Name: extraction of lignin with high &#946;-o-4 content by mild ethanol extraction and its effect on the depolymerization yield
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Extraction of Lignin with High ÃŽÂ²-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield at JoVE.com

Arbetet har finansierats av Europeiska unionen (Marie Curie ITN 'SuBiCat' PITN-GA-2013-607044, PJD, KB och JGdV), förutom ekonomiskt stöd från European Research Council, ERC start Grant 2015 (CatASus) 638076 (annonser och KB) och forskningsprogrammet talang Systemet (Vidi) med projektnummer 723.015.005 (KB), som delvis finansieras av den nederländska organisationen för vetenskaplig forskning (NWO).

1. förbehandling av valnöt råvaran före Lignin utvinning
<ol><li>Produktion av cut valnöt skal<ol>
<li>Mata valnötsskal till en hammare-fräs för att spräcka skalen. Utrusta den hammare cutter med ett 5 mm såll vid utloppet. Samla de brutna valnötsskal i en 1 L glasbägare.</li>
		<li>Foder fractured skalen till en micro hammare-fräs för att få marken skal. Utrusta micro hammare fräsen med ett 2 mm såll vid utloppet. Samla in marken valnöt skalen i en 1 L glasbägare.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utvinning av fettsyror från marken valnöt skal<ol>
<li>Lägga 150 g skuren valnötsskal i en 500 mL-kolv för runda-botten. Tillsätt 200 mL toluen och en omrörningsanordning bar till runda-botten kolven.</li>
		<li>Anslut en återloppskylare till runda-botten kolven. Värme blandningen vid reflux temperatur (111 ° c) i ett oljebad för 2 h med kraftig omrörning.</li>
		<li>Avsluta då uppvärmningen efter 2 h och låt blandningen svalna ner till rumstemperatur genom att ta bort det från oljebad.</li>
		<li>Ta bort toluen genom filtrering (185 mm diameter, 10 µm porstorlek). Kassera toluen filtratet.</li>
		<li>Ta bort den toluen som rester av värme valnötsskal över natten i en vakuum ugn på 80 ° c och 50 mbar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fräsning av pre extraherade valnötsskal<ol>
<li>Plats 7 ZrO2 slipning bollar med en 20 mm diameter till en 250 mL slipning skål gjord av ZrO2.</li>
		<li>Fyll skålen med 40 g valnöt partiklar. Tillsätt 60 mL isopropanol till slipning skålen.</li>
		<li>Utföra slipningen av valnötsskal med en roterande boll kvarn. Grind i 4 cykler av 2 min slipning på 27 x g följt av en 4 minuters paus. Håll temperaturen i skålen under 80 ˚C när som helst. Utför inte mer än 3 omgångar och låt skålen svalna ner efteråt.</li>
		<li>Samla den finmalen valnötsskal till en 500 mL-kolv för runda-botten. Ta bort isopropanol genom roterande förångning vid 40 ˚C och 125 mbar.</li>
		<li>Torr på valnötsskal övernattning i vakuumugn vid 50 ° c och 50 mbar.</li>
		<li>Sikten av finmalen valnötsskal genom en 1 mm såll. Mark de partiklar som är för stort igen med roterande boll kvarnen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. beredning av de trä råvaror
<ol><li>Kapning av träplankor<ol>
<li>Placera träplankor under en borr, som är utrustat med en platt trä hastighet borr. Samla träspån i en glasbägare.</li>
		<li>Placera trä spån i en kaffekvarn att skära dem i mindre bitar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utvinning av fettsyror från trä<ol>
<li>Utför utvinning av fettsyrorna från trä på exakt samma sätt som beskrivs för valnötsskal i steg 1.2. Obs: Ingen fräsning av trä utförs i ball mill, enligt de villkor som beskrivs i steg 1.3 inte resulterade i en minskning av partikelstorlek.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. utvinning av hög β-O-4 Ethanosolv Lignin
<ol><li>Mild etanol extraktionen (metod A)<ol>
<li>Lägga 25 g av råvaran i en 500 mL-kolv för runda-botten. Tillsätt blandningen 80: 20 etanol/vatten (200 mL), 4 mL 37% HCl-lösning (0,24 M) och en magnetisk omrörning bar till runda-botten kolven.</li>
		<li>Anslut en återloppskylare till runda-botten kolven. Värme blandning atreflux temperaturen med ett oljebad för 5 h med kraftig omrörning.</li>
		<li>Låt blandningen svalna till rumstemperatur genom att ta bort det från oljebad. Filtrera blandningen (185 mm diameter, 10 µm porstorlek) och skölj återstoden med 4 gånger 25 mL etanol.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Upparbetning och isolering av lignin<ol>
<li>Samla sprit i en 500 mL-kolv för runda-botten. Koncentrera sig sprit av roterande förångning vid 40 ˚C och 150 mbar.</li>
		<li>Lös den erhållna fast i 30 mL aceton. Använd ett ultraljudsbad om fast inte löser sig helt.</li>
		<li>Utfällning av lignin genom att lägga till blandningen 600 mL vatten. Om ingen fällning sker, lägga till en liten mängd mättad vattenlösning Na2så4 lösning att flockas ligninet.</li>
		<li>Samla ligninet genom filtrering (185 mm diameter, 10 µm porstorlek). Tvätta ligninet med 25 mL vatten 4 gånger. Kassera filtratet om krävs ingen analys av hemicellulosa fraktionen. Om filtratet är mycket grumlig, lägga till en centrifugering tube och samla (stabil) botten fraktionen genom centrifugering.</li>
		<li>Låt ligninet till luft torka över natten. Torka ligninet ytterligare i vakuumugn (övernattning på 50 ° c och 50 mbar).</li>
		<li>Bestämma avkastningen efter ligninet är torkat över natten i en vakuumugn.</li>
		<li>Bestämma lignin utvinning effektivitet genom att dividera det totala lignin innehåll som bestäms av den Klason metod24.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Högre temperatur etanol extraktionen (metod B)<ol>
<li>Sätta 15 g av råvaran i en 250 mL-autoklav. Tillsätt blandningen 80: 20 etanol/vatten (120 mL), 2,4 mL HCl (0,24 M) och en magnetisk omrörning bar.</li>
		<li>Värme blandningen vid 120 ˚C i 5 h med en omrörningsanordning hastighet på 5,2 x g. kyl blandningen efteråt i ett isbad.</li>
		<li>Filtrera blandningen (185 mm diameter, 10 µm porstorlek) och skölj återstoden 4 gånger med 15 mL etanol.</li>
		<li>Utföra ytterligare arbete upp och isolering exakt enligt beskrivningen i steg 3,2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Större skala högre temperatur etanol utvinning av valnötsskal (metod C *)<ol>
<li>Lägg 90 g fint marken valnöt skal i en 1 L högtryck autoklav. Lägga till en 80: 20 etanol/vatten blandning (750 mL) och 6,25 mL H2SO4 (0,12 M).</li>
		<li>Värme blandningen vid 120 ˚C i 5 h med en omrörningsanordning hastighet på 35,8 x g. kyl blandningen tillbaka till rumstemperatur genom att vrida på reaktorerna kylsystem efter 5 h reaktionstiden.</li>
