BR112020011690A2

BR112020011690A2 - processos para isolamento e recuperação de açúcares c5

Info

Publication number: BR112020011690A2
Application number: BR112020011690-4A
Authority: BR
Inventors: Christopher T. Burns; Jagannadh SATYAVOLU; Michael H. Nantz
Original assignee: University Of Louisville Research Foundation, Inc.
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-11-17
Also published as: EP3710603A1; US20210071273A1; CA3084665A1; WO2019118476A1; EP3710603A4; US12012639B2

Abstract

A matéria atualmente divulgada refere-se a processos para isolar xilose de uma solução aquosa. Um processo representativo pode compreender fornecer uma solução aquosa compreendendo xilose; combinar um composto de boro com a solução aquosa para formar um derivado de boro da xilose; isolar o derivado de boro da xilose da solução aquosa como um precipitado; dissolver o derivado de boro da xilose em um solvente; e isolar a xilose do solvente como um precipitado usando um agente de captura de boro.

Description

PROCESSOS PARA ISOLAMENTO E RECUPERAÇÃO DE AÇÚCARES C5

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido é baseado em e reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos da América número de série 62/597,062, depositado em 11 de dezembro de 2017, cuja descrição é incorporada aqui por referência em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

[0002] A matéria atualmente divulgada refere-se a um processo para isolar e recuperar açúcares C5 a partir de uma solução aquosa. Em particular, a matéria atualmente divulgada refere-se, em algumas modalidades, a um processo para isolar o açúcar C5 xilose a partir de uma solução aquosa e para fazer isto em uma forma apropriada para transformações sintéticas subsequentes, tal como a produção de uma plataforma xilose de produtos bioquímicos e biocombustíveis.

FUNDAMENTOS

[0003] Utilizar recursos renováveis, tal como co- produtos a partir do processamento de grãos, para produzir uma plataforma C5 de produtos bioquímicos e biocombustíveis é vantajoso da perspectiva de meio ambiente, integração de processo e economia, assim como independência energética e segurança nacional. Tais co-produtos são mais ricos em hemiceluloses e os açúcares C5 derivados destes co-produtos podem ser convertidos através de vias de síntese química em produtos bioquímicos de maior valor e componentes com alta densidade energética de biocombustíveis de aviação, por exemplo.

[0004] Os açúcares à base de hemicelulose (por exemplo, xilose e arabinose) podem ser uma plataforma para síntese de vários produtos químicos industrialmente importantes que são atualmente derivados de petróleo. Pentoses foram identificadas pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos em 2004 entre os principais candidatos a precursores químicos valiosos que poderiam ser produzidos a partir de biomassa. Embora numerosos estudos tenham sido realizados para desenvolver processos para extração de monossacarídeos a partir de uma ampla faixa de matéria-prima de biomassa, esses processos de extração de monossacarídeos foram desenvolvidos como processos de pré-tratamento para aperfeiçoar os processos a jusante - não necessariamente para isolar e usar açúcares pentoses a partir da matéria- prima de biomassa. Por exemplo, várias técnicas hidrolíticas, como explosão a vapor, explosão a vapor com ácido sulfúrico diluído, extração tipo ‘organosolv’ e tratamento biológico com fungos de podridão branca, foram todas extensivamente investigadas como métodos de pré- tratamento para obter hidrolisados ricos em monossacarídeos.

[0005] No entanto, as concentrações de açúcar nos hidrolisados resultantes são tipicamente ainda menores do que o desejado para o processamento a jusante. Como tal, a concentração de hidrolisado é frequentemente requerida antes da conversão em produtos químicos ou biocombustíveis de valor agregado. Essas etapas de concentração podem deteriorar os açúcares e muitos dos compostos de degradação de açúcar são tóxicos para o processo de fermentação, limitando severamente os rendimentos e eficácia dos processos globais. Para se dirigir a esses inconvenientes, uma abordagem de tratamento do hidrolisado é baseada em ácidos borônicos lipofílicos para formar complexos de boronato com porções cis-diol de açúcares, que são extraídos em uma fase orgânica por pareamento iônico com cátions de amônio quaternário lipofílicos. Os sais resultantes são, então, hidrolisados em uma solução ácida aquosa e limpa para regenerar os açúcares para uso em fermentação subsequente ou outros processos enzimáticos. Embora essa abordagem extraia açúcares do hidrolisado, a utilidade dos açúcares extraídos é limitada, como a solução aquosa de açúcar não é compatível com muitos esquemas de conversão de biocombustíveis ou produtos bioquímicos que requerem que os açúcares estejam em forma seca.

[0006] Consequentemente, permanece uma necessidade na técnica para um processo de isolamento de açúcares C5, tal como xilose, a partir de soluções aquosas em um modo que permita que os açúcares C5 sejam, então, convertidos e/ou usados na produção de produtos bioquímicos, polímeros, e/ou biocombustíveis.

SUMÁRIO

[0007] É divulgado, de acordo com a matéria atualmente divulgada, um processo para isolar xilose a partir de uma solução aquosa. Em algumas modalidades, o processo compreende: fornecer uma solução aquosa compreendendo xilose; combinar um composto de boro com a solução aquosa para formar um derivado de boro da xilose; isolar o derivado de boro da xilose a partir da solução aquosa como um precipitado; dissolver o derivado de boro da xilose em um solvente; e isolar a xilose a partir do solvente como um precipitado usando um agente de captura de boro.

[0008] Em algumas modalidades, a solução aquosa é obtida por hidrólise. Em algumas modalidades, a hidrólise compreende submeter uma biomassa à hidrólise com ácido diluído para formar um hidrolisado de biomassa; submeter uma biomassa à hidrólise enzimática e/ou digestão para formar o hidrolisado de biomassa; ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, a biomassa é uma biomassa agrícola rica em hemicelulose. Em algumas modalidades, a biomassa agrícola rica em hemicelulose compreende um material selecionado dentre o grupo consistindo de cascas de soja a partir do processamento do feijão de soja, cascas de arroz obtidas a partir da moagem do arroz, fibra de milho arroz obtida a partir da moagem a úmido ou moagem a seco, bagaço a partir do processamento de cana-de-açúcar, polpa a partir do processamento de beterraba sacarina, grãos de destilaria, capim Panicum, palha, madeiras duras, e combinações dos mesmos.

[0009] Em algumas modalidades, o composto de boro é selecionado dentre o grupo consistindo de uma boroxina, um éster borônico de glicol, um éster borônico de 1,2-diol, um éster borônico de 1,3-diol, um éster borônico de poliol de um ácido borônico de alquila ou arila, e qualquer combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o éster borônico de glicol ou o éster borônico de 1,2-diol, ou o éster borônico de 1,3-diol, ou o éster borônico de poliol de um ácido borônico de alquila ou arila é um éster borônico de etileno glicol, um éster borônico de propileno glicol, um éster borônico de butileno glicol, ou um éster borônico de propanotriol de ácido borônico de fenila.

[0010] Em algumas modalidades, a etapa de combinar o composto de boro com o hidrolisado de biomassa é realizada a um pH ácido ou a um pH básico.

[0011] Em algumas modalidades, o composto de boro pode compreender um composto de boro líquido ou um composto de boro sólido, em que quando o composto de boro é um composto de boro sólido, o método compreende adicionar uma quantidade de um álcool solúvel em água ao composto de boro sólido para dissolver o composto de boro sólido.

[0012] Em algumas modalidades, o solvente usado na dissolução do derivado de boro do açúcar C5 é selecionado dentre o grupo consistindo de um solvente aromático, um solvente de cetona, um solvente de éster, e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o solvente de éster é acetato de etila. Em algumas modalidades, o agente de captura de boro é 1,2-propanodiol. Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente a etapa de recuperar uma quantidade do composto de boro após converter e precipitar o açúcar C5 a partir do solvente.

[0013] Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente a etapa de recuperar uma quantidade da boroxina, ou do éster borônico de glicol, ou do éster borônico de 1,2-diol, ou do éster borônico de 1,3-diol, ou do éster borônico de poliol de um ácido borônico de alquila ou arila após converter e precipitar a xilose a partir do solvente.

[0014] Consequentemente, é um objeto da matéria atualmente divulgada fornecer um processo para isolar xilose, tal como xilose anidra, sólida, a partir de uma solução aquosa.

[0015] Um objeto da matéria atualmente divulgada tendo sido identificada acima, e que é alcançado, no todo ou em parte, pela matéria atualmente divulgada, e outros objetos se tornarão evidentes à medida que a descrição prosseguir quando tomada em conjunto com os desenhos em anexo, como melhor descrito aqui.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] Figura 1 é um diagrama esquemático mostrando um ciclo em 3 etapas para isolamento de xilose.

[0017] Figura 2 é um diagrama esquemático mostrando uma reação de um éster borônico de propileno glicol de ácido borônico de fenila (PGBE) com H2O para formar ácido borônico de fenila (PBA) e trifenilboroxina (TPB).

[0018] Figura 3 é um diagrama esquemático mostrando a formação de um monoéster de xilose (XME) e a precipitação de diéster de xilose (XDE) a partir de xilose e PGBE.

[0019] Figura 4 é um diagrama esquemático mostrando a conversão de XDE em xilose e PGBE.

[0020] Figura 5 é um diagrama esquemático mostrando um ciclo de duas etapas para isolamento de xilose de acordo com a matéria atualmente divulgada.

[0021] Figura 6A é um gráfico mostrando rendimento de XDE versus pH da solução usando PGBE puro.

[0022] Figura 6B é um gráfico mostrando rendimento de XDE versus pH da solução usando TPB/10mL de EtOH.

[0023] Figura 7A é um gráfico mostrando% do rendimento de XDE versus concentração de xilose a um pH = 5 usando TPB/EtOH.

[0024] Figura 7B é um gráfico mostrando% do rendimento de XDE versus concentração de xilose a um pH = 7 usando TPB/EtOH.

[0025] Figura 7C é um gráfico mostrando% do rendimento de XDE versus concentração de xilose a um pH = 5 usando PGBE puro.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0026] Os detalhes de uma ou mais modalidades da matéria atualmente divulgada são especificados neste documento. Modificações nas modalidades descritas neste documento, e outras modalidades, serão evidentes para os versados na técnica após um estudo das informações apresentadas neste documento. As informações apresentadas neste documento e, particularmente, os detalhes específicos das modalidades exemplares descritas, são dadas primariamente para facilitar a compreensão e limitações desnecessárias não devem ser entendidas a partir das mesmas. Em caso de conflito, o relatório descritivo deste documento, incluindo definições, irá prevalecer.

