Гидрирование D-маннозы до D-маннита с использованием катализатора Ru/СПС MN 100
Автор: Григорьев Максим Евгеньевич, Лебедева Мария Борисовна, Манаенков Олег Викторович, Долуда Валентин Юрьевич, Филатова Анастасия Евгеньевна, Матвеева Валентина Геннадьевна
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Химические науки
Статья в выпуске: 12 (25), 2017 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена процессу гидрирования D-маннозы до D-маннита, являющегося ценным сырьем для пищевой, химической и фармацевтической промышленности. В данной работе приведены экспериментальные данные по каталитическому гидрированию D-маннозы до D-маннита: зависимости конверсии субстрата от температуры (варьировалась от 393 до 493 К), парциального давления водорода (варьировалось от 20 до 80 атм) и концентрации D-маннозы (варьировалась от 0,1 до 0,6 моль/л). Также приведены зависимости селективности каталитического процесса гидрирования от конверсии субстрата. Гидрирование D-маннозы проводилось в периодическом реакторе. В качестве катализатора процесса гидрирования была использована каталитическая система - рутений на сверхсшитом полистироле (СПС) с содержанием активного металла - 3% (вес.). Катализатор был получен методом пропитки СПС марки MN 100 водорастворимой солью рутения в смеси растворителей: тетрагидрофуран-метанол-вода в соотношении 4:1:1. Перед проведением опыта катализатор был восстановлен в токе водорода при атмосферном давлении и температуре 573 К. Анализ отбираемых из реактора проб осуществлялся методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием жидкостного хроматографа «Хроматэк - Кристалл ВЭЖХ 2014». На основании полученных экспериментальных данных была показана возможность использования катализатора Ru/СПС MN 100 для эффективного гидрирования D-маннозы, осуществлен выбор «оптимальных» условий каталитического гидрирования D-маннозы до D-маннита по показателям высокой селективности процесса при практически полной конверсии субстрата (99%). Приведены литературные даны для сравнения каталитической системы - рутений на подложке из TiO2 модифицированной оксидом никеля с Ru/СПС MN 100. На основании сравнения показано преимущество Ru/СПС MN 100 для гидрирования D-маннозы.
Гидрирование, d-манноза, d-маннит, катализатор ru/спс mn 100
Короткий адрес: https://sciup.org/14111365
IDR: 14111365 | УДК: 544.42.032 | DOI: 10.5281/zenodo.1101190
Hydrogenation of D-mannose to D-mannite using the catalyzer Ru/MN 100
This work is devoted to the process of hydrogenation of D-mannose to D-mannitol, which is valuable raw material for food, chemical and pharmaceutical industries. Experimental data on catalytic hydrogenation of D-mannose to D-mannitol, i. e. the dependence of the substrate conversion on temperature (varied from 393 up to 493 K), partial hydrogen pressure (varied from 20 atm up to 80 atm) and concentration of D-mannose (varied from 0.1 mol/L up to 0.6 mol/L), are presented in this work. The dependence of selectivity of the catalytic hydrogenation process on the substrate conversion is also shown. Hydrogenation of D-mannose was carried out in batch reactor. Ruthenium on hypercrosslinked polystyrene (HPS) with metal content of 3% (wt.) was used as a catalyst for the hydrogenation process. The catalyst was obtained by the impregnation of HPS of MN 100 type with water soluble ruthenium salt in solvent mixture: tetrahydrofuran-methanol-water in a ratio of 4:1:1. Before the experiment, the catalyst was reduced in hydrogen flow at atmospheric pressure and temperature of 573 K. Analysis of the samples of reaction mixture was carried out by high performance liquid chromatography using the liquid chromatograph “Chromatec - Crystal HPLC 2014”. Based on the experimental data, the possibility of the use of Ru/MN 100 catalyst for the efficient hydrogenation of D-mannose was shown. The choice of “optimal” conditions of catalytic hydrogenation of D-mannose to D-mannitol based on high process selectivity at almost complete conversion (99%) of the substrate was carried out. The literature data are presented for comparison of catalytic system, ruthenium supported on TiO2 modified with nickel oxide, with the Ru/MN 100. The comparison showed the advantage of the use of Ru/MN 100 for the hydrogenation of D-mannose.
Список литературы Гидрирование D-маннозы до D-маннита с использованием катализатора Ru/СПС MN 100
- Kuusisto J., Mikkola J. P., Casal P. P., Karhu H., Väyrynen J., Salmi T. Kinetics of the catalytic hydrogenation of d-fructose over a CuO-ZnO catalyst//Chemical Engineering Journal. 2005. V. 115. №1. P. 93-102.
- Toukoniitty B., Kuusisto J., Mikkola J. P., Salmi T., Murzin D. Y. Effect of ultrasound on catalytic hydrogenation of D-fructose to D-mannitol//Industrial & engineering chemistry research. 2005. V. 44. №25. P. 9370-9375 DOI: 10.1021/ie050190s
- Wisselink H. W., Weusthuis R. A., Eggink G., Hugenholtz J., Grobben G. J. Mannitol production by lactic acid bacteria: a review//International Dairy Journal. 2002. V. 12. №2. С. 151-161.
- Heinen A. W., Peters J. A., van Bekkum H. Hydrogenation of fructose on Ru/C catalysts//Carbohydrate research. 2000. V. 328. №4. P. 449-457.
- Makkee M., Kieboom A. P. G., Van Bekkum H. Production Methods of D-Mannitol//Starch-Stärke. 1985. V. 37. №4. P. 136-141.
- Wisnlak J., Simon R. Hydrogenation of glucose, fructose, and their mixtures//Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development. 1979. V. 18. №1. P. 50-57.
- Hoffer B. W., Crezee E., Devred F., Mooijman P. R. M., Sloof W. G., Kooyman P. J., Moulijn J. A. The role of the active phase of Raney-type Ni catalysts in the selective hydrogenation of D-glucose to D-sorbitol//Applied Catalysis A: General. 2003. V. 253. №2. P. 437-452.
- Gallezot P., Cerino P. J., Blanc B., Fleche G., Fuertes P. Glucose hydrogenation on promoted raney-nickel catalysts//Journal of Catalysis. 1994. V. 146. №1. P. 93-102.
- Hoffer B. W., Crezee E., Mooijman P. R. M., van Langeveld A. D., Kapteijn F., Moulijn J. A. Carbon supported Ru catalysts as promising alternative for Raney-type Ni in the selective hydrogenation of D-glucose//Catalysis Today. 2003. V. 79. P. 35-41.
- Mishra D. K., Hwang J. S. Selective hydrogenation of D-mannose to D-mannitol using NiO-modified TiO2 (NiO-TiO2) supported ruthenium catalyst//Applied Catalysis A: General. 2013. V. 453. P. 13-19.