		<li>Filtrera blandningen (185 mm diameter, 10 µm porstorlek) och skölj återstoden 4 gånger med 75 mL etanol. Obs: Med hjälp av flera filter sparar en massa tid.</li>
		<li>Samla sprit i 2 lika partier. Utföra arbete-upp och isolering enligt beskrivningen i steg 3,2 med dubbel mängd lösningsmedel för båda partier.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Kontroll experiment steg 3,1. (Metod A *) och steg 3.3. (Metod B *) (valfritt)<ol>
<li>Placera exakt vissa material som beskrivs i steg 3.1.1 men ersätter den HCl-lösningen med 1,67 mL H2SO4 (0.12M). Resten av steg 3,1-3,2 är identisk metod A.</li>
		<li>Placera exakt vissa material som beskrivs i steg 3.3.1 men ersätter den HCl-lösningen med 1,0 mL av H2SO4 (0.12M). Resten av steg 3.3 är identisk med Metod B.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. de etherification av ligninet (tillval)
<ol><li>Lös upp 1000 mg av lignin i en 24 mL av 1:1 1,4-dioxan/vatten blandning i en 100 mL runda-botten. Tillsätt 1 mL en 37% HCl-lösning till blandningen.</li>
	<li>Lägg till en omrörningsanordning bar och tillmäter runda-botten kolven med en återloppskylare. Värme blandningen till 100 ° c med ett oljebad för 5 h med kraftig omrörning.</li>
	<li>Låt blandningen svalna till rumstemperatur genom att ta bort det från oljebad. Tillsätt blandningen till 160 mL vatten utfällning av lignin.</li>
	<li>Samla ligninet genom filtrering (185 mm diameter, 10 µm porstorlek) och tvätta ligninet med 25 mL vatten 2 gånger. Låt ligninet till luft torka över natten. Torka ligninet ytterligare i vakuumugn (övernattning på 50 ° c och 50 mbar).</li>
</ol>5. analys av Lignin
<ol><li>Tvådimensionell kärnmagnetisk resonans (2D-NMR) analys<ol>
<li>Lös 60 mg torkade lignin i 0,7 mL d6-aceton. Tillsätt några droppar D2O om ligninet fullt inte löser sig. Lägg blandningen i en NMR-röret och ta en 2D proton heteronuclear enda quantum samstämmighet spectra (HSQC) med en NMR spectrometeren med följande parametrar: (11, -1), (160, -10), nt = 4, ni = 51220.</li>
		<li>Analysera erhållna HSQC spektra. Justera spektra av manuell fas korrigeringar på båda axeln tills alla signaler är positiva, eftersom detta är särskilt viktigt längs med kategoriaxeln (f2). Utför ingen originalplan korrigeringar. Positionerna för alla kopplingar ges i steg 5.1.3 och 5.1.6.</li>
		<li>Integrera de signaler i regionen aromatiska som motsvarar de tre olika aromatiska enheterna (proton numrering enligt figur 4). Dessa signaler är i den regionen [(Proton range) (Carbon intervall)]: S2/6: [(6.48-6.90)(104-109)] S'2/6: [(7.17-7.50)(105-109)] Ssammandrag: [(6.35-6.65)(106-109)] G2: [(6.78-7.14)(111.5-116)] G5: [(6.48-7.06)(115-120.5)] G6: [(6.65-6.96)(120.5-124.5)] H2/6: [(7.05-7.29)(128.5-133)] Obs: H3/5 överlappar med signalen G5 , och det antas att H2/6 har samma stödnivå som H3/5. Signalen för kondenserade G överlappar G5. Om ingen (eller knappast) G2 och G6 signaler är närvarande, indikerar detta att full kondensation av G har inträffat.</li>
		<li>Beräkna mängden aromatiska enheter med formeln: Totala aromatiska = (((S2/6 + S'2/6) / 2) + Ssammandrag) + ((G2 + G5 G6- H2/6) / 3) + (H2/6 / 2)</li>
		<li>Beräkna procentandelen av G, H och S enheter med följande formler: Baserat på S = (((S2/6 + S'2/6) / 2) + Scondensed): totalt aromatiska x 100% Baserat på G = ((G2+ G5G6- H2/6) / 3): totalt aromatiska x 100% Baserat på H = (H2/6 / 2): totalt aromatiska x 100%</li>
		<li>Integrera signalerna i de alifatiska region signaler som motsvarar till β-O-4, β-β och β-5 kopplingar och Hibbert ketoner. Dessa är i den regionen [(proton range) (kol intervall)]: Β-O-4α [(4.76-5.10)(73-77.5)] Β ' - O - 4α [(4.44-4.84)(81.5-86)] Β-O-4β och β' - O - 4β [(4.03-4.48)(85-90.5)] Β-O-4γ och β' - O - 4γ [(3.10-4.00)(58.5-62)] Β-5α [(5.42-5.63)(88-92)] Β-5β [(3.36-3.56)(53-54.5)] Β-5γ [(3.50-4.00)(62-64.5)] Β-βα [(4.59-4.77)(86.5-89.5)] Β-ββ [(2.98-3.20)(55.5-59)] Β-βγ [(3.75-3.96)(72.5-76)] och [(4.10-4.31)(72.5-76)] HKγ [(4.20-4.30)(66-68)] Obs: Β-protonsna av β-O-4 och β' - O - 4 kopplingar överlappning. Strukturella motiven på dessa kopplingar ges i figur 1.</li>
		<li>Det totala antalet kopplingar per 100 C9 enheter baseras på signalen protonens α av kopplingarna. Beräkna det totala antalet kopplingar med följande formler: Β-O-4 kopplingar = (β-O-4α + β' - O - 4α) / totala aromatiska x 100 # Β-5 kopplingar = β-5α / totala aromatiska x 100 Β-βkopplingar = β-βα / totala aromatiska x 100</li>
	</ol>
</li>
	<li>Gel permeation chromatography (GPC) analys<ol>
<li>Lös 10 mg torkade lignin i 1 mL av tetrahydrofuran (THF) (med en droppe av toluen som intern standard). Filtrera blandningen genom ett 0,45 µm spruta filter i en autosampler injektionsflaskan med en minskad volym inlopp 0,3 mL. Stäng autosampler injektionsflaskan med en mössa.</li>
		<li>Injicera 20 µL av provet i en THF GPC. Bearbeta de erhållna uppgifterna.</li>
		<li>Korrigera den erhållna signalen för referenssignal (toluen). Välj elutionsvolymen för korrekt intervall (~ 200-10000 Da). Beräkna massdistribution av programvaran.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. depolymerization av Lignins till fenoliska 2-Arylmethyl-1,3-Dioxolanes (acetaler)
<ol><li>Plats 50 mg torkade lignin i en injektionsflaska med 20 mL mikrovågsugn som reaktionskärlet utrustad med en magnetisk omrörare. Lägg till 0,85 mL 1,4-dioxan, 50 µL av etylenglykol i 1,4-dioxan (0,54 mL/mL) och 50 µL av octadecane (intern standard) i 1,4-dioxan (26 mg/mL).</li>
	<li>Stäng reaktionskärlet och värma lösningen på 140 ° C under omrörning vid 3,8 x g.</li>
	<li>När reaktionskärlet når 140 ° C, tillsätt 50 µL av Fe (III) OTf3 i 1,4-dioxan (0,1 g/mL).</li>
	<li>Rör om reaktorn i 15 min.</li>
	<li>Cool reaktorn till rumstemperatur och ta bort depolymerization vätskan som beskrivs i steg 7,1.</li>
</ol>7. arbete upp och analys av Depolymerization blandningar
<ol><li>Filtrera vätskan över clotting (permeabilitet: 2,60-6-50 darcy; partikelstorlek: 150 mesh Tyler; sieve behålla (140 M US): 2.0-25,0%) och samla i en 2 mL centrifugrör.</li>
	<li>Koncentrera sig på flytande övernattning vid 35 ° C i en roterande vakuum koncentrator.</li>
	<li>Extrahera den slutliga olja/solid med följande procedur:<ol>
<li>Upphängd och svälla återstoden i 0,15 mL diklormetan (DCM) genom omfattande blandning (av virvel), 15 min av ultraljudsbehandling och 30 min i automatisk hjul.</li>
