Хімія, фізика та технологія поверхні, 2016, 7 (4), 395-404.

Одностадійний синтез δ-валеролактону з тетрагідрофурфурилового спирту та амідування δ-валеролактону на Сu/ZnO-Al2O3 каталізаторі



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp07.04.395

V. V. Brei, A. M. Varvarin, S. V. Prudius

Анотація


Вивчено парофазне перетворення тетрагідрофурфурилового спирту (ТГФС) у δ-валеролактон на Cu-оксидах при 260–300°С. Знайдено, що Сu/ZnO-Al2O3 каталізатор забезпечує пряме дегідрування ТГФС до δ-валеролактону при 270–280°С. Пропонується схема перетворення тетрагідрофурфурилового спирту: спочатку ТГФС дегідрується до тетрагідрофурфурилового альдегіду, який далі перегруповується в δ-валеролактон. Досліджено також парофазне амідування δ-валеролактону амоніаком у δ-валеролактам в потоці водню та водяної пари на Cu-оксидах при 250–280°С. Показано, що 80% селективність за δ-валеролактамом при 80–90% конверсії лактону досягається на Сu/ZnO-Al2O3каталізаторі при 260–280°С.

Ключові слова


каталітичне дегідрування; тетрагідрофурфуриловий спирт; δ-валеролактон; δ-валеролактам; Cu-каталізатор

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Bozell J.J., Petersen G.R. Technology Development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates–the US Department of Energy's «Top 10» revisited. Green Chem. 2010. 12(4): 539. https://doi.org/10.1039/b922014c 

2. Corma A., Iborra S., Velty A. Chemical routes for the transformation of biomass into chemicals. Chem. Rev. 2007. 107(6): 2411. https://doi.org/10.1021/cr050989d 

3. Mao L., Zhang L., Gao N., Li A. FeCl3 and acetic acid co-catalysed hydrolysis of corncob for improving furfural production and lignin removal from residue. Bioresour. Technol. 2012. 123: 324. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.07.058 

4. Chheda J.N., Huber G.W., Dumesic J.A. Liquid-phase catalytic processing of biomass-derived oxygenated hydrocarbons to fuels and chemicals. Angew. Chem. Int. Edit. 2007. 46(38): 7164. https://doi.org/10.1002/anie.200604274 

5. Koso S., Ueda N., Shinmi Y., Okumura K., Kizuka T., Tomishige K. Promoting effect of Mo on the hydrogenolysis of tetrahydrofurfuryl alcohol to 1,5-pentanediol over Rh/SiO2. J. Catal. 2009. 267(1): 89. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.07.010 

6. Koso S., Furikado I., Shimao A., Miyazawa T., Kunimori K., Tomishige K. Chemoselective hydrogenolysis of tetrahydrofurfuryl alcohol to 1,5-pentanediol. Chem. Commun. 2009. 15: 2035. https://doi.org/10.1039/b822942b 

7. Solaro R., Cantoni G., Chiellini E. Polymerisability of different lactones and methyl methacrylate in the presence of various organoaluminium catalysts. Eur. Polym. J. 1997. 33(2): 205. https://doi.org/10.1016/S0014-3057(96)00126-7 

8. Lou X., Detrembleur C., Jérome R. Living cationic polymerization of δ-valerolactone and synthesis of high molecular weight homopolymer and asymmetric telechenic and block copolymer. Macromolecules. 2002. 35(4): 1190. https://doi.org/10.1021/ma0113677 

9. Darensbourg D.J., Karroonnirum O., Wilson S.J. Ring-opening polymerization of cyclic esters and trimethylene carbonate catalyzed by aluminum half-salen complexes. Inorg. Chem. 2011. 50(14): 6775. https://doi.org/10.1021/ic2008057 

10. Yang J., Jia L., Hao Q., Li Y., Li Q., Fang Q., Cao A. New biodegradable amphiphilic block copolymers of ε-caprolactone and δ-valerolactone catalysed by novel aluminum metal complexes. II. Micellization and solution to gel transition. Macromol. Biosci. 2005. 5(9): 896. https://doi.org/10.1002/mabi.200500096 