[0027] Embora os termos aqui usados sejam bem entendidos, como se acredita, pelos versados na técnica, certas definições são especificadas para facilitar a explicação da matéria atualmente divulgada.

[0028] A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado que é comumente entendido por um versado na técnica à qual a(s) invenção(ões) pertence(m).

[0029] Todas as patentes, pedidos e publicações publicados, bancos de dados, websites e outros materiais publicados mencionados em toda a divulgação neste documento, a menos que indicado de outra forma, são incorporados por referência em sua totalidade.

[0030] Quando é feita referência a um URL ou outro tal identificador ou endereço, deve ser entendido que esses identificadores podem mudar e informações particulares na

Internet podem ir e vir, mas informações equivalentes podem ser encontradas por busca na Internet. As referências aos mesmos colocam em evidência a disponibilidade e a disseminação pública de tais informações.

[0031] Como usado aqui, as abreviações de quaisquer grupos de proteção, aminoácidos e outros compostos estão, a menos que indicado de outra forma, de acordo com seu uso comum, abreviações reconhecidas ou da Comissão de Nomenclatura Bioquímica IUPAC-IUB (ver, Biochem. (1972) 11 (9): 1726-1732).

[0032] Embora quaisquer métodos, dispositivos e materiais similares ou equivalentes aos aqui descritos possam ser usados na prática ou no teste da matéria atualmente divulgada, métodos, dispositivos e materiais representativos são descritos neste documento.

[0033] O presente pedido pode "compreender" (aberto), "consistir em" (fechado) ou "consistir essencialmente em" componentes da presente invenção, assim como outros ingredientes ou elementos aqui descritos. Como usado aqui, "compreender" é uma expressão aberta e significa os elementos recitados, ou seu equivalente em estrutura ou função, mais qualquer outro elemento ou elementos que não sejam recitados. Os termos "tendo" e "incluindo" também devem ser interpretados como de significado aberto, a menos que se o contexto sugerir o contrário.

[0034] Seguindo a convenção de longa data da lei de patentes, os termos "um", "uma", "o" e “a” se referem a "um(a) ou mais" quando usados neste pedido, incluindo as reivindicações. Assim, por exemplo, a referência a "uma célula" inclui uma pluralidade de tais células, e assim por diante.

[0035] A menos que indicado ao contrário, todos os números expressando quantidades de ingredientes, propriedades, como condições de reação, e assim por diante usados no relatório descritivo e reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos casos pelo termo "cerca de". Consequentemente, a menos que indicado ao contrário, os parâmetros numéricos especificados neste relatório descritivo e reivindicações são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que se deseja obter pela matéria atualmente divulgada.

[0036] Como usado aqui, o termo "cerca de," quando se referindo a um valor ou a uma quantidade de massa, peso, tempo, volume, concentração ou porcentagem significa englobar variações de em algumas modalidades ±20%, em algumas modalidades ±10%, em algumas modalidades ±5%, em algumas modalidades ±1%, em algumas modalidades ±0,5%, e em algumas modalidades ±0,1% a partir da quantidade especificada, como tais variações são apropriadas para realizar o método divulgado.

[0037] Como usado aqui, faixas podem ser expressas como de "cerca de" um valor particular, e/ou para "cerca de" outro valor particular. Também deve ser entendido que existem vários valores divulgados aqui, e que cada valor é também divulgado aqui como "cerca deste" valor particular além do próprio valor. Por exemplo, se o valor "10" é divulgado, então, "cerca de 10" é também divulgado. Também deve ser entendido que cada unidade entre duas unidades particulares também é divulgada. Por exemplo, se 10 e 15 são divulgadas, então 11, 12, 13, e 14 são também divulgadas.

[0038] Como usado aqui, "opcional" ou "opcionalmente" significa que o evento ou circunstância subsequentemente descrito ocorre ou não ocorre e que a descrição inclui casos, onde dito evento ou circunstância ocorre e casos em que não ocorre. Por exemplo, uma porção opcionalmente variante significa que a porção é variante ou não variante.

[0039] Como usado aqui o termo "alquila" refere-se a cadeias hidrocarbonetos C1-20 inclusive, lineares (isto é, de "cadeia reta"), ramificadas, saturadas ou pelo menos parcialmente e, em alguns casos, completamente insaturadas (isto é, alquenila e alquinila), incluindo, por exemplo, grupos metila (Me), etila, propila, isopropila, butila, isobutila, terc-butila, pentila, hexila, octila, etenila, propenila, butenila, pentenila, hexenila, octenila, butadienila, propinila, butinila, pentinila, hexinila, heptinila, e alenila. "Ramificado" refere-se a um grupo alquila em que um grupo alquila inferior, tal como metila, etila ou propila, é fixado a uma cadeia alquila linear. "Alquila inferior" refere-se a um grupo alquila tendo 1 a cerca de 8 átomos de carbono (isto é, uma C1-8 alquila), por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ou 8 átomos de carbono. "Alquila superior" refere-se a um grupo alquila tendo cerca de 10 a cerca de 20 átomos de carbono, por exemplo, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, ou 20 átomos de carbono.

[0040] Grupos alquila podem ser opcionalmente substituídos (uma "alquila substituída") com um ou mais substituintes de grupo alquila, que podem ser iguais ou diferentes. o termo "substituinte de grupo alquila " inclui, mas não é limitado a, alquila (saturada ou insaturada), alquila substituída (por exemplo, alquila halo-substituída e perhalo-substituída, tal como, mas não limitadas a, -CF3), cicloalquila, halo, nitro, hidroxila, carbonila, carboxila, acila, alcoxila, ariloxila, aralcoxila, tioalquila, tioarila, tioaralquila, amino (por exemplo, aminoalquila, aminodialquila, aminoarila, etc.), sulfonila, e sulfinila.

[0041] O termo "arila" é usado aqui para fazer referência a um substituinte aromático que pode ser um anel aromático único, ou anéis aromáticos múltiplos que são fundidos juntos, ligados covalentemente, ou ligados a um grupo comum, tal como, mas não limitados a, uma porção metileno ou etileno. O grupo de ligação comum também pode ser uma carbonila, como em benzofenona, ou oxigênio, como em difeniléter. Assim, exemplos de arila incluem, mas não são limitados a, fenila, naftila, bifenila, e difeniléter, entre outros. Grupos arila incluem grupos heteroarila, em que o anel ou anéis aromáticos incluem um heteroátomo (por exemplo, N, O, S, ou Se). Grupos heteroarila exemplares incluem, mas não são limitados a, furanila, piridila, pirimidinila, imidazoila, benzimidazolila, benzofuranila, benzotiofenila, quinolinila, isoquinolinila e tiofenila.

[0042] O grupo arila pode ser opcionalmente substituído (uma "arila substituída") com um ou mais substituintes de grupo arila, que podem ser iguais ou diferentes, em que " substituinte de grupo arila" inclui alquila (saturada ou insaturada), alquila substituída (por exemplo, haloalquila e perhaloalquila, tal como, mas não limitada a -CF3), ciclocoalquila, arila, arila substituída, aralquila, halo, nitro, hidroxila, acila, carboxila, alcoxila, ariloxila, aralquiloxila, tioalquila, tioarila, tioaralquila, amino (por exemplo, aminoalquila, aminodialquila, aminoarila,

etc.), sulfonila, e sulfinila.

[0043] Em algumas modalidades, a matéria atualmente divulgada descreve um processo para isolar xilose a partir de uma solução aquosa. Em algumas modalidades, o processo compreende fornecer uma solução aquosa compreendendo xilose; combinar um composto de boro com a solução aquosa para formar um derivado de boro da xilose; isolar o derivado de boro da xilose a partir da solução aquosa como um precipitado; dissolver o derivado de boro da xilose em um solvente; e isolar a xilose a partir do solvente como um precipitado usando um agente de captura de boro. A matéria atualmente divulgada é baseada, pelo menos em parte, no desenvolvimento e demonstração de um processo aperfeiçoado para extração e isolamento de açúcares C5, e xilose em particular, a partir de uma solução aquosa. Em algumas modalidades, a matéria atualmente divulgada fornece o isolamento seletivo de xilose a partir de uma solução aquosa compreendendo outros açúcares C5. Como comparado com outros açúcares (isto é, glicose, arabinose), a reatividade rápida de xilose com os reagentes de boro divulgados, acoplada com a fraca solubilidade em água do diéster de boro de xilose leva (por exemplo, XDE) à seletividade observada para xilose. Em algumas modalidades, a xilose é convertida em uma plataforma de xilose para a produção de produtos bioquímicos e biocombustíveis, tal como biciclopentano (BCP).

[0044] A solução aquosa pode ser fornecida a partir de qualquer fonte apropriada. A título de exemplo e não limitação, em algumas modalidades um caldo de fermentação e, pelo menos em parte, devido a razões econômicas, uma biomassa agrícola "captiva" rica em hemicelulose são usados para extrair seletivamente açúcares C5 e xilose em particular. Como tal, em algumas modalidades, um processo para isolamento de um açúcar C5, e xilose em particular, é fornecido incluindo uma etapa inicial de fornecer um hidrolisado de biomassa incluindo um açúcar C5, e xilose em particular, igual à que está presente em uma biomassa rica em hemicelulose. Em algumas modalidades, a solução aquosa é obtida por hidrólise. Em algumas modalidades, a hidrólise compreende uma hidrólise com ácido diluído, uma hidrólise enzimática e/ou digestão; ou uma combinação das mesmas.

[0045] Como será entendido pelo versado na técnica, os termos "celulose" e "hemicelulose" são usados aqui para fazer referência a compostos orgânicos presentes em quase todas as paredes de células das plantas. "Celulose" é geralmente usada para fazer referência a um composto orgânico com a fórmula (C6H10O6)n, que forma um polissacarídeo consistindo em uma cadeia linear de várias centenas a muitos milhares de unidades de D-glicose ligadas a β(14). Em contraste com celulose, o termo "hemicelulose" é usado aqui para fazer referência a qualquer um de vários heteropolímeros ou polissacarídeos de matriz que estão presentes junto com celulose em quase todas as paredes de células de plantas. De fato, em peso, o maior componente de matéria de planta é material lignocelulósico; uma mistura de celulose, hemicelulose, e lignina. Quando estes materiais são submetidos à hidrólise ácida ou enzimática para dividir as moléculas em seus açúcares constituintes, a hemicelulose se rompe para formar açúcares de cinco carbonos ou C5, tal como xilose, enquanto a cadeia de celulose se divide em glicose (um açúcar de seis carbonos ou "açúcar C6").