		<li>Centrifugera proverna för upp till 10 s med en minispin bordsskiva centrifug för att säkerställa att vätskan är på botten av röret (centrifugeringsvarvtal: 671 x g).</li>
		<li>Lägg till 0,75 mL toluen och blanda i stor utsträckning (av vortex och 10 min ultraljudsbehandling).</li>
		<li>Centrifugera proverna för upp till 10 s med en minispin bordsskiva centrifug (centrifugeringsvarvtal: 671 x g) att se till att vätskan är på botten av röret.</li>
		<li>Separata lätta organiska vätskan från det fasta eller tjock fet rest och filtrera denna vätska över en plugg av clotting och samla i en injektionsflaska av glas. Obs: Denna procedur för upphängning/tvätt upprepas tre gånger, och i sista utvinning, 0,5 mL toluen används.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Koncentrera sig de kombinerade organiska faserna av roterande avdunstning (40 ˚C, 20 mbar).</li>
	<li>Lös upp det fet restmaterialet i 1 mL av DCM för gaskromatografi lågan jonisering detektor (GC-FID) analys.</li>
	<li>Utföra GC-FID använder en GC utrustad med ett FID detektor och använda helium som bärgas. Standardinställningar: 1 µL injektion, en split ranson av 50: 1, en helium flödet av 0,95 mL/min. Equip GC apparater med HP5 kolumn (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm) och kör med en temperaturprofil som börjar med en 5 min 60 ° C isotherm. Uppföljning av en 10 ° C/min ramp för 20 min till 260 ° C. Hålla denna temperatur under 20 minuter.</li>
	<li>Integrera topparna i spektra manuellt. Retentionstiderna för topparna är som följande: octadecane (21,4 min), H-acetal (19,5 min), G-acetal (20,8 min), S-acetal (23,4 min). Använda de erhållna värdena i steg 7,8 för att utföra kvantifiering.</li>
	<li>Utföra kvantifiering av G acetal, som bygger på en kalibreringskurva med en standard sammansatta isolerade med hjälp av intern standard (octadecane). Obs: Kalibreringskurvan: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58575/58575eq1.jpg"> (R2= 0,9991) Kapacitet G-acetal:<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58575/58575eq2.jpg"> Baserat på tidigare resultat9,21,23 en responsfaktorn beräknades för H och S acetal som 2.19 och 1,82, respektive.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Tuck, C. O., P&#233;rez, E., Horv&#225;th, I. T., Sheldon, R. A., Poliakoff, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Valorization+of+Biomass:+Deriving+More+Value+from+Waste.">Valorization of Biomass: Deriving More Value from Waste.</a> Science. 337, 695-699 (2012).</li><li>Ragauskas, A. 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=Lignin+Valorization:+Improving+Lignin+Processing+in+the+Biorefinery.">Lignin Valorization: Improving Lignin Processing in the Biorefinery.</a> Science. 344, 709-719 (2014).</li><li>Sun, Z., Fridrich, B., de Santi, A., Elangovan, S., Barta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bright+Side+of+Lignin+Depolymerization:+Toward+New+Platform+Chemicals.">Bright Side of Lignin Depolymerization: Toward New Platform Chemicals.</a> Chemical Reviews. 118 (2), 614-678 (2018).</li><li>Schutyser, W., Renders, T., Van den Bosch, S., Koelewijn, S. F., Beckham, G. T., Sels, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemicals+from+lignin:+an+interplay+of+lignocellulose+fractionation,+depolymerization,+and+upgrading.">Chemicals from lignin: an interplay of lignocellulose fractionation, depolymerization, and upgrading.</a> Chemical Society Reviews. 47 (3), 852-908 (2018).</li><li>K&#228;rk&#228;s, M. D., Matsuura, B. S., Monos, T. M., Magallanes, G., Stephenson, C. R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition-metal+catalyzed+valorization+of+lignin:+the+key+to+a+sustainable+carbon-neutral+future.">Transition-metal catalyzed valorization of lignin: the key to a sustainable carbon-neutral future.</a> Organic &amp; Biomolecular Chemistry. 14 (6), 1853-1914 (2016).</li><li>Deuss, P. J., Barta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+models+to+lignin:+Transition+metal+catalysis+for+selective+bond+cleavage+reactions.">From models to lignin: Transition metal catalysis for selective bond cleavage reactions.</a> Coordination Chemistry Review. 306, 510-532 (2016).</li><li>Yokoyama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revisiting+the+Mechanism+of+&#946;-O-4+Bond+Cleavage+During+Acidolysis+of+Lignin.+Part+6:+A+Review.">Revisiting the Mechanism of &#946;-O-4 Bond Cleavage During Acidolysis of Lignin. Part 6: A Review.</a> Journal of Wood Chemistry and Technology. 35 (1), 27-42 (2014).</li><li>Sturgeon, M. R., 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=A+Mechanistic+Investigation+of+Acid-Catalyzed+Cleavage+of+Aryl-Ether+Linkages:+Implications+for+Lignin+Depolymerization+in+Acidic+Environments.">A Mechanistic Investigation of Acid-Catalyzed Cleavage of Aryl-Ether Linkages: Implications for Lignin Depolymerization in Acidic Environments.</a> ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2 (3), 472-485 (2014).</li><li>Deuss, P. J., Scott, M., Tran, F., Westwood, N. J., de Vries, J. G., Barta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aromatic+monomers+by+in+situ+conversion+of+reactive+intermediates+in+the+acid-catalyzed+depolymerization+of+lignin.">Aromatic monomers by in situ conversion of reactive intermediates in the acid-catalyzed depolymerization of lignin.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (23), 7456-7467 (2015).</li><li>Jastrzebski, R., Constant, S., Lancefield, C. S., Westwood, N. J., Weckhuysen, B. M., Bruijnincx, P. C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tandem+Catalytic+Depolymerization+of+Lignin+by+Water-Tolerant+Lewis+Acids+and+Rhodium+Complexes.">Tandem Catalytic Depolymerization of Lignin by Water-Tolerant Lewis Acids and Rhodium Complexes.</a> ChemSusChem. 9 (16), 2074-2079 (2016).</li><li>Kaiho, A., Kogo, M., Sakai, R., Saito, K., Watanabe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+trapping+of+enol+intermediates+with+alcohol+during+acid-catalysed+de-polymerization+of+lignin+in+a+nonpolar+solvent.">In situ trapping of enol intermediates with alcohol during acid-catalysed de-polymerization of lignin in a nonpolar solvent.</a> Green Chemistry. 17 (5), 2780-2783 (2015).</li><li>Huang, X., Zhu, J., Kor&#225;nyi, T. I., Boot, D. B., Hensen, E. 