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
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Gostaríamos de agradecer ao Ministério da ciência e tecnologia (a maioria) de Taiwan (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) e o objetivo para o projeto Top Universidade Nacional de Taiwan Universidade (105R7706) para o apoio de financiamento. Somos gratos ao Banco Mundial para o financiamento parcial deste trabalho através de um subprojeto de educação superior qualidade realce do projeto (HEQEP), completa proposta #2071. Este trabalho foi também parcialmente apoiado pela AIIM do Universidade de Wollongong (financiamento de ouro).

Vários produtos químicos utilizados no trabalho apresentando são tóxico e cancerígeno. Por favor, use todas as práticas de segurança adequadas ao realizar a síntese de IL e processamento de biomassa.
1. preparação do ácido IL
<ol><li>Adicionar 7.625 mmol de propano-1,3 sultona em um 50 mL redonda balão de fundo e em seguida, feche o frasco com um septo de borracha.</li>
	<li>Adicionar lentamente o 7.625 mmol de 1-methylimidazole em 7.625 mmol de 1,3-propanesultone (10 min) a 0 °...

<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>

O sódio presente na conversão de biomassa de juta em C5 monômeros de açúcar é demonstrada usando vários ácido Brønsted catalisadores homogêneos tais como H2SO4, HCl e IL ácida. Além disso, o resultado catalítico do ácido II foi comparado com a IL sem acidez (cloreto de 1-butil-3-methylimidazolium). Todas as reações foram realizadas em uma autoclave Parr a 160 ° C em água. O uso de ácidos IL mostrou a conversão de sódio mais alta quando comparados aos ácidos homogêneos utilizad...

Biomassa tem um grande potencial como uma fonte química e energia renovável porque é sustentável, barato e igualmente distribuída ao contrário dos recursos fósseis, que o torna um dos candidatos promissores para substituir matérias-primas fósseis. A produção estimada de biomassa lignocelulósica é 146 bilhões de toneladas por ano1. A biomassa lignocelulósica é composta principalmente de lignina, celulose e hemicelulose como seus três principais constituintes. Lignina é um polímero aromático feito de fenilpropanoides unidades; por outro lado, celulose e hemicelulose são as partes de polissacarídeo da biomassa lignocelulósica. Celulose é composto por unidades de glicose ligadas por ligação glicosídica β(1→4), Considerando que a hemicelulose é composta por açúcares de C5, C6 açúcares e ácidos de açúcar ligados entre si por β (1→4), β (1→3) e de2,de ligações glicosídicas β (1→6)3. Juntamente com vários biomassa lignocelulósica (bagaço, casca de arroz, palha de trigo, etc.), a biomassa de lignocelulose juta também é produzida em grandes quantidades (ca. 98% em 2014) na Ásia, em comparação com a produção de juta total no mundo. Índia produz 1,96 x 106 toneladas de biomassa de juta, enquanto Bangladesh produz 1,34 x 106 toneladas de biomassa de juta, em comparação com a produção total de biomassa de juta do mundo (3,39 x 106 toneladas) em 20144. A utilização da biomassa não comestíveis não entrarão em conflito com a demanda de alimentos. Portanto, é benéfico para usá-lo como um estoque para sintetizar uma variedade de valor adicionado produtos químicos (xilose, arabinose, furfural, 5-hidroximetilfurfural (HMF), etc.). De acordo com o departamento de energia dos EUA, furfural e HMF são considerados como alguns dos top 30 bloco de construção químicos derivados de biomassa5. Furfural é obtido a partir de xilose ou diretamente hemicelulose e pode ser convertido em muitos produtos químicos importantes. Álcool furfurílico, Furano metil e tetrahidrofurano são importantes produtos químicos obtidos de furfural6. Portanto, a conversão de biomassa lignocelulósica como a biomassa de juta em C5 açúcares e outros compostos químicos importantes é um tema importante.
Extensive relatórios estão disponíveis em vários métodos catalíticos para a conversão de biomassa lignocelulósica em valor adicionado produtos químicos. Os ácidos minerais (HCl e H2SO4) e catalisadores heterogêneos (Amberlyst, HMOR, HUSY, SAPO-44, etc.) foram usados significativamente para a conversão de hemicelulose e biomassa lignocelulósica em açúcares (pentose e hexose açúcares) e furanos (furfural e HMF)7,8. A reutilização e a corrosividade do ácido mineral é um grande problema. No entanto, com o sólido catalisador ácido, maior temperatura e pressões são necessárias porque a reação ocorre na superfície do catalisador. Para superar esses problemas, recentemente ILs são relatados para a valorização da biomassa como um catalisador ou solvente9,10,11,12,13,14. O uso de IL como solvente não é um método melhor por causa de seu custo mais elevado e a baixa pressão de vapor de ILs que cria dificuldade na separação do produto. Consequentemente, é imperativo usar IL reciclável como catalisador (em pequenas quantidades) em um sistema de solvente água para a conversão de biomassa em valor adicionado produtos químicos.
Aqui, apresentamos um método para usar 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) imidazólio hidrogênio sulfato ácido IL como catalisador para a conversão direta de sódio presente na biomassa de juta em monômeros de açúcar sem qualquer tratamento prévio. Comumente, ILs são relatados para o pré-tratamento de biomassa lignocelulósica10,15,16,17 , enquanto a quantidade muito grande de ILs é usada para o pré-tratamento de biomassa. Portanto, é sempre vantajoso usar IL como catalisador e converter biomassa lignocelulósica em produtos químicos sem nenhum tratamento adicional. Além disso, no presente trabalho, a concentração de lignina apresentada na biomassa de juta é calculada usando o método Klason, que pode ser convertido em vários monômeros aromáticos18.