11. Lee H., Zeng F., Dunne M., Allen C. Methoxy poly(ethylene glycol)-block-Poly(δ-valerolactone) copolymer micelles for formulation of hydrophobic drugs. Biomacromolecules. 2005. 6(6): 3119. https://doi.org/10.1021/bm050451h 

12. Zeng F., Lee H., Allen C. Epidermal growth factor-conjugated poly(ethylene glycol))-block- poly(δ-valerolactone) copolymer micelles for targeted delivery of chemotherapeutics. Bioconjugate Chem. 2006. 17(2): 399. https://doi.org/10.1021/bc050350g 

13. Bagnall W.H., Goodings E.P., Wilson C.I. Reactions of furan compounds. XII. Elimination of the side chain of tetrahydrofurfuryl alcohol using nickel-copper catalysts. J. Am. Chem. Soc. 1951. 73(10): 4794. https://doi.org/10.1021/ja01154a094 

14. Thomas H.P., Wilson C.L. Reactions of furan compounds. XV. Behavior of tetrahydrofurfuryl alcohol over iron-copper catalysts. J. Am. Chem. Soc. 1951. 73(10): 4803. https://doi.org/10.1021/ja01154a097 

15. Zheng H.-Y., Zhu Y.-L., Teng B.-T., Bai Z.-Q., Zhang C.-H., Xiang H.-W., Li Y.-W. Towards understanding the reaction pathway in vapour phase hydrogenation of furfural to 2-methylfuran. J. Mol. Catal. A: 2006. 246(1): 18. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2005.10.003 

16. Whelan T. Polymer Technology Dictionary. (London: Chapman & Hall, 1994). https://doi.org/10.1007/978-94-011-1292-5 

17. Patent UK 821982 A. Duxbury F.K., Reynolds R.J.W. Manufacture of amides. 1959.

18. Ono Y., Takeyama Y., Hatada K., Keii T. Conversion of δ-valerolactone into 2-piperidone over synthetic zeolites. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Develop. 1976. 15(3): 180. https://doi.org/10.1021/i360059a007 

19. Patent FR 1506874(A). Kanegafuchi Boseki Kabushiki Kaisha. Procédé de fabrication d'epsilon-caprolactame. 1967.

20. Patent US 3888845. Fujita Y., Naruchi T., Yoshisato E. Process for producing epsilon-caprolactam. 1975.

21. Inshina E.I., Shistka D.V., Telbiz G.M., Brei V.V. Hammet acidity function for mixed ZrO2-SiO2 oxide at elevated temperatures. Chem. Phys. Technol. Surf. 2012. 3(4): 395.

22. Atake I., Nishida K., Li D., Shishido T., Oumi Y., Sano T., Takehira K. Catalytic behavior of ternary Cu/ZnO/Al2O3 systems prepared by homogeneous precipitation in water-gas shift reaction. J. Mol. Catal. A. 2007. 275(1–2): 130. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2007.05.040 

23. Sharanda M.E., Prudius S.V., Brei V.V. One-pot synthesis of ethylacetate from ethanol over Cu/ZnO-ZrO2-Al2O3 catalyst. Ukr. Khim. Zh. 2008. 74(12): 78. [in Russian].

24. Sato S., Igarashi J., Yamada Y. Stable vapor-phase conversion of tetrahydrofurfuryl alcohol into 3,4-2H-dihydropyran. Appl. Catal. A. 2013. 453: 213. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.12.017 

25. Gulkova D., Kraus M. Dehydrogenation of substituted alcohols to aldehydes on zinc oxide-chromium catalysts. Collec. Czech. Chem. Commun. 1992. 57: 2215. https://doi.org/10.1135/cccc19922215 

26. Nenitescu C.D. Organic Chemistry. V. 2. (Moskow: IIL, 1963). [in Russian].




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp07.04.395

Copyright (©) 2016 V. V. Brei, A. M. Varvarin, S. V. Prudius

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.