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=Effective+Release+of+Lignin+Fragments+from+Lignocellulose+by+Lewis+Acid+Metal+Triflates+in+the+Lignin-First+Approach.">Effective Release of Lignin Fragments from Lignocellulose by Lewis Acid Metal Triflates in the Lignin-First Approach.</a> ChemSusChem. 9 (23), 3262-3267 (2016).</li><li>Kaiho, A., Mazzarella, D., Satake, M., Kogo, M., Sakai, R., Watanabe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+di(trimethylolpropane)+cross+linkage+and+phenylnaphthalene+structure+coupled+with+selective+&#946;-O-4+bond+cleavage+for+synthesizing+lignin-based+epoxy+resins+with+controlled+glass+transition+temperature.">Construction of di(trimethylolpropane) cross linkage and phenylnaphthalene structure coupled with selective &#946;-O-4 bond cleavage for synthesizing lignin-based epoxy resins with controlled glass transition temperature.</a> Green Chemistry. 18 (24), 6526-6535 (2016).</li><li>Lahive, C. W., 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=Advanced+model+compounds+for+understanding+acid-catalyzed+lignin+depolymerization:+Identification+of+renewable+aromatics+and+a+lignin-derived+solvent.">Advanced model compounds for understanding acid-catalyzed lignin depolymerization: Identification of renewable aromatics and a lignin-derived solvent.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (28), 8900-8911 (2016).</li><li>Shuai, L., Saha, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+high-yield+lignin+monomer+production.">Towards high-yield lignin monomer production.</a> Green Chemistry. 19 (16), 3752-3758 (2017).</li><li>Rinaldi, R., 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=Paving+the+Way+for+Lignin+Valorisation:+Recent+Advances+in+Bioengineering,+Biorefining+and+Catalysis.">Paving the Way for Lignin Valorisation: Recent Advances in Bioengineering, Biorefining and Catalysis.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (29), 8167-8215 (2016).</li><li>Schutyser, W., Renders, T., van den Bosch, S., Koelewijn, S. F., Beckham, G. T., Sels, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemicals+from+lignin:+an+interplay+of+lignocellulose+fractionation,+depolymerization,+and+upgrading.">Chemicals from lignin: an interplay of lignocellulose fractionation, depolymerization, and upgrading.</a> Chemical Society Reviews. 47 (3), 852-908 (2018).</li><li>Constant, S., 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=New+insights+into+the+structure+and+composition+of+technical+lignins:+a+comparative+characterization+study.">New insights into the structure and composition of technical lignins: a comparative characterization study.</a> Green Chemistry. 18 (9), 2651-2665 (2016).</li><li>Smit, A., Huijgen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+fractionation+of+lignocellulose+in+herbaceous+biomass+and+hardwood+using+a+mild+acetone+organosolv+process.">Effective fractionation of lignocellulose in herbaceous biomass and hardwood using a mild acetone organosolv process.</a> Green Chemistry. 19 (22), 5505-5514 (2017).</li><li>Lancefield, C. S., Panovic, I., Deuss, P. J., Barta, K., Westwood, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pre-treatment+of+lignocellulosic+feedstocks+using+biorenewable+alcohols:+towards+complete+biomass+valorization.">Pre-treatment of lignocellulosic feedstocks using biorenewable alcohols: towards complete biomass valorization.</a> Green Chemistry. 19 (1), 202-214 (2017).</li><li>Deuss, P. J., Lancefield, C. S., Narani, A., de Vries, J. G., Westwood, N. J., Barta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenolic+acetals+from+lignins+of+varying+compositions+via+iron+(III)+triflate+catalysed+depolymerization.">Phenolic acetals from lignins of varying compositions via iron (III) triflate catalysed depolymerization.</a> Green Chemistry. 19 (12), 2774-2782 (2017).</li><li>Bauer, S., Sorek, H., Mitchell, V. D., Ib&#225;&#241;ez, A. B., Wemmber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Miscanthus+giganteus+Lignin+Isolated+by+Ethanol+Organosolv+Process+under+Reflux+Condition.">Characterization of Miscanthus giganteus Lignin Isolated by Ethanol Organosolv Process under Reflux Condition.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 60 (33), 8203-8212 (2012).</li><li>Deuss, P. 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=Metal+triflates+for+the+production+of+aromatics+from+lignin.">Metal triflates for the production of aromatics from lignin.</a> ChemSusChem. 9 (2), 2974-2981 (2016).</li><li>Nicholson, D. J., Leavit, A. T., Francis, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-stage+Klason+method+for+more+accurate+determinations+of+hardwood+lignin+content.">A three-stage Klason method for more accurate determinations of hardwood lignin content.</a> Cellulose Chemistry and Technology. 48 (1-2), 53-59 (2014).</li><li>Sun, Z., 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=Complete+lignocellulose+conversion+with+integrated+catalyst+recycling+yielding+valuable+aromatics+and+fuels.">Complete lignocellulose conversion with integrated catalyst recycling yielding valuable aromatics and fuels.</a> Nature catalysis. 1, 82-92 (2018).</li><li>Lancefield, C. S., Ojo, O. S., Tran, F., Westwood, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+Functionalized+Phenolic+Monomers+through+Selective+Oxidation+and+C-O+Bond+Cleavage+of+the+&#946;-O-4+Linkages+in+Lignin.">Isolation of Functionalized Phenolic Monomers through Selective Oxidation and C-O Bond Cleavage of the &#946;-O-4 Linkages in Lignin.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (1), 258-262 (2015).</li><li>Rahimi, A., Ulbrich, A., Coon, J. J., Stahl, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formic-acid-induced+depolymerization+of+oxidized+lignin+to+aromatics.">Formic-acid-induced depolymerization of oxidized lignin to aromatics.</a> Nature. 515, 249-252 (2014).</li><li>Bosque, I., Magallanes, G., Rigoulet, M., K&#228;rk&#228;s, M. D., Stephenson, C. R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+Catalysis+Facilitates+Lignin+Depolymerization.">Redox Catalysis Facilitates Lignin Depolymerization.</a> ACS Central Science. 3 (6), 621-628 (2017).</li><li>Sette, M., Wechselberger, R., Crestini, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elucidation+of+Lignin+Structure+by+Quantitative+2D+NMR.">Elucidation of Lignin Structure by Quantitative 2D NMR.</a> Chemistry - A European Journal. 17 (34), 9529-9535 (2011).</li></ol>