<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

Recentemente, líquidos iônicos (ILs) são utilizados para valorização de biomassa em produtos químicos valiosos devido às suas propriedades notáveis tais como a estabilidade térmica, baixa pressão de vapor, não-inflamabilidade, maior capacidade de calor e solubilidade ajustável e acidez. Aqui, vamos demonstrar um método para a síntese de açúcares C5 (xilose e arabinose) o sódio presente na biomassa de juta, em um processo de um pot-através da utilização de uma quantidade catalítica de Brønsted sulfato de hidrogênio ácido 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium IL. O IL ácida é sintetizada em laboratório e caracterizadas usando técnicas espectroscópicas NMR para a compreensão de sua pureza. Medem-se as várias propriedades de fiança como força ácida, estabilidade térmica e hidrotermal, que mostrou que o catalisador é estável a uma temperatura mais alta (250 ° C) e possui altíssima ácida força (Hó 1.57). O IL ácido converte mais 90% de sódio em açúcares e furfural. Portanto, o método apresentando neste estudo também pode ser empregado para a avaliação da concentração de sódio de outros tipos de biomassa lignocelulósica.

A quantidade exata de sódio e lignina recuperados a partir da biomassa depende do tipo de biomassa lignocelulósica. Tipos similares de biomassa lignocelulósica coletadas em lugares diferentes podem ter diferentes concentrações de sódio e lignina. A biomassa de juta utilizada neste estudo contém 20 wt% de sódio e 14 wt% de lignina.
A Figura 1 mostra a comparação da ativida...

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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

Apresentamos um protocolo para a síntese de açúcares C5 (xilose e arabinose) de uma renovável biomassa lignocelulósica não comestíveis (ou seja, juta), com a presença de Brønsted líquidos iônicos ácidos (bolas) como catalisador na água. O catalisador de bolas exibiu o melhor desempenho catalítico convencionais catalisadores ácidos minerais (H2SO4 e HCl).

Um novo método para a análise de Pentosan presentes na biomassa de juta e sua conversão em monômeros de açúcar usando ácido líquido iônico

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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