Левулиновая кислота - Levulinic acid

Левулиновая кислота[1]
Формула скелета
Шариковая модель
Имена
Название ИЮПАК
4-оксопентановая кислота
Другие имена
Левулиновая кислота, β-ацетилпропионовая кислота, 3-ацетопропионовая кислота, β-ацетилпропионовая кислота, γ-кетовалериановая кислота, 4-оксопентановая кислота
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.004.228 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
Характеристики
C5ЧАС8О3
Молярная масса116,11 г / моль
Плотность1,1447 г / см3
Температура плавления От 33 до 35 ° C (от 91 до 95 ° F, от 306 до 308 K)
Точка кипения От 245 до 246 ° C (от 473 до 475 ° F, от 518 до 519 K)
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Левулиновая кислота, или 4-оксопентановая кислота, представляет собой органическое соединение с формула CH3C (O) CH2CH2CO2H. Классифицируется как кетокислота. Это белое кристаллическое твердое вещество растворимо в воде и полярных органических растворителях. Это происходит из-за деградации целлюлоза и является потенциальным предшественником биотопливо,[2] Такие как этиллевулинат.[3]

История

В 1840 г. голландский профессор Герардус Йоханнес Малдер впервые упомянул левулиновую кислоту.[4] Он синтезировал это путем нагревания фруктоза с соляной кислотой. Прежний термин «левулоза» для фруктозы дал название левулиновой кислоте. Хотя левулиновая кислота хорошо известна с 1870-х годов, она так и не получила коммерческого применения в значительных объемах. Первое коммерческое производство левулиновой кислоты началось как периодический процесс в автоклаве A.E. Statley в 1940-х годах.[5] В 1953 году американская компания Quaker Oats разработала непрерывный процесс производства левулиновой кислоты.[6] В 1956 году он был идентифицирован как платформенный химикат с высоким потенциалом.[7] а в 2004 г. Министерство энергетики США (Министерство энергетики США) определило левулиновую кислоту, проверив около 300 веществ, как одно из 12 потенциальных химических веществ-платформ в концепции биопереработки.[8]

Синтез

Первоначальный синтез левулиновой кислоты осуществляется путем нагревания гексоз (глюкозы, фруктозы) или крахмала в разбавленной соляной или серной кислоте.[4][9][10] Выход зависит от природы кислоты, концентрации кислоты, температуры и давления.[11] Помимо муравьиной кислоты, образуются также частично нерастворимые побочные продукты. Они сильно окрашены, и их полное удаление является проблемой для большинства технологий.

Синтез левулиновой кислоты2.jpg

Многие концепции коммерческого производства левулиновой кислоты основаны на технологии сильной кислоты. Процессы осуществляют непрерывно, используя лигноцеллюлозу в качестве недорогого исходного материала, который пропитывают разбавленной минеральной кислотой и переносят в реактор высокого давления, где его нагревают паром, чтобы дать возможность протекать реакции с образованием левулиновой кислоты. После охлаждения реакционной смеси и отфильтровывания твердых побочных продуктов образовавшаяся левулиновая кислота отделяется от катализатора на основе минеральной кислоты путем экстракции без нейтрализации кислотного катализатора. Это позволяет рециркулировать кислотный катализатор, а левулиновую кислоту можно очистить от бескислотного органического растворителя. Чистую левулиновую кислоту выделяют выпариванием экстракционного растворителя и отгонкой левулиновой кислоты. Компании, разработавшие технологию на основе этой концепции, включают Biofine,[12] DSM,[13] Сегетис,[14] и GFBiochemicals. Компания GFBiochemicals начала коммерческое производство левулиновой кислоты в 2015 году в масштабе производства 2000 тонн в год в Казерте, Италия.[15][16] 2Казерта - крупнейший в мире завод по производству левулиновой кислоты.[16]

Реакции и заявки

Левулиновая кислота используется в качестве прекурсора для фармацевтических препаратов, пластификаторов и различных других добавок.[17] Самым большим применением левулиновой кислоты является ее использование в производстве аминолевулиновая кислота, биоразлагаемый гербицид используется в Южной Азии. Еще одно важное применение - использование левулиновой кислоты в косметике. Этиллевулинат, первичное производное левулиновой кислоты, широко используется в ароматизаторах и парфюмерии. Левулиновая кислота - это химический строительный блок или исходный материал для множества других соединений.[18] включая γ-валеролактон и 2-метил-THF.[8]