Författarna rapportera någon intressekonflikt

Resultaten från extraktioner på olika förutsättningar och olika biomassa källor avslöjar hur de optimala förutsättningarna för utvinning av lignin med ett relativt högt innehåll av β-O-4 kopplingar kan variera beroende på källan. Exempelvis valnöt utvinning på hårdare villkor (metod B) ger en trefaldig ökning av avkastningen med en nära kvarhållning av β-O-4 enheter, medan för bok och cederträ avkastningen ökar men är åtföljs av en betydande minskning av mängden β-O-4 enheter. Däremot, för tall, hårdare utvinning villkoren ger väldigt lite nytta i avkastning och också leda till en lignin med en mycket låg mängd β-O-4 enheter. Detta innebär att vanligtvis någon form av optimering måste vara inblandade att få rätt balans mellan lignin avkastning och kvalitet i form av lagring av β-O-4 enheter i erhållna lignin materialet.
Den stora ökningen av Mw av lignin material erhållits från hårdare utvinning villkor visar att under dessa förhållanden större fragment kan utvinnas som ger högre avkastning. Men på dessa villkor inträffar ytterligare fragmentering, som tillhandahåller ytterligare material med lägre molekylvikt och därmed öka polydispertion som tydligt kan ses i GPC grafer av valnöt (figur 5a) och cederträ (figur 5 d) i form av signalen på ~ 500 Da.
HSQC NMR är ett viktigt informativt verktyg att tillhandahålla jämförande uppgifter om kvaliteten på olika lignins. Det bör noteras att i detta förfarande som ett standard HSQC experiment utförs, detta är bra för att erhålla jämförande data men är inte nödvändigtvis kvantitativ beroende på skillnader i avkoppling gånger. Den höga mängden kopplingar visas för vissa lignins i tabell 1 är överskattat. Kvantitativa HSQC experiment ger bättre resultat men kostade betydligt mer NMR tid, även om det finns29alternativ. Vår erfarenhet, bör siffrorna i tabell 1 delas med en faktor på en 1,3 att bättre spegla den faktiska mängden β-O-4 enheter per 100 aromatiska enheter.
Som tidigare nämnts, rapporterade resultaten påpeka hur att hitta optimala förhållanden kan variera beroende på källan för att få maximal monomer avkastningarna. Exempelvis när valnöt används som utgångsmaterial, avkastning de totala totala acetaler ökad runt två gånger om hårdare villkor (metod B) används för utvinning av lignin. Detta är dock främst på grund av den stora skillnaden i lignin utvinning avkastningen, utan att påverka halten β-O-4. Annorlunda, när furu används är mildare extraktion villkor (metod A) att föredra. I själva verket orsakar lignin extraktion resultat i mycket liknande avkastning i två fall, men hårdare villkor en tappa i β-O-4 enheter (särskilt icke-företrad β-O-4 kopplingar) som kan vara orsaken till sådan en låg monomer avkastning, som anges i föregående punkt. En betydande förlust av icke-företrad β-O-4 kopplingar kan observeras också i fall av bok och cedar om villkor (metod B) tillämpas för extraktion som eventuellt leder till en lägre monomerer avkastning. Den övergripande acetal avkastningen skiljer sig dock inte så mycket beroende på utvinning. I själva verket observeras en ungefärlig tvåfaldig ökning av lignin utvinning avkastningen för båda biomassa källor byter från metoder A till B som kompenserar för minskningen ungefär två gånger i monomeren avkastning.

