Name: a novel method for the pentosan analysis present in jute biomass and its conversion into sugar monomers using acidic ionic liquid
Uploaded: 2018-06-01T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Novel Method for the Pentosan Analysis Present in Jute Biomass and Its Conversion into Sugar Monomers Using Acidic Ionic Liquid at JoVE.com

Nous tenons à remercier le ministère de la Science et la technologie (MOST) de Taïwan (104-2628-E-002-008-MY3 105-2218-E-155-007 ; 105-2221-E-002-003-MY3 ; 105-2221-E-002-227-MY3 ; 105-2622-E-155-003-CC2) et le but pour projet universitaire supérieur au National Taiwan Université (105R7706) pour le soutien financier. Nous sommes reconnaissants à la Banque mondiale pour le financement partiel de ce travail à travers un sous-projet de l’enseignement supérieur qualité Enhancement Project (HEQEP), complète proposition #2071. Ce travail a été également partiellement soutenu par AIIM de l’Université de Wollongong (financement d’or).

Plusieurs substances chimiques utilisées dans les travaux de présentation sont toxiques et cancérigènes. Copiez toutes les pratiques de sécurité qui s’imposent lorsque vous effectuez la synthèse de l’IL et la transformation de la biomasse.
1. préparation des acide IL
<ol><li>Ajouter 7,625 mmol de 1, 3-propane sultone dans un 50 mL ballon à fond rond, puis fermez le ballon avec un septum en caoutchouc.</li>
	<li>Ajouter 7,625 mmol de 1-méthylimidazole dans 7,625 mmol de 1, 3-pro...