[0046] Neste aspecto, os termos "açúcar C6" ou "hexose" são usados de modo intercambiável, neste documento, para fazer referência aos monossacarídeos que incluem seis átomos de carbono, que tipicamente têm a fórmula química C6H12O6, e são classificados de acordo com seus grupos funcionais, com aldo-hexoses tendo um aldeído em posição 1 do açúcar C6, e ceto-hexoses tendo uma cetona em posição 2 do açúcar C6. Os termos "açúcar C5" ou "pentose," por outro lado, são usados de modo intercambiável aqui para fazer referência aos monossacarídeos que incluem cinco átomos de carbono, e que podem ser geralmente organizados em dois grupos, ou seja, aldopentoses, que têm um grupo funcional aldeído em posição 1 do açúcar C5, e cetopentoses, que têm um grupo funcional cetona em posição 2 ou 3 do açúcar C5.

[0047] Para produzir um hidrolisado de biomassa rica em C5 ou, em outras palavras, uma biomassa rica em C5 submetida à hidrólise, materiais ricos em hemicelulose são tipicamente fornecidos em primeiro lugar. Os materiais ricos em hemicelulose e/ou biomassas agrícolas ricas em hemicelulose apropriados incluem qualquer material e/ou biomassa agrícola tendo uma concentração de hemicelulose de pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, entre 10% e 99%, entre 10% e 90%, entre 15% e 75%, entre 15% e 50%, ou qualquer combinação, subcombinação, faixa, ou subfaixa dos mesmos. As biomassas agrícolas ricas em hemicelulose exemplares que podem ser usadas a este respeito incluem, mas não são limitadas a: cascas de soja a partir do processamento do feijão de soja, cascas de arroz a partir da moagem de arroz, fibra de milho a partir da moagem a úmido ou moagem a seco, bagaço a partir do processamento de cana-

de-açúcar, polpa a partir do processamento de beterraba sacarina, grãos de destilaria, capim Panicum, palha, madeiras duras e combinações dos mesmos.

[0048] Quando fornecendo a biomassa rica em hemicelulose, em algumas modalidades, para assegurar que uma quantidade eficaz de açúcares C5 seja isolada a partir da biomassa em etapas subsequentes de hidrólise, a biomassa é primeiro submetida a um procedimento de pré-tratamento. O procedimento de pré-tratamento, realizado antes da hidrólise, fornece uma biomassa pré-tratada tendo uma fração de fibra enriquecida (isto é, intensifica o índice de fibras da biomassa). Por exemplo, em algumas modalidades, o procedimento de pré-tratamento inclui um procedimento de peneiração que faz uso de uma peneira (por exemplo, uma peneira com aberturas de 0,85 mm) para produzir uma fração grosseira que não passa através das aberturas da mesma. A fração grosseira forma a biomassa pré-tratada, que tipicamente tem um teor de fibras maior, como comparado com a biomassa rica em hemicelulose não tratada. Como será entendido pelos versados na técnica, a peneira não é limitada a aberturas de 0,85 mm e pode incluir quaisquer outras aberturas de tamanho apropriado com base no material de biomassa e/ou na quantidade de biomassa a ser retida como a fração grosseira.

[0049] Em algumas modalidades, o procedimento de pré- tratamento também inclui submeter a fração grosseira e/ou biomassa a sonicação, que aumenta a quebra da fração grosseira e fornece um material em que a hidrólise pode ser realizada de modo mais eficaz e eficiente. Por exemplo, seguindo o procedimento de peneiração, sonicação pode incluir a adição da fração grosseira a um líquido, tal como água e, então, submetendo à sonicação a mistura de líquido/fração grosseira com qualquer dispositivo apropriado de sonicação. Os dispositivos apropriados de sonicação incluem qualquer dispositivo capaz de aplicar energia sonora a uma biomassa e/ou fração grosseira, tal como, mas não limitado a, um homogeneizador ultrassônico. Após a sonicação, e antes da hidrólise, é retirada a água da fração grosseira e/ou biomassa através de qualquer método para separar a fração grosseira da água, tal como, mas não limitado a, passando o líquido/fração grosseira através de uma peneira de malha.

[0050] Para produzir um hidrolisado rico em C5, em algumas modalidades, uma hidrólise suave com ácido diluído é realizada na biomassa rica em hemicelulose e/ou na biomassa pré-tratada. A hidrólise suave com ácido diluído fornece uma hidrólise seletiva da biomassa e um hidrolisado rico em C5 mais limpo com mínimos produtos de degradação. Qualquer dispositivo apropriado pode ser usado para a hidrólise com ácido diluído, incluindo, mas não limitado a, um reator de percolação. Por exemplo, a hidrólise suave com ácido diluído da biomassa pode ser realizada em um reator de percolação de grande volume com recirculação do líquido, que permite que uma solução ácida seja passada através de um material de biomassa fibrosa, então aquecida e recirculada através do reator.

[0051] Neste aspecto, em algumas modalidades da matéria atualmente divulgada, para produzir um hidrolisado suficiente, uma quantidade de material de biomassa sólida é inicialmente colocada em um reator e é então exposta a uma solução de ácidos que é percolada através do material a uma temperatura elevada e durante uma quantidade suficiente de tempo para permitir a ocorrência da reação de hidrólise.

Em algumas modalidades, as temperaturas elevadas usadas de acordo com a faixa de procedimento de hidrólise de cerca de 100ºC a cerca de 150ºC (por exemplo, cerca de 100ºC, 105ºC, 110ºC, 115ºC, 120ºC, 125ºC, 130ºC 135ºC, 140ºC, 145ºC, ou 150ºC) com um tempo de reação de cerca de 30 a cerca de 120 minutos (por exemplo, cerca de 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115 ou 120 minutos). Como evidente, vários ácidos podem ser usados para efetuar uma reação de hidrólise suficiente incluindo, em algumas modalidades, ácidos minerais tal como ácido sulfúrico e ácido clorídrico(HCl), etc.; ácido nítrico (HNO3); ácido para-toluenossulfônico; ácido fórmico; ácido acético; ácido metanossulfônico; e ácido trifluoroacético; e ácidos dicarboxílicos, tal como ácido oxálico, ácido maleico, etc.

Em algumas modalidades, o ácido pode ser fornecido a uma concentração de cerca de 0,2% em peso a cerca de 5,0% em peso, incluindo cerca de 0,2, 0,5, 0,7, 1,0 , 1,2, 1,5, 1,7, 2,0 , 2,2, 2,5, 2,7, 3,0 , 3,2, 3,5, 3,7, 4,0, 4,2, 4,5, 4,7, ou 5,0% em peso.

Para maior explicação e guia com relação às condições de reação para produzir um hidrolisado de biomassa, ver, por exemplo, Fonseca, et al., Biomass and Bioenergy, 21 (2014), 178-186 assim como Riera, et al.

Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 1991, 50 (2), 149-155, ambos sendo incorporados aqui por referência em sua totalidade.

Os processos representativos são também divulgados em Pedido de Patente US Publicado No. 2016-0297845 e Patente US No. 10,093,953, aqui incorporados por referência em sua totalidade.

[0052] Em algumas modalidades, a hidrólise compreende uma hidrólise enzimática e/ou digestão. A hidrólise enzimática e/ou digestão podem ser realizadas de acordo com técnicas padrões reconhecidas na arte, tal como, mas não limitadas às descritas em Rabemanolontsoa e Saka, Bioresource Technology 199 (2016) 83-91, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade. Os processos representativos são também divulgados em Patentes US Nos. 10,144,939 e 10,131,923, aqui incorporados por referência em sua totalidade. Amostras preparadas por hidrólise enzimática e/ou digestão podem ser adquiridas também comercialmente. Como um exemplo adicional, hemicelulase (a mistura de xilanase, mananase, e outras enzimas hidrolisando C5) pode ser usada para quebrar os polímeros de hemicelulose em uma biomassa lignocelulósica em açúcares monoméricos em uma solução aquosa. A hidrólise é tipicamente feita sob condições ambientes dependendo da estabilidade térmica da enzima hemicelulase.

[0053] Seguindo a hidrólise, o hidrolisado é, então, em certas modalidades, utilizado em um processo de isolar um açúcar C5 como descrito aqui. Em algumas modalidades, o processo compreende fornecer uma solução aquosa compreendendo xilose; combinar um composto de boro com a solução aquosa para formar um derivado de boro da xilose; isolar o derivado de boro da xilose a partir da solução aquosa como um precipitado; dissolver o derivado de boro da xilose em um solvente; e isolar a xilose a partir do solvente como um precipitado usando um agente de captura de boro.

[0054] O composto de boro pode ser qualquer composto contendo boro apropriado como seria evidente para qualquer um versado na arte por revisão da presente exposição.

Em algumas modalidades, o composto de boro é um ácido borônico, tal como, mas não limitado a, ácido borônico de fenila (PBA), ácido 2-borônico de naftaleno, ácido 4-borônico de bifenila, ácido 4-borônico de piridina (cas # 1692-15-5), ácido 3- borônico de piridina (cas # 1692-25-7) ácido borônico de para-tolueno (cas # 5720-05-8). ácido borônico de 3,5- dimetilfenila (cas # 17975-69-8), ácido borônico de 4- nitrofenila (cas # 24067-17-2), ácido borônico de 4- (dimetilamino)fenila (cas # 28611-39-4). Em algumas modalidades, o composto de boro é uma boroxina, tal como, mas não limitada a trifenilboroxina (TPB), e uma boroxina derivada de qualquer um dos ácidos borônicos acima mencionados.

Em algumas modalidades, o composto de boro compreende um éster borônico de poliol substituído ou não substituído de um ácido borônico de alquila ou arila.