För den kemiska industrin att bli hållbara, kan förnybara råvaror såsom lignocellulosa biomassa användas som alternativ till nuvarande dominerande fossila sådana1. För att göra användningen av sådana råvaror ekonomiskt bärkraftiga, bör dock värdefulla tillämpningar eftersträvas för dess innehåll. Lignocellulosa biomassa kan innehålla ca 30 wt % av det lignin som är en aromatisk biopolymer som för närvarande endast ett fåtal applikationer har utvecklats bortom dess användning som lågvärdigt bränsle2. Metoden mot potentiellt ökade-värde aromatiska komponenter är därför av stort intresse att säkerställa framgång för framtida bioraffinaderier.
Senaste forskning har fokuserat starkt på utvecklingen av nya metoder för selektiv klyvning av de vanligast förekommande β-O-4 kopplingen (figur 1a) i lignin skaffa särskilda aromatiska, vanligtvis fenol, monomerer3,4 ,5,6. Till exempel tillämpningen av syror mellan 80 ° C till 180 ° C är mycket effektivt för att klyva β-O-4 kopplingen bildar aldehyd och keton fragment7,8. Våra grupper och andra har nyligen visat att acidolysis kombinerat med metoderna för att stabilisera och fälla reaktiva fragment är extremt potent att erhålla fenoliska monomerer med specifika kemiska motiv9,10 , 11 , 12. av dessa, i synnerhet acetal svällning av reaktiva aldehyder med alkoholer att erhålla fenoliska 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetaler) visat kraftfull på grund av dess relativa enkel applicering och lagring av mycket functionalized natur av lignin monomerer (figur 1b)13,14. Dessa acetaler erhålls från depolymerization i förhållandet som avser fördelningen av H, G och S monomerer som finns i den överordnade lignin råvaran.
Syra katalyseras depolymerization, som många av de mest eleganta metoderna utvecklats, är relativt mild och inte klyva starkare C-C obligationer som förekommer i lignin15. Men blivit C-C obligationer särskilt riklig när hårda lignocellulosa fraktionering villkor tillämpas på grund av kondensation av reaktiva fragment släppt från klyvning svagare C-O obligationer16,17. Förlusten av β-O-4 innehåll från biomassa bearbetningsmetod framgår tydligt av analysen av en rad tekniska lignins, som visades att endast behålla upp till 6 β-O-4 kopplingar per 100 aromatiska enheter18, medan i lignocellulosa dessa siffror varierar från 45 till 90 kopplingar per 100 aromatiska enheter beroende på källa16. Vänder sig till mildare extraktion villkor, kan lignins erhållas med länkage fördelningarna som bättre återspeglar de naturliga ligninet. Dock kräver detta en kompromiss mellan utvinning effektivitet och kvaliteten på de erhållna lignin material17. Detta har också företräde i organosolv utvinning av lignin, som är en populär metod att fractionate lignin. Många varianter av denna process finns, med de metoder som sysselsätter olika temperaturer, syrahalten, utvinning gånger och lösningsmedel. Här har utvinning svårighetsgrad en direkt inverkan på den erhållna lignin strukturen och därmed dess lämplighet för ytterligare valorisering19,20,21. Till exempel hade organosolv lignin produceras av etanol baserat Alcell processen, fungerat i 5 år på demonstration skala, relativt låga mängden β-O-4 kopplingar lämnat som det var fungerat vid relativt hög temperatur att säkerställa effektiv delignifiering i för att få hög kvalitet kolhydrater för bioetanolproduktion. Dock biobaserade lösningsmedel med liten miljöpåverkan som etanol är att föredra och således de extraktionsmetoder som resulterar i lignins högre värde är av intresse. Alkoholhaltiga lösningsmedel är av särskilt intresse som i tillägg till är det extraktion medium de också införliva lignin struktur, till exempel β' - O - 4 (figur 1a)22, som delvis ”skyddar” struktur från oönskade klyvning. En lämplig metod skulle bli först att få lignin med ett högt β-O-4-innehåll och i en sekventiell steg för att avlägsna återstoden av ligninet tillgång till högt värde cellulosa.
I detta manuskript beskriver vi en rättfram och mycket reproducerbara förfarande för utvinning av hög β-O-4 lignin genom mild etanol extraktion. Beroende på källan som biomassa, kan detta leda till relativt hög utvinning effektivitet och avkastning. Procedurer för karakterisering av erhållna ligninet finns samt hur man ”deprotect” av företrad β' - O - 420. Dessutom presenteras ett prövningsförfarande för potentialen i dessa lignins i selektiv depolymerization förfaranden som förlitar sig på selektiv klyvning av β-O-4 kopplingar. Denna bedömning görs med den järn triflate katalyseras depolymerization i närvaro av etylenglykol för att erhålla fenoliska 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes23 , som visar sambandet mellan β-O-4-innehåll i lignin materialet och monomeren ger21. Resultaten visar balansen mellan hög lignin utvinning effektivitet och av de erhållna ligninet kan vara depolymerized till särskilda aromatiska monomerer.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:952px;" width="953">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Materials</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:423px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Iron (III) triflate</td>
			<td style="width:164px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>708801-1G</td>
			<td>purity: 90%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Octadecane</td>
			<td style="width:164px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>0652-100G</td>
			<td>purity: 99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Celite</td>
			<td style="width:164px;">Alfa Aesar</td>
			<td>H33152.0B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Silica Gel</td>
			<td style="width:164px;">SiliCycle</td>
			<td>R12030B-1KG</td>
			<td>P60 40-63 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Dichloromethane</td>
			<td style="width:164px;">Macron Fine Chemicals</td>
			<td>6779-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Walnut shells</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Pine wood</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Cedar wood</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Beech wood</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ethanol</td>
			<td style="width:164px;">JT Baker Chemicals</td>
			<td style="width:119px;">00832000001</td>
			<td>Ethanol absolute</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Isopropanol</td>
			<td style="width:164px;">Acros Organics</td>
			<td>149320025</td>
			<td>99.5+% extra pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Acetone</td>
			<td style="width:164px;">Macron Fine Chemicals</td>
			<td>2440-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Tetrahydrofuran</td>
			<td style="width:164px;">Boom B.V.</td>
			<td>164240025</td>
			<td>stabilized with BHT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Toluene</td>
			<td style="width:164px;">Macron Fine Chemicals</td>
			<td>8608-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Water</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Demi water from the internal supply</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">1,4-Dioxane</td>
			<td style="width:164px;">Acros Organics</td>
			<td>408820010</td>
			<td>99+% extra pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:164px;">Acros Organics</td>
			<td>124620026</td>
			<td>37% solution in water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:164px;">Boom B.V.</td>
			<td>760519081000</td>
			<td>95-97%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Acetone-d6</td>
			<td style="width:164px;">Acros Organics</td>
			<td>325320500</td>
			<td>99.8 atom% D</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Deuterium oxide</td>
			<td style="width:164px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">151882-100G</td>
			<td>99.9 atom% D</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Filters</td>
			<td style="width:164px;">Munktell</td>
			<td style="width:119px;">400303185</td>
			<td>185 mm diameter, 10 &#956;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Magnetic stirring bars</td>
			<td style="width:164px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">442-4525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Syringe filter</td>
			<td style="width:164px;">Sartorius</td>
			<td style="width:119px;">17559-Q</td>
			<td>0.45 &#956;m filter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Autosampler vial (2 mL)</td>
			<td style="width:164px;">Brown</td>
			<td style="width:119px;">151123</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Reduced volume inlet (0.3 mL)</td>
			<td style="width:164px;">Brown</td>
			<td style="width:119px;">150820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Autosampler caps (11 mm)</td>
			<td style="width:164px;">Brown</td>
			<td style="width:119px;">151216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Autosampler vial crimper</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Oil bath</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Syringes (1 mL)</td>
			<td style="width:164px;">Henke Sass Wolf</td>
			<td style="width:119px;">4010-200V0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Heating block-4 positions</td>
			<td style="width:164px;">IKA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Micro tubes 2 ml</td>
			<td style="width:164px;">Sarstedt</td>
			<td style="width:119px;">72691</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Crimp seals-20 mm</td>
			<td style="width:164px;">Brown Chromatography Supplies</td>
			<td style="width:119px;">151287</td>
			<td>with Silicone/PTFE septa</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Equipment</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Rotary Ball Mill</td>
			<td style="width:164px;">Fritsch</td>
			<td style="width:119px;">06.2000.00</td>
			<td>Laboratory Planetary Mono Mill PULVERISETTE 6</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Hammer mill</td>
			<td style="width:164px;">Brabender</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Micro Hammer mill</td>
			<td style="width:164px;">Brabender</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Vacuum oven</td>
			<td style="width:164px;">Heraeus</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Heraeus Vacutherm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Reflux setup and other glassware</td>
			<td style="width:164px;">CBN Suppliers B.V.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Reflux condensor, Roundbottom flask, Beaker glass and funnels</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Rotary evaporator</td>
			<td style="width:164px;">IKA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">250 mL high pressure autoclave</td>
			<td style="width:164px;">Berghof</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">1 L high pressure autoclave</td>
			<td style="width:164px;">Medimex</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ultrasonic bath</td>
			<td style="width:164px;">Emerson</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>type Branson 3210</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">NMR instrument</td>
			<td style="width:164px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Ascend 600</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">THF-GPC</td>
			<td style="width:164px;">Hewlett Packard</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>1100 series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Magnetic stirring plate</td>
			<td style="width:164px;">SalmenKipp</td>
			<td>SK861492220263</td>
			<td>type x-1250</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Coffee grinder</td>
			<td style="width:164px;">Profi Cook</td>
			<td style="width:119px;">PC-KSW1021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Drilling machine</td>
			<td style="width:164px;">Solid</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>type TB 13 S</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">GC-FID</td>
			<td style="width:164px;">Shimadzu</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BUCHI Reveleris PREP purification system&#160;</td>
			<td style="width:164px;">Buchi</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BUCHI C18 column&#160;</td>
			<td style="width:164px;">Buchi</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>150 mm &#215; 21.2 mm &#215; 10 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">20 ml microwave vials</td>
			<td style="width:164px;">???</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Univapo 150 ECH rotational vacuum concentrator</td>
			<td style="width:164px;">UniEquip</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Eppendorf minispin tabletop centrifuge&#160;</td>
			<td style="width:164px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SB2 rotator</td>
			<td style="width:164px;">Stuart</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Vortex</td>
			<td style="width:164px;">Wilten</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Processing Software</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">WinGPC Unichrom</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">MestReNova</td>
			<td style="width:164px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