<ol>
	<li>Demirba&#351;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomass+resource+facilities+and+biomass+conversion+processing+for+fuels+and+chemicals.">Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals.</a> Energy Convers. Manage. 42 (11), 1357-1378 (2001).</li><li>Matsagar, B. M., Dhepe, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Br&#246;nsted+acidic+ionic+liquid-catalyzed+conversion+of+hemicellulose+into+sugars.">Br&#246;nsted acidic ionic liquid-catalyzed conversion of hemicellulose into sugars.</a> Catal. Sci. Technol. 5 (1), 531-539 (2015).</li><li>Matsagar, B. M., Dhepe, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+cations,+anions+and+H++concentration+of+acidic+ionic+liquids+on+the+valorization+of+polysaccharides+into+furfural.">Effects of cations, anions and H+ concentration of acidic ionic liquids on the valorization of polysaccharides into furfural.</a> New J Chem. 41 (14), 6137-6144 (2017).</li><li>Costa Lopes, A. M., Morais, A. R. C., &#321;ukasik, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustainable+Catalytic+Strategies+for+C5-Sugars+and+Biomass+Hemicellulose+Conversion+Towards+Furfural+Production.">Sustainable Catalytic Strategies for C5-Sugars and Biomass Hemicellulose Conversion Towards Furfural Production.</a> Production of Platform Chemicals from Sustainable Resources. , 45-80 (2017).</li><li>Matsagar, B. M., Munshi, M. K., Kelkar, A. A., Dhepe, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+concentrated+sugar+solutions+into+5-hydroxymethyl+furfural+and+furfural+using+Bronsted+acidic+ionic+liquids.">Conversion of concentrated sugar solutions into 5-hydroxymethyl furfural and furfural using Bronsted acidic ionic liquids.</a> Catal. Sci. Technol. 5 (12), 5086-5090 (2015).</li><li>G&#252;rb&#252;z, E. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+Hemicellulose+into+Furfural+Using+Solid+Acid+Catalysts+in+&#947;-Valerolactone.">Conversion of Hemicellulose into Furfural Using Solid Acid Catalysts in &#947;-Valerolactone.</a> Angew Chem Int Ed. 52 (4), 1270-1274 (2013).</li><li>Filiciotto, L., Balu, A. M., Van der Waal, J. C., Luque, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+insights+into+the+production+of+biomass-derived+side+products+methyl+levulinate,+furfural+and+humins.">Catalytic insights into the production of biomass-derived side products methyl levulinate, furfural and humins.</a> Catal Today. 302, 2-15 (2017).</li><li>Matsagar, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Production+of+Furfural+in+One-pot+Fashion+from+Raw+Biomass+Using+Br&#248;nsted+Acidic+Ionic+Liquids.">Direct Production of Furfural in One-pot Fashion from Raw Biomass Using Br&#248;nsted Acidic Ionic Liquids.</a> Sci. Rep. 7 (1), 13508 (2017).</li><li>Gschwend, F. J. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pretreatment+of+Lignocellulosic+Biomass+with+Low-cost+Ionic+Liquids.">Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids.</a> J Vis Exp. (114), e54246 (2016).</li><li>Xu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transforming+biomass+conversion+with+ionic+liquids:+process+intensification+and+the+development+of+a+high-gravity,+one-pot+process+for+the+production+of+cellulosic+ethanol.">Transforming biomass conversion with ionic liquids: process intensification and the development of a high-gravity, one-pot process for the production of cellulosic ethanol.</a> Energy Environ. Sci. 9 (3), 1042-1049 (2016).</li><li>Sun, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-pot+integrated+biofuel+production+using+low-cost+biocompatible+protic+ionic+liquids.">One-pot integrated biofuel production using low-cost biocompatible protic ionic liquids.</a> Green Chem. 19 (13), 3152-3163 (2017).</li><li>Nguyen, C. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+treatments+for+producing+5-hydroxymethylfurfural+(HMF)+from+lignocellulosic+biomass.">Combined treatments for producing 5-hydroxymethylfurfural (HMF) from lignocellulosic biomass.</a> Catal Today. 278 (Part 2), 344-349 (2016).</li><li>Yan, N., Yuan, Y., Dykeman, R., Kou, Y., Dyson, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodeoxygenation+of+Lignin-Derived+Phenols+into+Alkanes+by+Using+Nanoparticle+Catalysts+Combined+with+Br&#248;nsted+Acidic+Ionic+Liquids.">Hydrodeoxygenation of Lignin-Derived Phenols into Alkanes by Using Nanoparticle Catalysts Combined with Br&#248;nsted Acidic Ionic Liquids.</a> Angew Chem Int Ed. 49 (32), 5549-5553 (2010).</li><li>Weerachanchai, P., Lee, J. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recyclability+of+an+ionic+liquid+for+biomass+pretreatment.">Recyclability of an ionic liquid for biomass pretreatment.</a> Bioresour. Technol. 169 (Supplement C), 336-343 (2014).</li><li>Shill, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+liquid+pretreatment+of+cellulosic+biomass:+Enzymatic+hydrolysis+and+ionic+liquid+recycle.">Ionic liquid pretreatment of cellulosic biomass: Enzymatic hydrolysis and ionic liquid recycle.</a> Biotechnol Bioeng. 108 (3), 511-520 (2011).</li><li>Tadesse, H., Luque, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+on+biomass+pretreatment+using+ionic+liquids:+An+overview.">Advances on biomass pretreatment using ionic liquids: An overview.</a> Energy Environ. Sci. 4 (10), 3913-3929 (2011).</li><li>Agirrezabal-Telleria, I., Gandarias, I., Arias, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+furfural+from+pentosan-rich+biomass:+Analysis+of+process+parameters+during+simultaneous+furfural+stripping.">Production of furfural from pentosan-rich biomass: Analysis of process parameters during simultaneous furfural stripping.</a> Bioresour. Technol. 143 (Supplement C), 258-264 (2013).</li><li>Yingying, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Improved+Method+for+Determination+of+Pentosans+in+Pulps+using+Dual-Wavelength+Spectroscopy.">An Improved Method for Determination of Pentosans in Pulps using Dual-Wavelength Spectroscopy.</a> BioResources. 11 (3), 6801-6807 (2016).</li><li>Kumar, A. K., Sharma, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+updates+on+different+methods+of+pretreatment+of+lignocellulosic+feedstocks:+a+review.">Recent updates on different methods of pretreatment of lignocellulosic feedstocks: a review.</a> Bioresour. Bioprocess. 4 (1), 7 (2017).</li><li>Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+Pretreatment+of+Lignocellulosic+Biomass+for+Efficient+Hydrolysis+and+Biofuel+Production.">Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 48 (8), 3713-3729 (2009).</li></ol>

Le pentosane présente dans la conversion de la biomasse de jute en C5 sucre monomères est démontrée à l’aide de divers catalyseurs acides de Brønsted homogènes tels que H2SO4, HCl et IL acide. En outre, le résultat catalytique de l’acide IL était comparé à l’IL sans acidité (chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium). Toutes les réactions ont été effectuées dans un autoclave de Parr à 160 ° C dans l’eau. L’utilisation d’acide IL a montré la conversion de pentosane plus ...