Семейство левулиновой кислоты.jpg

Другое появление и использование ниши

Левулиновая кислота используется в сигареты увеличить никотин доставка в дыму и связывание никотина с нервными рецепторами.[19]

Безопасность

Левулиновая кислота относительно нетоксична, с LD50 1850 мг / кг.[17]

Рекомендации

  1. ^ Индекс Merck, 15-е изд. (2013), стр. 1018, Монография 5526, О'Нил: Королевское химическое общество. Доступно в Интернете по адресу: http://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/mono1500005526
  2. ^ Биоперерабатывающие заводы - промышленные процессы и продукты. Статус-кво и будущие направления. Vol. 1, под редакцией Биргит Камм, Патрика Р. Грубера, Майкла Камма. 2006, WILEY-VCH, Вайнхайм. ISBN  3-527-31027-4
  3. ^ Леаль Сильва, Жан Фелипе; Грекин, Ребекка; Мариано, Адриано Пинто; Масиэль Филью, Рубенс (2018). «Обеспечение экономической жизнеспособности левулиновой кислоты и этиллевулината: всемирная технико-экономическая и экологическая оценка возможных путей». Энергетические технологии. 6 (4): 613–639. Дои:10.1002 / ente.201700594. ISSN  2194-4296.
  4. ^ а б Малдер, Дж. Дж. (1840). "Untersuchungen über die Humussubstanzen" [Исследования гуминовых веществ]. J. Prakt. Chem. (на немецком). 21 (1): 203–240. Дои:10.1002 / prac.18400210121.
  5. ^ А.Е. Стейли, Mfg.Co.A.E. (DecaturIll.); Левулиновая кислота 1942 [C.A. 36, 1612]
  6. ^ US-2813900 (1953)
  7. ^ Р. Х. Леонард, штат Индиана, инж. Chem. 1331, (1956).
  8. ^ а б «Химические вещества с наибольшей добавленной стоимостью из биомассы: Том I - Результаты скрининга потенциальных кандидатов из сахаров и синтез-газа» (PDF).
  9. ^ А. Фрайхерн, В. Гроте, Б. Толленс, "Untersuchungen über Kohlenhydrate. I. Ueber die bei Einwirkung von Schwefelsäure auf Zucker entstehende Säure (Levulinsäure)" Юстус Либигс Annalen der Chemie, том 175, стр. 181-20 Дои: 10.1002 / jlac.18751750113
  10. ^ Б. Ф. Маккензи (1941). «Левулиновая кислота». Органический синтез.; Коллективный объем, 1, п. 335
  11. ^ S.L. Суиб, Новые и будущие разработки в области катализа - каталитическая конверсия биомассы, Elsevier, (2013). ISBN  978-0-444-53878-9
  12. ^ US-5608105
  13. ^ WO-2014087016 A1
  14. ^ US-20140128634
  15. ^ «Промышленное производство левулиновой кислоты на биологической основе - Химическая инженерия | Страница 1».
  16. ^ а б «GFBiochemicals достигает коммерческого масштаба в проекте возобновляемой левулиновой кислоты: Biofuels Digest».
  17. ^ а б Франц Дитрих Клинглер, Вольфганг Эберт «Оксокарбоновые кислоты» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a18_313
  18. ^ Бозелл, Джозеф Дж .; Петерсен, Джин Р. (06.04.2010). «Разработка технологий для производства продуктов на биологической основе из углеводов биоперерабатывающего завода - повторный просмотр« Топ-10 »Министерства энергетики США». Зеленая химия. 12 (4): 539–554. Дои:10.1039 / b922014c.
  19. ^ Дорис Каллен и др., Руководство по расшифровке внутренних кодов, используемых табачной промышленностью, Отчет № 03-05, Гарвардская школа общественного здравоохранения, Отдел практики общественного здравоохранения, Программа исследования табака, август 2005 г., http://legacy.library.ucsf.edu/resources/harvard_monograph.pdf