extraction of lignin with high &#946;-o-4 content by mild ethanol extraction and its effect on the depolymerization yield

Lignin valorisering strategier är en nyckelfaktor för att uppnå mer ekonomiskt konkurrenskraftiga bioraffinaderier baserat på lignocellulosa biomassa. De flesta av de nya eleganta förfarandena att erhålla specifika aromatiska produkter är beroende av lignin substratet har ett högt innehåll av lätt cleavable β-O-4 kopplingen som närvarande i strukturen infödda lignin. Detta ger en miss-match med typiska tekniska lignins som förnedras mycket och därför är låga i β-O-4 kopplingar. De extraktion avkastningen och kvaliteten på de erhållna ligninet är därför av yttersta vikt att få tillgång till nya lignin valorisering vägar. I detta manuskript presenteras ett enkelt protokoll för att erhålla lignins med högt β-O-4 innehåll genom relativt milda etanol extraktion som kan tillämpas på olika lignocellulosa källor. Vidare presenteras analys förfaranden för att avgöra kvaliteten på lignins tillsammans med ett depolymerization protokoll som ger specifika fenoliska 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes, som kan användas för att utvärdera de erhållna lignins. De presenterade resultaten visar sambandet mellan lignin kvalitet och potential för lignins att vara depolymerized till specifika monomer aromatiska kemikalier. Övergripande, utvinning och depolymerization visar en kompromiss mellan lignin utvinning avkastningen och lagring av infödda aryl-eter struktur och därmed ligninet potential att användas som substrat för produktion av kemikalier för högre värde applikationer.

Watch this Scientific Journal Video about Extraction of Lignin with High ÃŽÂ²-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield at JoVE.com

Extraction of Lignin with High ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Här presenterar vi ett protokoll för att utföra etanol utvinning av lignin från flera biomassa källor. Effekten av utvinning villkor på lignin avkastning och β-O-4 innehåll presenteras. Selektiv depolymerization utförs på de erhållna lignins få hög aromatiska monomer produkter.

Utvinning av Lignin med högt β-O-4 innehåll av Mild etanol utvinning och dess effekt på Depolymerization avkastningen

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the ...