Em algumas modalidades, o composto de boro compreende um éster borônico de glicol, um éster borônico de 1,2-diol, um éster borônico de 1,3-diol, um éster borônico de 1-2 amino diol, um éster borônico de 1-3 amino diol, ou um éster borônico de triol de um ácido borônico de alquila ou arila.

Em algumas modalidades dois ou mais diferentes compostos de boro são combinados com a solução aquosa.

Os compostos de boro adicionais, tal como os que trabalham bem com xilose, incluindo para seletivamente isolar xilose, incluem, mas não são limitados a, 4,5-dimetil-2-fenil-1,3,2-dioxaborolano (cas # 6638-68-2); 1,2-propanodiol éster de ácido borônico de fenila (cas # 4406-75-1); 2-fenil-1,3,2-dioxaborolano (cas # 4406-72-8); 2-fenil-1,3,2-dioxaborinano (cas # 4406-

77-3); mistura de 1,2- fenilboronato de glicerol e 1,3- fenilboronato de glicerol; fenil boronato de dimetila (CAS #: 13471-35-7); fenil boronato de dietila (cas # 31044-59- 4); neopentilglicol éster de ácido borônico de fenila (cas # 5123-13-7). Também, fórmulas estruturais representativas para um composto de boro que é usado para o isolamento de xilose incluem arila-B(OR)2, e alquila -B(OR)2, em que arila e alquila podem ser alquila ou arila substituída ou não substituída como definido aqui acima, tal como, mas não limitado a, um grupo como presente em um dos exemplos apresentados acima e em que R pode ser igual ou diferente, e pode ser qualquer porção apropriada. Em algumas modalidades, cada R é selecionado dentreh, alquila, alquila substituída, arila, e arila substituída. Em algumas modalidades, dois grupos R juntos podem formar um grupo alquileno (isto é, um grupo hidrocarboneto alifático bivalente que pode ser substituído ou não substituído com um ou mais substituintes de grupo alquila, tal como, mas não limitados a, um grupo alquileno C2 ou C3 substituído ou não substituído) ou um grupo tendo a fórmula -B(R')-O-B(R')-, em que cada R' é selecionado dentre o grupo consistindo deh, alquila, alquila substituída, arila, e arila substituída. Em algumas modalidades, cada R pode ser um grupo tal como, mas não limitado a, um grupo R como presente em um dos exemplos acima listados. Ver também Figura 3 para um composto de boro representativo reagindo com xilose.

[0055] Em algumas modalidades, o composto de boro pode compreender um composto de boro líquido ou um composto de boro sólido. Em algumas modalidades, quando o composto de boro é um composto de boro sólido, o processo compreende adicionar uma quantidade de um álcool solúvel em água ao composto de boro sólido para dissolver o composto de boro sólido. Álcoois solúveis em água representativos incluem, mas não são limitados a metanol, etanol, propanol, e/ou isopropanol. Devido à insolubilidade em água de reagentes de boro sólidos, o álcool faz uma solução sem a presença de sólidos. Isto então mistura rapidamente com a solução aquosa de xilose, permitindo que a formação do diéster de boro de xilose ocorra rapidamente. Para reagentes líquidos de boro, que são também insolúveis em água, nenhum álcool é empregado porque a interface líquido/líquido permite uma reação rápida quando a reação é agitada rapidamente.

[0056] Em algumas modalidades, a combinação do composto de boro com a solução aquosa ocorre em um pH neutro, por exemplo cerca de pH 7. Mas, não é necessário que o pH seja ajustado a neutro. Em algumas modalidades, a combinação do composto de boro com a solução aquosa ocorre em um pH básico. A combinação pode ocorrer em qualquer pH básico, incluindo, a título de exemplo e não limitação, cerca de pH 8 e cerca de pH 9, ou qualquer pH na faixa de cerca de pH 7,1 a cerca de 9. Além disso, de acordo com um aspecto surpreendente da matéria atualmente divulgada. a combinação do composto de boro com a solução aquosa ocorre a pH ácido. a combinação pode ocorrer em qualquer pH ácido, incluindo, a título de exemplo e não limitação, cerca de pH 2, cerca de pH 3, cerca de pH 4, cerca de pH 5, e cerca de pH 6, ou qualquer pH na faixa de cerca de pH 2,0 a cerca de 6,0 . Isto está em contraste marcante com processos anteriores que requerem que o pH da solução aquosa seja ajustado tão próximo do pH neutro antes da adição de um composto de boro.

[0057] A combinação do composto de boro com a solução aquosa produz um derivado de boro do açúcar C5, por exemplo xilose.

A título de exemplo adicional e não de limitação, a combinação do composto de boro com a solução aquosa produz um derivado de boro compreendendo um monoéster ou diéster de furanose do açúcar C5 (por exemplo, diéster de xilose (XDE)). Neste aspecto, em algumas modalidades, o glicol ou 1-2 ou 1- 3 diol ou triol incluído no éster borônico de glicol ou o 1- 2 ou 1-3 diol ou triol éster borônico de um ácido borônico de alquila ou arila pode compreender vários diferentes glicóis, dióis, ou trióis incluindo, mas não limitados a, norbornanodiol (ND), 2,3-butanodiol, etileno glicol, e propileno glicol.

Similarmente, o ácido borônico de alquila ou arila também pode compreender vários diferentes ácidos borônicos de alquila ou arila, tal como ácido borônico de fenila (PBA), ácido 2-borônico de naftaleno, e ácido 4- borônico de bifenila.

Em algumas modalidades da matéria atualmente divulgada, o glicol é propileno glicol e o ácido borônico de alquila ou arila é PBA, de tal modo que éster borônico de glicol de um ácido borônico de alquila ou arila é um éster borônico de propileno glicol de ácido borônico de fenila (PGBE). Os compostos de boro adicionais, tal como os que trabalham bem com xilose, incluindo seletivamente isolar xilose, incluem mas não são limitados a 4,5-dimetil-2-fenil- 1,3,2-dioxaborolano (cas # 6638-68-2); 1,2-propanodiol éster de ácido borônico de fenila (cas # 4406-75-1); 2-fenil-1,3,2- dioxaborolano (cas # 4406-72-8); 2-fenil-1,3,2-dioxaborinano (cas # 4406-77-3); mistura de 1,2-fenilboronato de glicerol e 1,3-fenilboronato de glicerol; fenil boronato de dimetila (CAS #: 13471-35-7); fenil boronato de dietila (cas # 31044-

59-4); neopentilglicol de éster ácido borônico de fenila (cas # 5123-13-7). Também, fórmulas estruturais representativas para um composto de boro que é usado para o isolamento de xilose incluem arila-B(OR)2, e alquila -B(OR)2, em que arila e alquila podem ser alquila ou arila substituídas ou não substituídas como definido aqui acima, tal como, mas não limitado a, um grupo como presente em um dos exemplos apresentados acima e em que R pode ser igual ou diferente, e pode ser qualquer porção apropriada. Em algumas modalidades, cada R é selecionado dentreh, alquila, alquila substituída, arila, e arila substituída. Em algumas modalidades, dois grupos R juntos podem formar um grupo alquileno (isto é, um grupo hidrocarboneto alifático bivalente que pode ser substituído ou não substituído com um ou mais substituintes de grupo alquila, tal como, mas não limitados a um grupo alquileno C2 ou C3 substituído ou não substituído) ou um grupo tendo a fórmula -B(R')-O-B(R')-, em que cada R' é selecionado dentre o grupo consistindo deh, alquila, alquila substituída, arila, e arila substituída. Em algumas modalidades, cada R pode ser um grupo tal como, mas não limitado a, um grupo R como presente em um dos exemplos acima listados.

[0058] De acordo com a matéria atualmente divulgada, qualquer quantidade apropriada de composto de boro pode ser adicionada para fornecer complexação com o açúcar C5 (xilose em particular). Quantidades apropriadas de composto de boro incluem, mas não são limitadas a, razões molares de composto de boro:xilose de entre 1 e 12, entre 2 e 12, entre 3 e 11, entre 4 e 12, entre 2 e 10, entre 6 e 10, entre 4 e 8, entre 5 e 7, entre 7 e 9, cerca de 6, cerca de 8, ou qualquer combinação, subcombinação, faixa, ou subfaixa das mesmas. Em algumas modalidades, cerca de 2 equivalentes de composto de boro (por exemplo, PGBE) são utilizados por equivalente de açúcar C5 (por exemplo, xilose) incluído na solução aquosa. Em algumas modalidades da matéria atualmente divulgada, e sem desejar ser limitado por qualquer teoria ou mecanismo em particular, acredita-se que o uso de PGBE é seletivo para o isolamento de xilose, como ésteres de outros açúcares que podem estar presentes na solução aquosa não precipitam. Como evidente, é notado adicionalmente, no entanto, que diferentemente ésteres borônicos de alquila ou arila podem ser usados para o isolamento de xilose.

[0059] O derivado de boro do açúcar C5 (por exemplo, xilose), que pode ser um éster ou diéster de furanose do açúcar C5 (por exemplo, xilose), que é produzido após combinação do composto de boro com a solução aquosa, é dissolvido através da adição de uma quantidade de solvente. Em algumas modalidades, o solvente é um solvente aromático, tal como tolueno, benzeno, ou xileno; um solvente de cetona, tal como acetona, 3-pentanona, ou 2-butanona; ou um solvente de éster, tal como acetato de etila ou gama-valerolactona. Combinações de tais solventes podem ser empregadas. Em algumas modalidades, então, o processo atualmente divulgado faz uso de acetato de etila 3-pentanona ou 2-butanona com um solvente; tolueno, benzeno, ou xileno como um solvente; ou acetona ou gama-valerolactona como um solvente. Em algumas modalidades, o solvente pode ser considerado um solvente "verde" que é geralmente considerado como sustentável.