La biomasse a un grand potentiel comme une énergie renouvelable et la source chimique parce qu’il est durable, peu coûteux et tout aussi distribués à la différence des ressources fossiles, ce qui en fait l’un des candidats prometteurs pour remplacer les matières premières fossiles. La production estimée de biomasse ligno-cellulosique est 146 milliards de tonnes / année1. La biomasse lignocellulosique est principalement composée de lignine, cellulose et hémicellulose comme ses trois principaux constituants. La lignine est un polymère aromatique issu d’unités phénylpropanoïdes ; en revanche, cellulose et l’hémicellulose sont les parties de polysaccharide de la biomasse lignocellulosique. Cellulose est composé d’unités de glucose reliées par β(1→4) lien glycosidique, tandis que les hémicelluloses se compose de sucres C5, C6 sucres et acides de sucre reliés entre eux par β (1→4), β (1→3) et β (1→6) liaisons glycosidiques2,3. Ainsi que divers biomasse ligno-cellulosiques (bagasse, cosse de riz, paille de blé, etc.), la biomasse lignocellulosique de jute est aussi produite en très grande quantité (environ 98 % en 2014) en Asie par rapport à la production de jute total dans le monde. L’Inde produit 1,96 x 106 tonnes de biomasse de jute tandis que Bangladesh produit 1,34 x 106 tonnes de biomasse de jute par rapport à la production totale de biomasse de jute dans le monde (3,39 x 106 tonnes) en 20144. L’utilisation de cette biomasse non comestible n’entrera en conflit avec la demande alimentaire. Par conséquent, il est bénéfique pour l’utiliser comme un stock pour la synthèse d’une variété de valeur ajoutée produits chimiques (xylose, arabinose, furfural, 5-hydroxyméthylfurfural (HMF), etc.). Selon l’US Department of Energy, furfural et HMF sont considérés comme certains des produits chimiques top 30 bloc de construction provenant de la biomasse5. Furfural est obtenu à partir du xylose ou directement à partir de hémicellulose et peut être converti en nombre important de produits chimiques. Alcool furfurylique, furane de méthyle et le tétrahydrofurane sont importants produits chimiques obtenus à partir de furfural6. Conversion de la biomasse lignocellulosique telles que la biomasse de jute en sucres C5 et autres produits chimiques importants est donc un sujet important.
Extensive des rapports sont disponibles sur les différentes méthodes catalytiques pour la conversion de la biomasse lignocellulosique en valeur ajoutée produits chimiques. Les acides minéraux (HCl et H2SO4) et de catalyseurs hétérogènes (Amberlyst, HMOR, Jean-Louis, SAPO-44, etc.) ont été significativement utilisées pour la conversion d’hémicellulose et de la biomasse lignocellulosique en sucres (sucres pentoses et des hexoses) et furannes (furfural et HMF)7,8. La réutilisabilité et l’action corrosive de l’acide minéral est un enjeu majeur. Cependant, avec le catalyseur acide solide, température et des pressions plus élevées sont nécessaires parce que la réaction se produit à la surface du catalyseur. Pour surmonter ces problèmes, récemment ILs sont signalés pour la valorisation de la biomasse comme un catalyseur ou un solvant9,10,11,12,13,14. L’utilisation de IL comme solvant n’est pas une meilleure méthode en raison de son coût plus élevé et la pression de vapeur inférieure d’ILs qui crée des difficultés dans la séparation de produits. Par conséquent, il est impératif d’utiliser IL recyclable comme catalyseur (en petites quantités) dans un système de solvants de l’eau pour la conversion de la biomasse à valeur ajoutée produits chimiques.
Nous présentons ici une méthode pour utiliser 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) imidazolium hydrogène sulfate acide IL comme catalyseur pour la conversion directe de pentosane présente dans la biomasse jute en monomères de sucre sans aucun prétraitement. Souvent, ILs sont signalés pour le prétraitement de la biomasse lignocellulosique10,15,16,17 alors que la très grande quantité de l’ILs est utilisée pour le prétraitement de la biomasse. Par conséquent, il est toujours avantageux d’utiliser IL comme catalyseur et pour convertir la biomasse lignocellulosique en produits chimiques sans traitement supplémentaire. En outre, dans le présent travail, la teneur en lignine présentée en biomasse de jute calculée selon méthode Klason qui pourrait se transformer en différents monomères aromatiques18.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-Methylimidazole</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M50834</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,3-Propanesultone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P50706</td>
			<td>Moisture sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-nitroaniline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>185310</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>J. T. Baker</td>
			<td>9460-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Honeywell-Fluka</td>
			<td>30743</td>
			<td>Highly corrosive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Honeywell-Fluka</td>
			<td>30719</td>
			<td>Highly corrosive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-butyl-3-methylimidazolium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>900856</td>
			<td>Highly hygroscopic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D(+)-Xylose</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>141001000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L(+)-Arabinose</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>104981000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Spectrometer</td>
			<td>JASCO</td>
			<td>V-670</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parr reactor</td>
			<td>Parr USA</td>
			<td>Seriese 4560</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parr reactor controller</td>
			<td>Parr USA</td>
			<td>Seriese 4848</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High pressure liquid chromatography (HPLC)</td>
			<td>JASCO</td>
			<td>Seriese LC-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital hot plate stirrer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>SP142020-33Q Cimarec</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven furnace</td>
			<td>Thermal Scientific</td>
			<td>FB1400 Thermolyne blast oven furnace</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a novel method for the pentosan analysis present in jute biomass and its conversion into sugar monomers using acidic ionic liquid