Den här metoden besvarar några viktiga frågor i fältet för utnyttjande av förnyelseresurser om lignin, en nyckelkomponent i lignocellulosabiomassa. Den största fördelen med denna teknik är att den låter dig erhålla lignin av god strukturell kvalitet från olika biomassakällor. Denna noterade metod riktar sig specifikt till beta 04-länkningen.Samtidigt förhindrar det att recondensation processer händer. Detta är mycket viktigt eftersom det förhindrar rödingbildning. Med denna metod kan samband upprättas mellan ligninextraktionsproceduren och de-polymeriseringseffektiviteten.Generellt någon av oss nya till dessa metoder, vi kämpar med träning förfaranden samt analys av de fyra lignins, och de-polymerisation produktblandning. För att producera skurna valnötsskal, utrusta en hammarskärare med en fem millimeters siv vid utloppet och mata in valnötsskalen i hammarskäraren och samla ihop de brutna skalen i en glasbägare med en liters glas. För att producera de små valnötsskalfragment som krävs för fräsning, mata de brutna skalen i en mikrohammarskärare utrustad med en 2 millimeters siv vid utloppet, samla de malda skalen i en ny en liters glasbägare.För att ta bort extraktiv från de malda valnötskalen, tillsätt 150 gram av skalet provet i en 500 millimeters rund bottenkolv som innehåller en omrörningsstång, och tillsätt 200 milliliter toluen till kolven. Fäst en reflexkondensor på kolven, och värm blandningen till en återloppstemperatur på 111 grader celsius i ett oljebad med kraftig omrörning. Efter två timmar, ta bort kolven från badet så att blandningen att svalna till rumstemperatur, och sila blandningen genom en 185 millimeter diameter, tio mikrometer por storlek filter för att ta bort toluen.Efter över natten uppvärmning i en vakuumugn vid 80 grader celsius och 50 millibars tryck, tillsätt 40 gram toluenbehandlade valnöt skal partiklar till en 250 milliliter zirkoniumdioxid slipning skål innehållandes sju 20 millimeter diameter zirkoniumdioxid slipning bollar. 60 millimeter isopropanol tillsätts till slipskålen. Placera malningsskålen i den roterande skålfräsen.Slipa skalpartiklarna i fyra cykler om två minuters slipning vid 27 gånger g följt av fyra minuters vila per cykel. Efter den fjärde malningscykeln, överför de finmalda valnötskalen i en 500 milliliter rund bottenkolv och avlägsna isopropanolen genom rotationsavdunstning vid 40 grader celsius och 125 millibars tryck. Torka sedan valnötskalen i en vakuumugn över natten vid 50 grader celsius och 50 millibar tryck.För att få etanosolv lignin med den högsta beta 04-halten, tillsätt 25 gram råmaterial i en ny 500 milliliter rund bottenkolv och tillsätt 200 milliliter av en 80 till 20 etanol till vattenlösning, fyra milliliter 37%hydrokloridlösning, och en magnetisk stir bar till kolven. Fäst en återflödeskondensor på kolven och värm blandningen i ett oljebad vid 80 grader celsius i fem timmar med kraftig omrörning. Efter att blandningen har svalnat till rumstemperatur, filtrera lösningen genom en 185 millimeter diameter tio mikrometer porstorlek sil till en ny 500 milliliter rund botten kolv, tvätta återstoden fyra gånger med 25 milliliter etanol per tvätt.Koncentrera den insamlade spriten genom rotationsdunstning vid 40 grader celsius och 150 millibars tryck, följt av upplösning av det erhållna fasta i 30 milliliter aceton. För att fälla ut lignin, tillsätt blandningen till 600 milliliter vatten och samla upp utfällda lignin i en 185 millimeter diameter, tio mikrometer porstorlek sil, tvätta lignin fyra gånger med 25 milliliter vatten per tvätt. Lufta lignin över natten vid rumstemperatur i filtret, följt av natten torkning i en vakuumugn vid 50 grader celsius och 50 millibar tryck i en glasflaska.Sedan bestämma avkastningen av extraherade lignin på en balans. För analys av ligninstrukturen genom tvådimensionell kärnmagnetisk resonans eller NMR-analys, lös 60 milligram torkat lignin i 0,7 milliliter av deutarerad aceton, och tillsätt denna blandning till ett NMR-rör. Lägg till detta NMR-rör till en NMR-spektrofotometer och ställ in önskade parametrar för att få ett lämpligt 2D proton hetero-nukleärt enda kvantkum sammanhang spektrum.För lignin de-polymerisation, tillsätt 50 milligram torkat lignin i en 20 milliliter mikrovågs- reaktionsflaska utrustad med en magnetisk omrörare och tillsätt 0,85 milliliter 1, 4 dioxan, 50 mikroliter av etylenglykol i 1, 4 dioxan och 50 mikroliter av oktakant i 1, 4 dioxan till vial. Efter stängning av kärlet, värm lösningen till 140 grader celsius med omrörning. När reaktionskärlet når måltemperaturen, tillsätt 50 mikroliter av järn tre trifluormetesulfat i 1, 4 dioxan till kärlet, och rör om reaktionen i ytterligare 15 minuter.Efter att ha kylt reaktionen på rumstemperatur, filtrera vätskan över celit i ett centrifugrör på två milliliter. Koncentrera sedan den insamlade vätskan över natten vid 35 grader celsius i en rotationsdammsugarekoncentrator. För att extrahera de produkter med låg molekylvikt, suspendera och svälla återstoden i 0,15 milliliter av diklormetan genom virvelning, 15 minuter av ultraljudsbehandling, och 30 minuter i ett automatiskt hjul.För att utföra en effektiv monomerutsug är det avgörande att först svälla den erhållna oljan i klormetan. Då är det viktigt att lägga till rätt mängd toluen för att selektivt fälla ut undersidans oligomerer. Fällning av oligomererna med 0,75 milliliter av toluen följt av vortexing och tio minuter av ultraljudsbehandling.Centrifugera proverna i tio sekunder vid 5000 RPM och separera den lätta organiska vätskan från de fasta tjocka oljiga restprodukterna och filtrera vätskan över en plugg celit i en glasflaska. Koncentrera sedan de organiska faserna genom rotationsavdunstning vid 40 grader celsius och 20 millibar tryck. Och lös upp den oljiga återstoden i en milliliter av diklormetan för analys genom gaskromatografi.De lignins som erhålls efter varje extraktion uppvisar ett brett spektrum av färger och partikelstorlekar, med polymererna som erhållits från milda behandlingar som visar en typiskt röd-rosa färg och små flingor av material. När hårdare villkor tillämpas, de erhållna lignins uppvisar en brun till brungul färg, med en övergripande ökning av avkastningen av material, en effekt som var mycket mer djupgående för valnöt, bok, och cederträ, jämfört med furu trä. NMR analys av de olika lignins bestämmer SGH förhållandet och mängden av länkar av de extraherade polymerer, särskilt mängden beta 04 länkages.Till exempel ger lignins utvinns vid mildare förhållanden vanligtvis högre mängder av länkar. Acetolysis reaktioner med järn tre trifluorometesulfat i närvaro av etylenglykol avkastning tre olika fenol acetals som avser de S, G och H enheter som finns inom lignins, med högre kombinerade fenoliska acetal avkastning observerats för lignins extraheras under milda förhållanden. En tydlig trend är synlig när det totala beta 04-innehållet beaktas vari den högre beta 04-halten i allmänhet resulterar i en högre acetal avkastning.När ligninutvinningsavkastningen och påföljande avpolymeriseringsavkastning kombineras erhålls en övergripande acetalavkastning från biomassakällan som visar tydliga skillnader mellan de olika biomassakällorna. Medan du utför ligninextraktioner är det viktigt att balansera utvinningsutbytet med den strukturella kvaliteten på det erhållna lignin. Så om du följer den rapporterade avpolymeriseringsmetoden kan du faktiskt erhålla mervärdesaromater i hög selektivitet.Dessa tekniker kommer att hjälpa andra forskare att få tillgång till mervärdesprodukter från ligninfraktionen av lignincellulosabiomassa i god avkastning.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Chemical Quantities and Aqueous Reactions

SCIENTISTS IN ACTION

Investigations on the Ga(III) Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

Investigations on the GaIII Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

Undersökningar på Ga (III) komplex av EOB-DTPA och dess<sup&gt; 68</sup&gt; Ga Radiomärkt Analog

We demonstrate a method for the isolation of EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris(carboxymethyl)-4-(ethoxybenzyl)-undecanedioic acid) from its Gd(III) ...

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography (HPLC)

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography HPLC

En enkel metod för glukosinolater Extraktion och analys med Högtrycks vätskekromatografi (HPLC)

Glucosinolates are a well-studied and highly diverse class of natural plant compounds. They play important roles in plant resistance, rapeseed oil ...

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extraktion och rening av polyfenoler från frystorkat bärpulver för behandling av vaskulära glatta muskelceller<em&gt; In Vitro</em

Epidemiological studies indicate that increased flavonoid intake correlates with decreased mortality due to cardiovascular diseases (CVD) in the United ...

Fizzy Extraction of Volatile Organic Compounds Combined with Atmospheric Pressure Chemical Ionization Quadrupole Mass Spectrometry

Fizzy Extraction av flyktiga organiska föreningar kombinerat med atmosfärstryck Kemisk ionisering Quadrupole Mass Spectrometry

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

En behändig metod för extraktion och analys med vätskekromatografi högtrycks av katekolamin signalsubstanser och deras metaboliter

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...

Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source

Utvinning av Rami Fiber i Alkali väteperoxid System stöds av kontrollerad frisättning Alkali källa

This protocol demonstrates a method for ramie fiber extraction by scouring raw ramie in an alkali hydrogen peroxide system supported by a ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Tillverkning och provning av katalytisk Aerogel redo Via snabba Överkritisk extraktion

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

Separation av aldehyder och reaktiva ketoner från blandningar med ett Bisulfite extraktion protokoll

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

Employing Pressurized Hot Water Extraction (PHWE) to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory

Employing Pressurized Hot Water Extraction PHWE to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory

Anställa trycksatt varmvatten utvinning (PHWE) att utforska naturprodukter kemi i grundutbildningsprogram laboratoriet

A recently developed pressurized hot water extraction (PHWE) method which utilizes an unmodified household espresso machine to facilitate natural products ...

A Rhodopsin Transport Assay by High-Content Imaging Analysis

En Rhodopsin Transport test av hög-innehåll Imaging analys

Rhodopsin misfolding mutations lead to rod photoreceptor death that is manifested as autosomal dominant retinitis pigmentosa (RP), a progressive blinding ...