[0060] Uma vez que uma solução compreendendo o solvente e o derivado de boro do açúcar C5 é formada, um agente de captura de boro é adicionado à solução. Isto leva o açúcar C5 (por exemplo, xilose) a precipitar a partir do solvente em que ele pode ser isolado. A título de elaboração e não limitação, uma quantidade de um glicol ou um 1-2 ou 1-3 diol ou triol é adicionada à solução para, assim, dirigir a clivagem dos diésteres de açúcar C5, como foi observado que a formação de um éster borônico termodinamicamente mais estável pode dirigir a clivagem dos ésteres borônicos de 1,2-dióis de anel de seis e até alguns com cinco membros, tal como estão presentes nos diésteres de açúcar C5 (por exemplo, XDE) da matéria atualmente divulgada. Assim, o glicol ou um 1-2 ou 1-3 diol ou triol são agentes de captura de boro representativos. Um agente de captura de boro particular é 1,2 propano diol. Em algumas modalidades, fazendo uso de tais "agentes de captura de boro," os açúcares C5 (por exemplo, xilose) são então precipitados e recuperados em forma de piranose que, por sua vez, é prontamente isolada via filtração. Em algumas modalidades, a xilose é xilose anidra e sólida. Os açúcares C5 sólidos (por exemplo, xilose) podem ser então usados para conversão dos açúcares em produtos bioquímicos ou biocombustíveis, enquanto os reagentes de boro, tal como o, mas não limitados ao, éster borônico de glicol ou o éster borônico de 1-2 ou 1-3 diol ou triol de um ácido borônico de alquila ou arila (por exemplo, PGBE) podem ser recuperados para uso em reações subsequentes. Os exemplos de agentes de captura de boro adicionais incluem, mas não são limitados a 1,3-propanodiol, 2,3-propanodiol, etileno glicol, e glicerol.

[0061] Ao fazer uso do processo acima descrito de acordo com a matéria atualmente divulgada, o processo oferece vários benefícios que melhoram a economia do processo atual, melhoram a recuperação do composto de boro, e reduzem o custo de produção de xilose. Em particular, em algumas modalidades do processo atualmente descrito, o composto de boro é adicionado diretamente ao aquoso sem uma necessidade para um solvente dissolver o reagente de boro. Isto é, o composto de boro pode ser adicionado em forma líquida. Além disso, anteriormente, os processos anteriores requeriam que o pH da solução aquosa fosse ajustado para se aproximar do pH neutro antes da adição de um reagente de boro e também requeriam que o licor restante após a separação do diéster de açúcar C5 fosse enviado para tratamento da água residual. Em algumas modalidades, o processo descrito aqui, no entanto, elimina a necessidade de ajuste do pH e o licor ácido permanecendo após a remoção do XDE pode ser reciclado para uma outra etapa do processo de hidrólise. Neste aspecto, o potencial para recuperação do ácido e reciclo permite, adicionalmente, o uso de ácidos dicarboxílicos menos corrosivos (DCA) durante hidrólise da biomassa, que, por sua vez, oferece uma melhor seletividade para hemiceluloses, minimiza a formação de degradação de hemicelulose, e diminui o custo de capital para reatores de hidrólise.

[0062] A matéria atualmente divulgada refere-se, assim, em algumas modalidades, a um processo para isolar e recuperar xilose a partir de uma solução aquosa. Em particular, a matéria atualmente divulgada refere-se a um processo para isolar xilose a partir de um hidrolisado de biomassa que faz uso de um número mínimo de etapas de processo e condições de processo ambientes para separar e isolar açúcares C5 a partir de uma corrente de hidrolisado e fazendo isto em uma forma apropriada para transformações sintéticas subsequentes, tal como a produção de uma plataforma C5 de produtos bioquímicos e biocombustíveis.

[0063] A matéria atualmente divulgada é ilustrada adicionalmente pelos seguintes exemplos específicos, mas não limitativos.

EXEMPLOS

[0064] Nos seguintes Exemplos 1 e 2, um processo de isolamento de xilose e de precipitação é descrito em que os solventes usados foram (a) H2O para formação de um hidrolisado, e (b) uma quantidade mínima de álcool (preferivelmente etanol) para solubilizar um reagente de boro, trifenil boroxina (TPB), e permitir sua mistura com o hidrolisado aquoso. Os seguintes Exemplos 1 e 2, no entanto, descrevem adicionalmente um processo aperfeiçoado e novo de isolamento e precipitação de xilose em que um reagente de boro diferente, ou seja, o éster borônico de propileno glicol de ácido borônico de fenila (PGBE), foi usado em vez de TPB na formação de diéster de xilose (XDE) e em que nenhum solvente é utilizado, pois PGBE puro foi misturado diretamente com o hidrolisado aquoso para formar XDE, que então precipita a partir da solução. Além disso, neste novo processo, XDE não foi extraído a partir do hidrolisado usando tolueno, como o tolueno foi completamente removido do processo de formação e isolamento de XDE. O XDE precipitou da solução de hidrolisado/reagente de boro e foi coletado por filtração. O XDE coletado foi então simplesmente lavado com H2O. Exemplo 1 – Ciclo de três etapas para produção de xilose (Figura 1)

[0065] Etapa de processo A. Na etapa inicial do processo, a produção de diéster de xilose (XDE) usando um reagente de fenil boro (PBR) (Etapa A) envolvido na reação do PBR e xilose para formar diéster de xilose XDE (PhB)2(D- XylfH-4). XDE precipitou de modo limpo da mistura e pode ser isolado por filtração simples. Quando arabinose ou glicose estava presente em baixas concentrações no hidrolisado (pH = 7,5), somente XDE precipitou e os diésteres borônicos de arabinose e glicose permaneceram em solução permitindo um método simples de separação. Neste aspecto, o processo de isolamento de xilose atualmente descrito foi desenvolvido usando hidrolisado contendo D-xilose como o açúcar principal C5 (cerca de 16-24 mg/mL D- xilose por HPLC) dentre os vários outros componentes.

[0066] Etapa de processo B. Na segunda etapa do processo, uma transesterificação usando precipitação de 1,2- propanodiol (PG) e xilose (Etapa B) explorou uma observação de que a formação de um éster borônico termodinamicamente mais estável poderia dirigir a clivagem dos ésteres borônicos de 1,2-dióis de anel de seis e até alguns com cinco membros, tal como estão presentes em XDE. Em particular, na segunda etapa, o propileno glicol em excesso (PG, Figura 1) foi reagido com uma solução de XDE. Neste processo, xilose precipitou como D-xilopiranose e a solução continha o éster borônico de fenila correspondente de PG (PGBE). Após a xilose ser removida da solução de PGBE/PG por filtração, a xilose cristalina foi deixada secar. A caracterização espectral de 1H RMN da xilose precipitada indicou um nível elevado de pureza (> 99 %, mistura de cerca de 98:2 de :β-anômeros) como nenhuma contaminação de outros açúcares ou subprodutos orgânicos a partir do hidrolisado de DDG foi notada. O PG não reagido pode ser então recuperado e usado novamente, como ele é prontamente separado do PGBE não polar após remoção do solvente a partir do filtrado.

[0067] Etapa de processo C. Na terceira etapa do processo, a recuperação de PBR (Etapa C) foi requerida para abaixar os custos operacionais através do reúso do PBR para subsequentes ciclos do ciclo de isolamento de xilose. Uma rota que foi explorada foi a mistura vigorosa de PGBE com água para efetuar a hidrólise da porção de mistura de éster borônico e precipitação de PBA/trifenilboroxina (TPB, ver abaixo e Figura 2). O sólido branco foi isolado via filtração com rendimento de 79%e reciclado. PG pode ser recuperados da etapa C. Exemplo 2 – Ciclo em duas etapas para a produção de xilose.

[0068] Nos métodos acima descritos, 8 equivalentes de um PBR (declarado como ácido borônico de fenila pelo fabricante) por xilose produziram um extrato de tolueno que continha XDE, PBR não reagido, e o diéster borônico de arabinose (ADE). Como descrito abaixo, no entanto, o processo foi agora aperfeiçoado para reduzir os equivalentes de PBR usados na reação de precipitação de XDE de 8 para 2. Este desenvolvimento reduziu de modo significante a quantidade de PBR não reagido que estava no hidrolisado após a colheita de XDE. A segunda questão foi a molecularidade do reagente de fenil boro usado no processo. PBA prontamente sofreu uma reação de desidratação em ar seco a 25°C para formar trifenilboroxina (TPB). De fato, uma análise do PBA comprado (98% puro por análise HPLC) por espectroscopia 1H RMN em

CDCl3 mostrou que quantidades variadas de TPB estavam sempre presente. Em um caso, um frasco de 1 Kg de PBA completamente novo foi analisado logo após o frasco ser aberto e a composição do sólido branco foi determinada como tendo uma razão de TPB para PBA de 95:5. Neste aspecto, embora algum sucesso tenha sido encontrado no uso de 2 equivalentes de TPB na reação de precipitação de XDE, uma abordagem adicional para ainda melhorar a recuperação do reagente de boro foi desenvolvida em que PGBE foi usado em vez de PBA (ou TPB) para formar XDE a partir de hidrolisados. Como mencionado acima, hidrólise de PGBE em água produziu PBA/TPB em rendimentos moderados (Figura 2). Embora a mistura de PBA/TPB tenha sido isolada por filtração simples (PG era muito solúvel em H2O) o rendimento menor de PBA/TPB foi devido à inesperada solubilidade elevada de PBA em água, 2,5g de PBA por 100g H2O a 25°C. Tentativas para isolar mais PBA/TPB por concentração da solução aquosa não foram diretas devido à sublimação de PBA enquanto água estava sendo removida sob vácuo. Uma possibilidade foi mudar para um diferente solvente com um menor ponto de ebulição tal como etanol, mas PBA/TPB e PG são altamente solúveis em etanol (uma mistura de 1g de PBA/TPB dissolve em grosseiramente 3mL de etanol). Como tal, e como descrito abaixo, outra opção precisa ser desenvolvida.

[0069] Substituição de PBA/TPB com PGBE para formar XDE. Enquanto que PGBE era um líquido não polar, quando colocado em suspensão em água e misturado vigorosamente com hidrolisado, PGBE formou PBA in-situ que reagiu com xilose para produzir um precipitado branco (XDE, Figura 3). Assim foi descoberto que PGBE poderia ser usado para formar XDE e permitir a realização de um 'circuito fechado' no processo de isolamento de xilose atualmente descrito.

Quando a reação de hidrólise de PGBE foi conduzida usando 1L de um hidrolisado rico em xilose (41,1g/L, 2 equivalentes de PGBE por xilose; 2,7g/L de arabinose presentes) a pH de 5, XDE foi formado com 61% de rendimento e poderia ser coletado por filtração (Figura 3). Uma quantidade pequena de TPB (< 1%) foi observada com o XDE precipitado.

