.J.M., Pereira M.F.R. // Green Chemistry. 2015. V. 17. P. 2973—2980. DOI: 10.1039/C5GC00039D.

12. Almohalla M., Rodríguez-Ramos I., Ribeiro L.S., Órfão J. J.M., Pereira M.F.R., Guerrero-Ruiz A. // Cataysis Today. 2018. V. 301. P. 65—71. DOI: 10.1016/j.cattod.2017.05.023.

13. Luo C., Wang S., Liu H. // Angew Chem Int Edit. 2007. V. 46. P. 7636—7639. DOI:10.1002/anie.200702661.

14. Han J.W., Lee H. // Catalysis Commuication. 2012. V. 19. Р. 115—118. DOI: 10.1016/j.catcom.2011.12.032.

15. Ribeiro L.S., Delgado J.J., Órfão J.J.M., Pereira M.F.R. // Applied Catalysis B: Environmental. 2017. V. 217. P. 265—274. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.04.078.

16. Reyes-Luyanda D., Flores-Cruz J., Morales-Pérez P.J., Encarnación- Gómez L.G., Shi F., Voyles P.M. // Topic in Catalysis. 2012. V. 55. P. 148—161. https://doi.org/10.1007/s11244-012-9791-5

17. Deng W., Tan X., Fang W., Zhang Q., Wang Y. // Catalysis Letters. 2009. V. 133. P. 167—174. https://doi.org/10.1007/s10562-009-0136-3

18. Kobayashi H., Ito Y., Komanoya T., Hosaka Y., Dhepe P.L., Kasai K., Hara K., Fukuoka A. // Green Chemystry. 2011. V. 13. P. 326—333. https://doi.org/10.1039/C0GC00666A

19. Gromov N.V., Medvedeva T.B., Taran O.P., Timofeeva M.A., Said-Aizpuru O., Panchenk V.N., Gerasimov E. Yu., Kozhevnikov I.V., Parmon V.N. // Applied Catalysis A. 2020. V. 595. N 117489. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2020.117489

20. Willför S., Sjöholm R., Laine C., Holmbom B. // Wood Science and Technology. 2002. V. 36. P. 101—110. DOI: 10.1007/s00226-001-0137-x.

21. Willför S., Holmbom B. // Wood Science and Technology. 2004. V. 38. Is. 3. P. 173—179. DOI: 10.1007/s00226-003-0200-x.

22. Kordowska-Waiter M. // Journal of Applied Microbiology. 2014. V. 119. P. 303—314. DOI: 10.1111/jam.12807.

23. Jagtap S. S., Bedekar A. A., Liu J.-J., Jin Y.-S., Rao C.V. // Biotechnology for Biofuels. 2019. V. 12. N 250. https://doi.org/10.1186/s13068-019-1586-5

24. Jiang X., Huang Y., Wang X., Liang Q., Li Y., Li F., Fu X., Huang C., Liu H. // Biomedicine & Pharmacotherapy. 2019. V. 2017. P. 1065—1074. http://dx.doi.org/10.1016/j.biopha.2017.05.025

25. Kusema B.T., Faba L., Kumar N., Mäki-Arvela P., Díaz E., Ordónez S., Salmi T., Murzin D.Yu. // Catalysis Today. 2012. V. 196. P. 26—33. DOI: 10.1016/j.cattod.2012.02.031.

26. Faba L., Kusema B.T., Murzina E.V., Tokarev A., Kumar N., Smeds A., Diaz E., Ordóñez S., Mäki-Arvela P., Willför S., Salmi T., Murzin D.Yu. // Microporous and Mesoporous Materials. 2014. V. 189. P. 189—199. DOI: 10.1016/j.micromeso.2013.08.011.

27. Murzin D.Yu., Kusema B., Murzina E.V., Aho A., Tokarev A., Boymirzaev A.S., Johan Wärnå J., Dapsens P.Y., Mondelli C., Pérez-Ramírez J., Salmi T. // Journal of Catalysis. 2015. V. 330. P. 93—105. DOI: 10.1016/j.jcat.2015.06.022.

28. Murzin D.Yu., Murzina E.V., Tokarev A., Shcherban N.D., Wärnå J., Salmi T. // Catalysis Today. 2015. V. 257. P. 169—176. DOI: 10.1016/j.cattod.2014.07.019.

29. Yamaguchi A., Sato O., Mimura N, Shirai M. // Catalysis Today. 2016. V. 265. P. 199—202. DOI: 10.1016/j.cattod.2015.08.026.

30. Tathod A.P., Dhepe P.L. // Bioresource Technology. 2015. V. 178. P. 36—44. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.10.036

31. Neimark A.V., Lin Y., Ravikovitch P.I., Thommes M. // Carbon. 2009. V. 47. N 7. P. 1617—1628. DOI: 10.1016/j.carbon.2009.01.050.

32. Ravikovitch P.I., Neimark A.V. // Langmuir. 2006. V. 22. N 26. P. 11171—11179. https://doi.org/10.1021/la0616146

33. Raspolli Galletti A. M., Antonetti C., Longo I., Capannelli G., Venezia A.M. // Applied Catalysis A. 2008. V. 35. P. 46—52. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.07.044

34. Makarova E.N., Shakhmatov E.G., Udoratina E.V., Kutchin A.V. // Russ. Chem. Bull. 2015. V. 64. P. 1302—1318. https://doi.org/10.1007/s11172-015-1011-6

35. Громов Н.В., Медведева Т.Б., Таран О.П., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2020. Т. 20. № 3. С. 234—242. DOI: 10.18412/1816-0387-2020-3-234-242.