Récemment, des liquides ioniques (ILs) sont utilisés pour la valorisation de la biomasse en produits chimiques produits précieux en raison de leurs propriétés remarquables comme stabilité thermique, pression de vapeur inférieure, ininflammabilité, capacité de chaleur plus élevée et solubilité accordable et acidité. Ici, nous démontrons une méthode pour la synthèse de sucres C5 (xylose et l’arabinose) depuis le pentosane présente dans la biomasse de jute dans un processus d’un pot en utilisant une quantité catalytique de sulfate d’hydrogène 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium acides de Brønsted IL. L’acide IL est synthétisé en laboratoire et caractérisées à l’aide de techniques de spectroscopie RMN pour comprendre sa pureté. Les différentes propriétés d’un cautionnement sont mesurées comme la force de l’acide, stabilité thermique et hydrothermale, ce qui montre que le catalyseur est stable à une température plus élevée (250 ° C) et possède de très grande force de l’acide (Ho 1,57). L’acide IL convertit plus de 90 % de pentosane dans les sucres et le furfural. Par conséquent, la méthode de présentation dans cette étude peut également être utilisée pour l’évaluation de la concentration de pentosane dans d’autres types de biomasse ligno-cellulosique.

La quantité exacte de pentosane et lignine extraite de la biomasse dépend du type de biomasse ligno-cellulosique. Types de biomasse ligno-cellulosique prélevés à différents endroits similaires peuvent avoir différente concentration de pentosane et de lignine. La biomasse de jute utilisée dans cette étude contient 20 % de wtpentosane et 14 wt% de lignine.
La figure 1 montre...

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A Novel Method for the Pentosan Analysis Present in Jute Biomass and Its Conversion into Sugar Monomers Using Acidic Ionic Liquid

Nous présentons un protocole pour la synthèse de sucres C5 (xylose et l’arabinose) d’une renouvelable biomasse ligno-cellulosique non comestibles (c.-à-d., jute) avec la présence de liquides ioniques acides de Brønsted (BAILs) le rôle de catalyseur dans l’eau. Le catalyseur de ballots expose mieux rendement catalytique que catalyseurs acides minéraux classiques (H2SO4 et HCl).

Une nouvelle méthode pour l’analyse de pentosane présente dans la biomasse Jute et sa transformation en monomères de sucre à l’aide d’acide liquide ionique

Recently, ionic liquids (ILs) are used for biomass valorization into valuable chemicals because of their remarkable properties such as thermal stability, ...

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