XDE era extremamente insolúvel em H2O, de modo que rendimentos moderados de XDE precipitado obtidos foram surpreendentes.

Sem desejar ser limitado por qualquer teoria ou mecanismo em particular, a formação de XDE provavelmente prosseguiu através da formação do monoéster de furanose xilose (XME) que era solúvel em H2O (Figura 3). Em experimentos adicionais, tentativas para sintetizar independentemente XME não alcançaram sucesso.

Acredita-se que XME reagiu com um segundo equivalente do PBA gerado in situ (a partir da hidrólise de PGBE) para formar XDE que imediatamente precipitou a partir do hidrolisado.

Quando soluções depletadas de XDE foram concentradas, precipitado branco adicional apareceu e foi isolado por filtração.

O sólido foi identificado por 1H RMN como XDE com uma quantidade de traço de TPB presente (< 0,5%). O rendimento total (a inicial e segunda batelada de sólido branco coletado após a concentração/filtração) de XDE isolado foi 81,51g (92%) com base na quantidade de xilose presente no hidrolisado, como determinado por análise de HPLC (rendimento teórico = 88,13g XDE). Quando a quantidade pequena de TPB recuperado foi incluída, < 13% do PGBE usado nesta reação e 10% da xilose inicial não foram contabilizados para o resto do material global.

Uso de PGBE na formação de XDE a partir de hidrolisados permitiu o uso de um reagente de boro com consistente molecularidade, como comparado com PBA/TPB. Quando soluções ácidas diluídas aquosas de xilose foram aquecidas para concentrar a xilose, decomposição de xilose em furfural e ácido acético foi observada. A formação de precipitação de XME/XDE evitou que a xilose participasse nas reações laterais indesejadas. Isto foi acreditado como sendo uma descoberta importante que permitiu que o processo de isolamento de xilose fosse realizado como pequena decomposição de xilose enquanto recuperando a quantidade máxima de reagente de fenil boro (por exemplo, PGBE) usado no processo e, assim, reduzindo os custos de operação.

[0070] Conversão de XDE para xilose em EtOAc. Em Exemplo 1, tolueno foi usado como o solvente para a conversão de XDE em xilose em um rendimento de 92%. Isto não foi ideal tanto a partir de um ponto de vista do isolamento como de um ambiental. Propileno glicol (PG, 5 equiv.) tem solubilidade limitada em tolueno, assim embora o XDE de partida tenha sido muito solúvel em tolueno quando a xilose precipitou a partir de tolueno, ele misturou com o PG não dissolvido e criou um resíduo viscoso e gelatinoso. Após a solução de tolueno/PGBE ter decantado, foi então necessário éter dietílico ou etanol para solubilizar o PG em excesso para permitir o isolamento de xilose cristalina por filtração. No processo atualmente descrito, este método foi modificado para agora usar EtOAc como o solvente de reação (Figura 4). Ambos XDE e PG foram solúveis em EtOAc a 25°C e xilose precipitou a partir da mistura de reação como um sólido cristalino que foi isolado em 82% de rendimento via filtração, deixando o PG em excesso, PGBE e XDE não reagido dissolvidos em EtOAc. Quando a reação foi realizada a 80°C,

o rendimento de xilose aumentou para 89 %, o que foi similar ao rendimento obtido usando tolueno/Et2O a 25°C. Após a remoção de EtOAc a partir do filtrado, PG e PGBE/XDE não reagidos formaram duas camadas distintas devido às suas polaridades muito diferentes e foram facilmente separados.

[0071] O PGBE e XDE não reagido foram separados usando 2-propanol, e PGBE puro foi isolado pela remoção do 2- proponal. Ambos o EtOAc e o 2-proponal puderam ser recuperados e reusados nesta reação. Este novo processo verde permitiu o isolamento de xilose pura por filtração, recuperação de PGBE e PG para uso em subsequentes reações, e isolamento de XDE não reagido de modo que a recuperação de reagente de fenil boro foi maximizada. O uso de EtOAc tornou o processo mais econômico, mais seguro e muito mais sustentável.

[0072] A mistura de PGBE/XDE (que contém uma quantidade pequena de XDE não reagido) discutida no parágrafo anterior pode ser separada usando 2-proponal, como o solvente, para produzir PGBE puro e uma quantidade pequena de XDE. O PGBE puro pode ser então reciclado e usado na etapa um deste processo de isolamento de xilose. A quantidade pequena de XDE pode ser (ou reunida com outras bateladas de XDE ou usada como tal) reagida com PG para fornecer xilose sólida mais pura e PGBE. Esta etapa de purificação mostra que o processo pode ser otimizado para produzir uma recuperação máxima de xilose, assim como de todos os produtos químicos que são usados e reciclados neste processo com pouco esforço.

[0073] Remoção de etapa de recuperação de PBR. Como divulgado nas seções acima, não foi mais necessário converter o PGBE isolado em PBA/TPB em H2O. Ao contrário, o PGBE isolado na formação de xilose a partir de XDE (que é > 95%) foi usado na formação de XDE a partir dos hidrolisados (Figura 5). A remoção do PGBE para a etapa PBA/TPB no processo eliminou o potencial para a perda de boro devido à elevada solubilidade de PBA em H2O e tornou o isolamento de xilose a partir dos hidrolisados em um processo em duas etapas. O uso de PGBE puro na extremidade frontal do processo tornou o procedimento global um circuito fechado com relação ao reagente de fenil boro e aumentou consideravelmente a rentabilidade da tecnologia.

[0074] Efeitos do pH: Fibra de milho de grãos secos de destilaria (DDG) forneceu hidrolisados ácidos (pH = 2) com baixa concentração de xilose (16,7g/L). A concentração de xilose pode ser aumentada por neutralização do hidrolisado para pH = 5, seguido por concentração sob vácuo a 45°C. Esta operação resultou em hidrolisados que continham concentrações aumentadas de xilose (24 - 27g/L) e poderiam ser usados em processo do requerente a um pH = 5, sem necessidade de neutralização adicional, com até 80% da xilose disponível, como XDE, isolada. Um processo de menor uso de mão-de-obra consistia em usar fibra de milho da moagem a úmido no lugar da fibra de milho de DDG. A fibra de milho da moagem a úmido forneceu hidrolisados ácidos (pH = 2 e 5) com uma concentração muito maior de xilose (27g/L). Soluções de fermentação (41g/L xilose) foram ainda obtidas para estudos de otimização e escalabilidade do protocolo de isolamento da xilose. As soluções de fermentação foram usadas como recebidas (pH = 5,2) e até 80% da xilose disponível, como XDE, foi isolado durante as reações de teste preliminares do requerente.

[0075] Verificou-se também que a formação e o isolamento de XDE por filtração ocorrem com rendimentos similares ao longo de uma faixa de valores de pH para a solução de partida de xilose, como mostrado nas Figuras 6A- 6B.

[0076] Concentração de xilose: Um aumento na concentração de xilose presente em solução foi também verificado como levando a um aumento no rendimento isolado de XDE via filtração como mostrado nas Figuras 7A-7C. EXEMPLO 3

[0077] Exemplo 3 foi realizado com as seguintes amostras aquosas: Amostra 1,25 kg de mistura de fermentação; e Amostra 2,2 kg de concentrado de açúcar; Amostra 1- composição de açúcar e carboxilato (g/L) Xilose 41,1 Arabinose 2,7 Xilitol 2,2 Lactato 7,8 Acetato 7,2 Amostra 2- composição de açúcar e carboxilato (g/L) Dissacarídeo 8,2 Glicose 364,8 Xilose 166,7 Galactose (P) 4,0 Arabinose (P) n.a. Fructose (P) n.a. Arabinose (H) 7,5 NaDL 0,8 Ácido fórmico n.a. Ácido acético 1,2

Determinação de pH de Amostra 1: pH = 5,2 (igual como expedido) Análise HPLC de Amostra 1: Condições Experimentais de HPLC Coluna: Agilent Technologies HPX 87H 300 x 7,7 mm (Agilent Technologies, Santa Clara, California, Estados Unidos da America) Coluna de Guarda: PL HI-PLEX H GUARD Cartuchos 5X3MM Fase móvel: 0,005 M H2SO4 em água Taxa de fluxo: 0,7 mL/min Temperatura do forno: 60°C Composição de Amostra 1 (g/L) Xilose 42,2 Arabinose 1,7 Xilitol - ver nota abaixo Ácido láctico 7,1 Ácido acético 7,0.

[0078] Uma alta concentração de xilose na mistura de fermentação foi confirmada (42,2g/L). Incapaz de determinar a concentração de xilitol devido a sobreposição com arabinose.

[0079] Para fins de reação, foi necessário um valor de concentração relevante de poliol global. A partir do fornecedor, [poliol] = 46g/L; da análise, [poliol] = 44,0g/L. Com base em condições acidas usadas durante análise HPLC, as concentrações de ácido acético e ácido láctico foram determinadas em vez de concentração de acetato e lactato. Ocorre um bom equilíbrio entre valores de ácido acético/ láctico e acetato/lactato.

