Левоглюкозани та продукти їх переробки. Умови одержання.

При термічній деполімеризації целюлози, разом з іншими продуктами, утворюється левоглюкозан (1,6-ангидро-β-D -глюкопіраноза) [17]:

сн₂

он

Високий вихід левоглюкозану досягають при високошвидкісному нагріві деревини до 360-400 °С в потоці перегрітої водяної пари і діоксиду карбону. При використанні обробленої розбавленим розчином сірчаної кислоти деревини хвойних або листяних порід вихід левоглюкозану досягає 30- 50% з розрахунку на целюлозу деревини при тривалості термічної обробки сировини декілька секунд [18]. Причому максимальний вихід левоглюкозана (50%) спостерігається у разі твердих порід дерев, зокрема, з берези. Отриманий на пілотній установці технічний левоглюкозан має чистоту 91-92%, а після очищення 95-96% [19].

Завдяки наявності 1,6-ангидроцикла, здатного легко розщеплятися, а також трьох гідроксильних груп, левоглюкозан можна застосовувати для синтезу різноманітних низькомолекулярних сполук, реакційноздатних олігомерів і полімерних продуктів (поліефірів, поліуретанів).

Поліуретани — гетероланцюгові полімери, макромолекула яких містить незаміщену або/і заміщену уретанову групу —N(R)—C(O)O—, де R = Н, алкіл, арил або ацил. В макромолекулах поліуретанів також можуть міститься прості і складно ефірні функціональні групи, мочевина, амідна групи і деякі інші, які визначають комплекс властивостей цих полімерів. Використовуються як замінники гуми що працюють в агресивному середовищі при високих температурах та навантаженні.

Склад продуктів перетворення рослинних вуглводів в середовищі водяної пари можна регулювати застосуванням різних каталізаторів і умов процесу. При обробці водяною парою при 250-300 °С в проточному реакторі у присутності каталізаторів утворюється помітна кількість левоглюкозенона [20, 21]:

Найбільш активним каталізатором є Al ₂ (SO₄)₃, у присутності якого вихід левоглюкозенона при 300 °C досягає 4,6% від маси абсолютно сухої деревини [22]. Піроліз целюлози в присутності кислот дає 2-5% левоглюкозенона. При термічній обробці целюлози в суміші з соєвою олією (відношення 1: 3) при 300 °С за короткий час можна отримати глюкозенон з виходом більше 10% [23]. Термоліз глюкози у присутності фосфорної кислоти при 350 °С дозволяє досягти виходу левоглюкозенона понад 20% [24].

Встановлено, що основними рідкими продуктами термокаталітичного розщеплення деревини в проточних умовах є метанол, ізопропанол, фурфурол, оцтова кислота, левоглюкозенон, оксиметилфурфурол, моно- і олігосахариди. У автоклавних умовах утворюється левулінова кислота, в продуктах реакції левоглюкозенон і гидроксиметилфурфурол відсутні.

Левоглюкозенон є дуже реакційно зданою сполукою і легко перетворюється на 5-гид-роксиметилфурфурол, левулінову кислоту і їх похідні [25].

Зіставлення складу продуктів термокаталітичного розщеплення деревини в проточних і автоклавних умовах, а також що утворюються в результаті хімічних перетворень левоглюкозенона, свідчить про те, що левулінова кислота утворюється з гексозанзвміщуючої сировини за наступною схемою [26]:

Гексозани → Левоглюкозенон→ 5-Гидроксиметилфурфурол → Левулінова кислота