یک تبدیل عالی و منتخب از سوربیتول در مایعات یونی

تبدیل زیست توده به مواد شیمیایی ارزشمند برای توسعه شیمی پایدار مورد توجه است. سوربیتول یک ماده شیمیایی مشتق از زیست توده است و تبدیل آن به ایزوسوربید یک واکنش مهم برای این منظور است. این تبدیل معمولاً با حرارت دادن سوربیتول با حضور یا عدم وجود یک کاتالیزور مناسب با این حال، واکنش معمولاً به شرایط دمای بالا و زمان واکنش طولانی نیاز دارد، مصرف انرژی فرایند به یک مشکل قابل توجه تبدیل می شود.

مطلوب است که زمان واکنش کوتاه شود و همچنین تحویل انرژی کارآمد به دیگ واکنش مورد نیاز است. مایعات یونی بعنوان یک حلال واکنش جدید برای تبدیلات شیمیایی در نظر گرفته می شوند زیرا دارای خواص بسیار منحصر به فردی هستند که در هیچ حلال دیگری مشاهده نشده است. مایعات یونی قابل بازیافت هستند و به عنوان یک حلال سبز در واکنش شیمیایی در نظر گرفته می شوند. ما اخیراً استفاده جدیدی از مایعات یونی برای شیمی بازیافت مواد اولیه ایجاد کرده و به پلیمریزاسیون کارآمد پلی آمیدها و پلی استرهای اشباع نشده دست یافته ایم. ما همچنین به یک تبدیل شیمیایی کارآمد سلولز به گلوکز دست یافتیم.

به عنوان مثال، گلوکز بدون آلودگی مایعات یونی به آسانی با روش ما جدا شد. این نکته ای است که روش ما نسبت به روش های دیگر که معمولاً از مایعات یونی آب دوست استفاده می کنند برتری داشت. برای بهبود روش، ما تصور می کردیم که استفاده از اسید نامحلول باعث جداسازی ساده کاتالیزور اسید می شود.

انواع مختلفی از رزین های تبادل یونی وجود دارد که در سنتز آلی مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله ما استفاده از رزین تبادل یونی را برای تبدیل سوربیتول به ایزوسوربید گزارش می دهیم. ما دریافتیم که انتخاب شیمیایی واکنش بستگی به استفاده از نوع رزین دارد و به شکل انتخابی ایزوسوربید یا ۱،۵ هانیدروسربیتول به دست آمد.

نتایج و بحث یک تبدیل مؤثر و انتخابی از سوربیتول در مایعات یونی

ما از سه نوع رزین تبادل یونی اسیدی، Nafion ، Dowex و Amberlite استفاده کردیم که به صورت تجاری در دسترس بودند. ابتدا نفیون را به عنوان کاتالیزور مورد بررسی قرار دادیم. تبدیل در [TMPA] [NTf2] انجام شد

سوربیتول با درمان در حضور ۲۰ درصد وزنی نافیون به آرامی به ایزوسوربید ۲ تبدیل شد، اگرچه مقدار کمی سوربیتول ۱ باقی مانده پس از واکنش تشخیص داده شد. واکنش تحت این شرایط بسیار سریع پیشرفت کرد و تقریباً در عرض ۱۰ دقیقه کامل شد. وقتی دمای واکنش روی ۱۵۰ درجه سانتی گراد تنظیم شد، سرعت واکنش کاهش یافته و بازده ایزوسوربید ۲ به همراه ۲۸ درصد سوربیتول باقی مانده به ۳۰ درصد کاهش می یابد.

دمای واکنش بالاتر و سوربیتول

دمای واکنش بالاتر نتایج را خیلی تغییر نداد و ایزوسوربید ۲ با بازدهی کمی پایین تر تشکیل شد. این احتمالاً به دلیل تجزیه ایزوسوربید در طول واکنش به دلیل شرایط دمای بسیار بالا است. برای مصرف تمام سوربیتول، مخلوط واکنش را به مدت ۲۰ دقیقه در معرض دید قرار دادیم، اما نتایج خیلی متفاوت نبود.

جداسازی و تصفیه ایزوسوربید ۲ بسیار ساده بود. مخلوط واکنش با آب رقیق شد و سپس فیلتر شد تا کاتالیزور رزین حذف شود. سپس فیلتر با حلال آلی استخراج شد تا مایعات یونی خارج شود. بازیابی مایعات یونی پس از خشک شدن و تبخیر حلال آلی به ۹۸٪ رسید.

طیف ۱۳C NMR مایعات یونی بازیابی شده نشان دهنده سیگنال کوارتت تیز از گروه NTf2 است. این نتیجه به وضوح نشان می دهد که گروه در طول دستکاری زنده مانده و مقدار آن تقریباً در همان سطح مایعات یونی ثابت حفظ شده است. در نهایت غلظت فاز آب باقی مانده در خلاء ایزوسوربید ۲ مورد نظر را تقریباً به صورت خالص به دست آورد.

نتیجه گیری

در نتیجه، ما تبدیل موثر سوربیتول به ایزوسوربید، یک واکنش مهم تبدیل زیست توده، تحت شرایط مختلف را بررسی کردیم. رزین تبادل یونی، به ویژه نافیون، به عنوان یک کاتالیزور موثر برای تبدیل عمل می کند و ایزوسوربید تقریبا خالص در ۶۵ درصد با دستکاری ساده جدا شد.

روش حاضر از آلودگی کاتالیز اسیدی مانند TsOH در محصول جلوگیری می کند. رزین اسیدی کمتر ترجیح می دهد ۱،۵ هانیدروسربیتول را به صورت انتخابی تشکیل دهد. این کار اطلاعات مهمی را برای بهبود بیشتر واکنش نشان می دهد.