[0080] Processos de acordo com a matéria atualmente divulgada foram aplicados em alíquotas da mistura de fermentação (Amostra 1) para isolar xilose em forma cristalina pura. Várias formulações etanólicas de ácido borônico de fenila foram preparadas e testadas para avaliar a estequiometria para precipitação de XDE (Etapa A, Figura 1). Precipitação de XDE e isolamento de Amostra 1

[0081] O pH de um volume marrom límpido da Amostra 1 foi ajustado de acordo com a tabela abaixo. Este foi adicionado a uma solução límpida e incolor de PBA dissolvido em etanol e um sólido de cor clara precipitou da solução quase que instantaneamente. A suspensão marrom claro foi agitada durante 2 horas. O sólido precipitado foi coletado via filtração e seco em um forno a 95°C. O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e quaisquer insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white que foi caracterizado por espectroscopia de 1H RMN (CDCl3). Resíduo de Fermentação XDE RHSb Entrada Vol, pH Xila mmols mmols mmols Isolado Teoria % Xylc (ml) (g) poliol lactato PBA (g) (g) Y (g) 1 100 7,3 4,11 30,62 8,76 69,99 7,03 8,81 80 0,71 2 162 7,4 6,66 49,61 14,19 99,21 10,20 14,28 71 1,91 3 100 5,2 4,11 30,62 8,76 69,99 6,60 8,81 75 1,03 4 100 5,2 4,11 30,62 8,76 61,24 6,36 8,81 72 1,14 aXil = Xilose; bRHS = Solução de Hidrolisado Residual; cXilose permanecendo em RHS como XDE. Isolamento de xilose a partir de XDE (Etapa B, Figura 1)

[0082] O diéster borônico de xilose (XDE) foi dissolvido no solvente de reação e 5 equivalentes de propileno glicol (PG) foram adicionados para a solução. A solução foi agitada durante a noite. Um sólido branco foi isolado e caracterizado por análise do ponto de fusão e espectroscopia de 1H RMN (DMSO-d6). Solvente Temp XDE PG Solvente de Rend. Rend. Rendi Rxn amt/mmol equiv,/ isolamento teórico Xilose mento amt amt/% EtOAc 25 °C 7,03 5/8,3 g EtOAc 3,28 g 2,64 g/80 g/21,84 % EtOAc 80 °C 10,06 5/11,89 EtOAc 4,69 g 4,05 g/86 g/31,25 g % tolueno 25 °C 75,92 5/90,1 EtOH 35,40 g 28,72 g/81 g/235,8 g % tolueno 25 °C 9,52 5/11,27 Et2O 6,22 g 5,19 g/92 g/29,60 g % Recuperação de PBA Recuperação de PBA a partir de PG (Etapa C, Figura 1)

[0083] Para recuperação de PBA (Para Figura 1, R pode ser -OH), 138,45g PG (854,66mmols) foram agitados com água ácida (pH = 2; HCl) durante a noite. Um sólido branco foi isolado via filtração. O sólido foi seco em um forno a 65°C. A faixa ponto de fusão do sólido branco (84g) foi 209-215°C. O sólido foi analisado por espectroscopia de 1H RMN (DMSO- d6) e foi determinado que o sólido era composto de 47,5%PBA e 52,5%trifenilboroxina (TPB). O número total demmols PBA presentes foi 772,34mmols (90% de recuperação de PBA a partir de PG). Recuperação de PBA a partir de RHS: Resultados iniciais

[0084] Manipulações realizadas em RHS correspondendo a entradas 3 e 4 na tabela de recuperação de XDE.

[0085] A solução de hidrolisado residual (RHS) foi acidulada a um pH de 2 e o volume da solução marrom foi reduzido em grosseiramente ¼ do volume inicial sob vácuo. A solução foi então deixada em descanso durante a noite. Um precipitado de cor clara foi observado e coletado por filtração. O sólido foi dissolvido em uma mistura de EtOAc/EtOH e os voláteis removidos sob vácuo. O resíduo resultante foi dissolvido em CHCl3 e seco com MgSO4. Após filtração e evaporação, foi obtido um sólido off-white que foi caracterizado por análise do ponto de fusão e espectroscopia de 1H RMN (CDCl3). Caracterização /composição de sólidos Recuperação de PBA Entra Sóli P.F. mmols mmols Mmols mmols PBA mmols PBA % da do (ºC) XDEa TPB PBA combinadosb recuperad PBAd (g) osc #3 1,45 170- 1.52 2.69 0.98 12.09 53.09 76 185 #4 0,58 - 1.24 0.58 0 4.22 43.92 72 aADE (diéster borônico de arabinose) não foi observado em sólido isolado; bDeterminado por espectroscopia de 1H RMN onde combinadosmmols PBA = (mmols XDE × 2) +(mmols TPB × 3) +mmols PBA; cRecuperadosmmols PBA = combinadosmmols PBA + (mmols XDE isolado × 2); d% PBA = recuperadosmmols PBA/mmols PBA inicial usados. EXEMPLO 4

[0086] Abreviações: PBA - Ácido borônico de fenila TPB - Trifenil Boroxina PG - Propileno Glicol PGBE - Éster borônico de propileno glicol de PBA

XDE - Diéster fenilborônico de xilose ADE - Diéster fenilborônico de arabinose.

[0087] O esquema de reação apresentado na Figura 5 pode ser consultado ao considerar esse Exemplo. Síntese de PGBE

[0088] Trifenil boroxina (TPB) (6,23g, 20mmol) e propileno glicol (PG) (4,78g, 63mmol) foram adicionados a um frasco de fundo redondo de 100mL e dissolvidos em EtOAc (30mL) para produzir uma solução dourada límpida. A solução foi agitada a 25°C durante a noite. Após agitar durante a noite, uma quantidade pequena de resíduos insolúveis marrons foi colocada em suspensão na solução. Os insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um óleo límpido (10,79g). Hexanos (40mL) foram adicionados ao óleo límpido e uma pequena quantidade de líquido límpido não pode dissolver em hexanos e assentou no fundo de RBF. Hexanos foram decantados para um óleo insolúvel mais denso. I solvente foi removido sob vácuo para produzir um líquido dourado pálido. O líquido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo o correspondente éster 4-metil-2-fenil-1,3,2-dioxaborolano de boronato PG (PGBE) (9,30g, 96%). Formação de XDE Fonte de boro: TPB

[0089] Trifenil boroxina (TPB) (60,63g, 194,50 mmol, 2/3 equiv/açúcar C5) foi adicionada a um frasco de fundo redondo de 2L e dissolvida em 95%etanol (178mL) para produzir uma solução límpida e incolor. Caldo de fermentação (1L, 291,75 mmol açúcares C5, xilose (273,76mmols) e arabinose (29,17mmols)) foi adicionado à solução de TPB/EtOH com agitação forte a 25°C. A solução rapidamente se tornou turva e de aparência marrom claro. Após agitação durante 1h, a solução foi preenchida com um precipitado marrom claro. A suspensão marrom claro foi agitada durante 4h no total. O sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguada com uma quantidade mínima de H2O, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido marrom (57,65g). O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white (54,29g). O sólido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de > 99% XDE (54,11g) e ~ 0,3%TPB (0,17g).

[0090] O caldo de fermentação residual (1,5L) foi deixado para concentrar lentamente a pressão atmosférica durante o curso de vários dias até o volume alcançar 0,2L e a solução foi preenchida com um precipitado marrom claro. O sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguado com uma mínima quantidade de H2O, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido marrom. O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white (27,58g). O sólido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de > 99% XDE (27,4g) e < 1%TPB (0,18g). Fonte de boro: PGBE

[0091] O éster borônico de propileno glicol de PBA (PGBE) (94,52g, 583,49 mmol, 2 equiv/açúcar C5) foi adicionado a um frasco de fundo redondo de 5L. Caldo de fermentação (1L, 291,75 mmol açúcares C5, xilose (273,76mmols) e arabinose (29,17mmols)) foram adicionados a

PGBE puro com agitação forte a 25°C. A solução rapidamente se tornou turva e de aparência marrom claro. Após agitação durante 1h, a solução foi preenchida com um precipitado marrom claro. A suspensão marrom claro foi agitada durante 4h no total. O sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguado com uma quantidade mínima de H2O, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido marrom (61,83g). O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white (60,17g). O sólido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de 100% XDE.

[0092] O caldo de fermentação residual (1,2L) foi deixado concentrar lentamente a pressão atmosférica durante o curso de vários dias até o volume alcançar 0,2L e a solução foi preenchida com um precipitado marrom claro. O sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguado com uma quantidade mínima de H2O, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido marrom (8,25g). O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white (8,0 7g). O sólido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de 100% XDE. Fonte de boro: PGBE

[0093] O éster borônico de propileno glicol de PBA (PGBE) (9,45g, 58,35 mmol, 2 equiv/açúcar C5) foi adicionado a um frasco de fundo redondo de 500ml. Caldo de fermentação (0,1L, 29,18 mmol açúcares C5, xilose (27,38mmols) e arabinose (2,92mmols)) foi adicionado ao PGBE puro com agitação forte a 25°C. A solução rapidamente se tornou turva e de aparência marrom claro. Após agitação durante 1h, a solução foi preenchida com um precipitado marrom claro. A suspensão marrom claro foi agitada durante 4h no total. O volume da solução foi reduzido por 0,6L sob vácuo a 55°C. O sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguado com uma quantidade mínima de H2O, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido marrom (6,70g). O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white (6,67g). O sólido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de 100%XDE Fonte de boro: PGBE

[0094] Reagente de salificação: NaCl. Salificação é uma etapa opcional que pode ser empregada se desejado para aumentar o rendimento de XDE inicialmente isolado a partir da solução aquosa de xilose ao tornar o XDE ainda mais insolúvel no hidrolisado (por exemplo, caldo de fermentação). Assim, esta etapa opcional refere-se a processo de otimização, como pode ser desejado. Mas, adicionar sal a uma solução de xilose não precipita xilose sozinha, como o reagente de boro precipita a xilose. O rendimento de XDE também pode ser aumentado por simples concentração da mistura de reação após a adição do reagente de boro e remoção da água.

[0095] O éster borônico de propileno glicol de PBA (PGBE) (9,45g, 58,35 mmol, 2 equiv/açúcar C5) foi adicionado a um frasco de fundo redondo de 250mL. NaCl (10g, [NaCl] = 100g/L) foi adicionado a 0,1L de caldo de fermentação

(29,18mmols de açúcares C5, xilose (27,38mmols) e arabinose (2,92mmols)) e agitado até todo o NaCl dissolver. Esta solução límpida, marrom escuro, foi adicionada ao PGBE puro com agitação forte a 25 °C. A solução rapidamente se tornou turva e de aparência marrom claro. Após agitação durante 1h, a solução foi preenchida com um precipitado marrom claro. A suspensão marrom claro foi agitada durante 4h no total. O sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguado com uma quantidade mínima de H2O, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido marrom (7,34g). O sólido marrom foi colocado em suspensão em EtOAc e insolúveis foram removidos por filtração. O solvente foi removido sob vácuo para produzir um sólido off-white (7,23g). O sólido foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de 100% XDE. Formação de xilose

[0096] A uma solução agitada de XDE (12,5g, 38,83mmol) em EtOAc (125mL) a 25°C foi adicionado propileno glicol (PG) (14,88g, 195,56mmols). A solução límpida foi aquecida a 80°C e agitada durante 12 horas. O aquecimento pode aumentar a taxa da reação para diminuir o tempo requerido, mas não muda o curso da reação ou produtos versus realizar a reação a 25°C. Após 12h, a solução foi cheia com um sólido branco. A suspensão foi resfriada a 25°C e o sólido foi coletado usando um funil Buchner, enxaguado com uma quantidade mínima de EtOAc, e seco em um forno a 110°C durante a noite para produzir um sólido branco (5,18g). A faixa de ponto de fusão do sólido isolado foi determinada para ser 148-151°C. O sólido foi caracterizado por 1H RMN (DMSO-d6) e determinado como sendo D-xilopiranose como uma mistura 99:1 de :β anômeros.

[0097] O filtrado de EtOAc foi concentrado por evaporação giratória para obter uma mistura líquida bifásica compreendendo PG e correspondente PG éster 4-metil-2-fenil- 1,3,2-dioxaborolano de borato (PGBE). Quando a mistura foi deixada em descanso para ficar menos densa, PGBE hidrofóbico formou uma camada de líquido límpida e incolor no topo do PG hidrofílico que tinha uma aparência límpida e amarela. O PG (9,0g) e PGBE (11,56g) foram separados um do outro. O PG foi caracterizado por 1H RMN (DMSO-d6) e determinado como sendo composto de > 98%PG, < 1%xilose, e um traço de PGBE. O PGBE foi caracterizado por 1H RMN (CDCl3) e determinado como sendo composto de > 99%PGBE e < 1%XDE. EXEMPLO 5 Caracterização de resíduo de fermentação

[0098] Uma solução aquosa compreendendo um resíduo de fermentação (FR) foi caracterizada por HPLC e a concentração elevada de xilose no resíduo de fermentação foi confirmada (41,1g/L). Os requerentes não conseguiram determinar a concentração de xilose devido a sobreposição com xilose e arabinose (2,7g/L). Com base nas condições ácidas usadas durante análise HPLC, a concentrações de ácido acético e ácido láctico foram determinadas em vez de concentrações de acetato e lactato. Os requerentes verificaram um bom equilíbrio entre os valores de ácido acético/láctico e acetato/lactato. A pesquisa descrita abaixo usa o resíduo de fermentação sem uma modificação adicional. Os requerentes determinaram que sob as condições de reação usadas, o ácido acético e ácido láctico não iriam reagir com o reagente de fenil boro. Os requerentes usaram 2 equivalentes de reagente de fenil boro para cada equivalente de xilose e arabinose presentes no resíduo de fermentação. Experimentos foram realizados e foi determinado que a presença de uma quantidade pequena de xilitol (2,2g/L) não afeta o rendimento global de xilose isolada. O esquema de reação apresentado na Figura 5 pode ser consultado ao considerar este Exemplo. Etapa de processo A

[0099] Produção do diéster de furanose da xilose hidrofóbico, (PhB)2(D-XylfH-4) (XDE), usando o éster borônico de fenila de propileno glicol (PGBE) (Etapa A, Figura 5) envolve a adição do resíduo de fermentação (FR) a dois equivalentes de PGBE (quantidade de PGBE com base nas concentrações de xilose/arabinose) para formar o diéster borônico de xilose (XDE). XDE precipita de modo limpo da mistura e é isolado por simples filtração em rendimento de 77%. Embora arabinose esteja presente em baixas concentrações no hidrolisado (pH = 5), somente XDE precipita e o diéster borônico de arabinose permanece em solução permitindo o método simples de separação dos requerentes. O resíduo de fermentação depletado em xilose (FR) contém arabinose, xilose não recuperada, ácido borônico de fenila não reagido (PBA) e/ou os ésteres borônicos correspondentes de cada açúcar. O esquema de reação apresentado na Figura 3 também pode ser consultado ao considerar esta etapa.

[0100] Vários métodos tal como 1) o uso de ácidos para diminuir o pH do Resíduo de Fermentação (FR); e 2) o uso de aditivos de sal a fim de diminuir a solubilidade de XDE no FR e aumentar o rendimento de XDE isolado foram investigados. Os usos de vários dióis, trióis, e polióis foram também investigados na formação de correspondentes ésteres borônicos de fenila. Estes novos ésteres borônicos de fenila foram então explorados como uma substituição para PGBE na formação de XDE a partir dos FR. Etapa de processo B

[0101] Transesterificação usando precipitação de propileno glicol (PG) e xilose (Etapa B, Figura 5) explora uma observação de que a formação de um éster borônico termodinamicamente mais estável pode dirigir a clivagem dos ésteres borônicos de 1,2-dióis de anel de seis e até alguns com cinco membros, tal como estão presentes em XDE. O diéster borônico de xilose isolado (XDE) isolado em Etapa A é dissolvido em acetato de etila (5mL acetato de etila dissolve 1 grama de XDE a 25°C) e qualquer material insolúvel de acetato de etila é filtrado a partir da solução de XDE amarela límpida. Cinco equivalentes de propileno glicol (PG) foram reagidos com a solução de acetato de etila de XDE a 80°C. Nesta reação, xilose precipita como D-xilopiranose e a solução de acetato de etila contém o correspondente éster borônico de fenila de propileno glicol (PGBE) junto com o propileno glicol não reagido (PG). Após a xilose ser separada da solução de acetato de etila de PGBE/PG por filtração, a xilose cristalina (82-85%) é deixada secar. O esquema de reação apresentado na Figura 4 pode também ser consultado ao considerar esta etapa.

[0102] Com relação à solução de acetato de etila que contém PGBE/PG, o acetato de etila foi separado do PGBE/PG usando destilação a vácuo (96% de recuperação). O éster borônico de propileno glicol (PGBE) é não polar e não mistura com o propileno glicol não reagido (PG), que é polar, e uma mistura bifásica foi observada após a remoção do acetato de etila. PGBE tem uma maior densidade do que PG. Os dois líquidos imiscíveis podem ser separados um de cada outro e PGBE pode ser recuperado (90%) e usado novamente em Etapa A para a produção de XDE a partir de uma nova batelada de Resíduo de Fermentação (FR). O propileno glicol recuperado não contém xilose dissolvido e pode ser usado para a conversão de XDE em xilose.

[0103] O uso de outros solventes, tal como acetona e acetato de isopropila, na conversão de XDE em xilose, foi também investigado, como foi o uso de dióis, trióis, e polióis diferentes de PG na conversão de XDE em xilose.

[0104] A caracterização espectral de 1H RMN da xilose precipitada indicou um nível elevado de pureza (> 99 %, mistura de cerca 98:2 de :β anômeros): nenhuma contaminação de outros açúcares ou subprodutos orgânicos a partir do Resíduo de Fermentação (FR) foi notada. Como mencionado acima, o PG não reagido foi recuperado e usado novamente como ele prontamente separa do PGBE não polar e mais denso após a remoção do solvente do filtrado.

[0105] Todas as publicações, patentes e pedidos de patente mencionados no presente relatório descritivo são aqui incorporados por referência na mesma extensão como se cada publicação, patente ou pedido de patente individual fosse especificamente e individualmente indicado para ser incorporado por referência, incluindo as referências especificadas na seguinte lista:

REFERÊNCIAS

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6. Sun, J.et al., A Method for the Deprotection of Alkylpinacolyl Boronate Esters. Journal of Organic Chemistry, 2011, 76(9), p 3571-3575.

7. Pedido de Patente US Número de Série. 15/093,005.

[0106] Será entendido que vários detalhes da matéria atualmente divulgada podem ser mudados sem sair do escopo da matéria divulgada aqui. Além disso, a descrição acima se destina para fins de ilustração apenas, e não para fins de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para isolar xilose de uma solução aquosa, o processo caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma solução aquosa compreendendo xilose; combinar um composto de boro com a solução aquosa para formar um derivado de boro da xilose; isolar o derivado de boro da xilose da solução aquosa como um precipitado; dissolver o derivado de boro da xilose em um solvente; e isolar a xilose do solvente como um precipitado usando um agente de captura de boro.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa é obtida por hidrólise.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a hidrólise compreende submeter uma biomassa à hidrólise com ácido diluído para formar um hidrolisado de biomassa; submeter uma biomassa à hidrólise enzimática e/ou digestão para formar o hidrolisado de biomassa; ou uma combinação dos mesmos.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a biomassa é uma biomassa agrícola rica em hemicelulose.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a biomassa agrícola rica em hemicelulose compreende um material selecionado dentre o grupo consistindo de cascas de soja a partir do processamento do feijão de soja, cascas de arroz obtidas a partir da moagem de arroz, fibra de milho obtida a partir da moagem a úmido ou moagem a seco, bagaço a partir do processamento de cana- de-açúcar, polpa a partir do processamento de beterraba sacarina, grãos de destilaria, capim Panicum (switchgrass), palha, madeiras duras e combinações dos mesmos.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o composto de boro é selecionado dentre o grupo consistindo em uma boroxina, um éster borônico de glicol, um éster borônico de 1,2-diol, um éster borônico de 1,3-diol, um éster borônico de poliol de um ácido borônico de alquila ou arila, e qualquer combinação dos mesmos.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o éster borônico de glicol ou o éster borônico de 1,2-diol, ou o éster borônico de 1,3- diol, ou o éster borônico de poliol de um ácido borônico de alquila ou arila é um éster borônico de etileno glicol, um éster borônico de propileno glicol, um éster borônico de butileno glicol, ou um éster borônico de propanotriol de ácido borônico de fenila.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de combinar o composto de boro com o hidrolisado de biomassa é realizada a um pH ácido ou um pH básico.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o composto de boro pode compreender um composto de boro líquido ou um composto de boro sólido, em que, quando o composto de boro é um composto de boro sólido, o método compreende adicionar uma quantidade de um álcool solúvel em água ao composto de boro sólido para dissolver o composto de boro sólido.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o solvente usado na dissolução do derivado de boro do açúcar C5 é selecionado dentre o grupo consistindo em um solvente aromático, um solvente de cetona, um solvente de éster, e combinações dos mesmos.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o solvente de éster é acetato de etila.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o agente de captura de boro é 1,2 propano diol.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de recuperar uma quantidade do composto de boro após converter e precipitar o açúcar C5 do solvente.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de recuperar uma quantidade da boroxina, ou do éster borônico de glicol, ou do éster borônico de 1,2-diol, ou do éster borônico de 1,3-diol, ou do éster borônico de poliol de um ácido borônico de alquila ou arila após converter e precipitar a xilose do solvente.