CN105283585A - 糖类电解脱羧方法 - Google Patents
糖类电解脱羧方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105283585A CN105283585A CN201480014118.8A CN201480014118A CN105283585A CN 105283585 A CN105283585 A CN 105283585A CN 201480014118 A CN201480014118 A CN 201480014118A CN 105283585 A CN105283585 A CN 105283585A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acid
- carbohydrate
- hydroxide
- pond
- univalent cation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000006114 decarboxylation reaction Methods 0.000 title claims description 21
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 title 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 title 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 19
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 62
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 40
- QXKAIJAYHKCRRA-JJYYJPOSSA-N D-arabinonic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(O)=O QXKAIJAYHKCRRA-JJYYJPOSSA-N 0.000 claims description 27
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 17
- IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N Galacturonsaeure Natural products O=CC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229950006191 gluconic acid Drugs 0.000 claims description 13
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 claims description 8
- AEMOLEFTQBMNLQ-WAXACMCWSA-N alpha-D-glucuronic acid Chemical compound O[C@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-WAXACMCWSA-N 0.000 claims description 7
- AEMOLEFTQBMNLQ-DTEWXJGMSA-N D-Galacturonic acid Natural products O[C@@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-DTEWXJGMSA-N 0.000 claims description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- IAJILQKETJEXLJ-RSJOWCBRSA-N aldehydo-D-galacturonic acid Chemical compound O=C[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-RSJOWCBRSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001323 aldoses Chemical class 0.000 claims description 6
- AEMOLEFTQBMNLQ-UHFFFAOYSA-N beta-D-galactopyranuronic acid Natural products OC1OC(C(O)=O)C(O)C(O)C1O AEMOLEFTQBMNLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 4
- DICCNWCUKCYGNF-ZZWDRFIYSA-N methyl D-glucopyranuronate Chemical compound COC(=O)[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O DICCNWCUKCYGNF-ZZWDRFIYSA-N 0.000 claims description 3
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 3
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims 1
- -1 carbohydrate acids Chemical class 0.000 abstract description 9
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract 1
- 230000000911 decarboxylating effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 29
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 19
- YTBSYETUWUMLBZ-UHFFFAOYSA-N D-Erythrose Natural products OCC(O)C(O)C=O YTBSYETUWUMLBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- YTBSYETUWUMLBZ-IUYQGCFVSA-N D-erythrose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)C=O YTBSYETUWUMLBZ-IUYQGCFVSA-N 0.000 description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 17
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 14
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 14
- 206010056474 Erythrosis Diseases 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 11
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 9
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 8
- NAOLWIGVYRIGTP-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trihydroxyanthracene-9,10-dione Chemical compound C1=CC(O)=C2C(=O)C3=CC(O)=CC(O)=C3C(=O)C2=C1 NAOLWIGVYRIGTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 5
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QXKAIJAYHKCRRA-YVZJFKFKSA-N L-arabinonic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O QXKAIJAYHKCRRA-YVZJFKFKSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PSZNHSNIGMJYOZ-WDSKDSINSA-N Asp-Arg Chemical compound OC(=O)C[C@H](N)C(=O)N[C@H](C(O)=O)CCCN=C(N)N PSZNHSNIGMJYOZ-WDSKDSINSA-N 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 3
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 3
- YTBSYETUWUMLBZ-DMTCNVIQSA-N L-erythrose Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)C=O YTBSYETUWUMLBZ-DMTCNVIQSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001273 Polyhydroxy acid Polymers 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 3
- 229910052728 basic metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003818 basic metals Chemical class 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RFSUNEUAIZKAJO-VRPWFDPXSA-N D-Fructose Natural products OC[C@H]1OC(O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-VRPWFDPXSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-HWQSCIPKSA-N L-arabinopyranose Chemical compound O[C@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-HWQSCIPKSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- BOFXVYGDIRCHEQ-KLGNZTTKSA-N (2s,3s,4s,5r,6s)-3,4,5-trihydroxy-6-methoxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CO[C@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O BOFXVYGDIRCHEQ-KLGNZTTKSA-N 0.000 description 1
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 125000000139 D-erythrosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@H](O)CO1)* 0.000 description 1
- DSLZVSRJTYRBFB-LLEIAEIESA-N D-glucaric acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O DSLZVSRJTYRBFB-LLEIAEIESA-N 0.000 description 1
- QXKAIJAYHKCRRA-BXXZVTAOSA-N D-ribonic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)C(O)=O QXKAIJAYHKCRRA-BXXZVTAOSA-N 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 description 1
- UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N Erythritol Natural products OCC(O)C(O)CO UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KGWDUNBJIMUFAP-KVVVOXFISA-N Ethanolamine Oleate Chemical compound NCCO.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O KGWDUNBJIMUFAP-KVVVOXFISA-N 0.000 description 1
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N Xylitol Natural products OCCC(O)C(O)C(O)CCO TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAJILQKETJEXLJ-QTBDOELSSA-N aldehydo-D-glucuronic acid Chemical compound O=C[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-QTBDOELSSA-N 0.000 description 1
- GZCGUPFRVQAUEE-KVTDHHQDSA-N aldehydo-D-mannose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001449 anionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 238000005277 cation exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 description 1
- 239000012539 chromatography resin Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 description 1
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 description 1
- 229940009714 erythritol Drugs 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 150000002243 furanoses Chemical class 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 description 1
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 150000001261 hydroxy acids Chemical group 0.000 description 1
- 229910001412 inorganic anion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002555 ionophore Substances 0.000 description 1
- 230000000236 ionophoric effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000008194 pharmaceutical composition Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 150000003214 pyranose derivatives Chemical class 0.000 description 1
- RYVMUASDIZQXAA-UHFFFAOYSA-N pyranoside Natural products O1C2(OCC(C)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C2)C(C)C(C2(CCC3C4(C)CC5O)C)C1CC2C3CC=C4CC5OC(C(C1O)O)OC(CO)C1OC(C1OC2C(C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(O)C(CO)O2)O)OC(CO)C(O)C1OC1OCC(O)C(O)C1O RYVMUASDIZQXAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000012453 solvate Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229940095064 tartrate Drugs 0.000 description 1
- 150000003538 tetroses Chemical class 0.000 description 1
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000000811 xylitol Substances 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N xylitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N 0.000 description 1
- 235000010447 xylitol Nutrition 0.000 description 1
- 229960002675 xylitol Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/20—Processes
- C25B3/23—Oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用阳离子膜对分隔式电化学池中的糖类酸脱羧的方法。改进的方法比传统方法具有更高的成本效益且更环保。
Description
较早提交申请的引用
本申请要求根据美国法典第35条119(e)款于2013年3月12日提交的申请号为61/777,890的名称为“糖类电解脱羧方法”的美国临时专利申请的权益,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及糖类酸电解脱羧方法以及电解产生碱金属或氢氧化铵溶液的方法。
背景技术
如在美国专利公开2009/7598374、2011/7955489以及US2011/0180418中,在木糖醇和赤藓糖醇的生产中已经使用糖类酸的电解脱羧。例如,2011/7955489描述了在特定中和范围—碱金属阳离子与阿糖酸的比例,电解脱羧含水D-阿糖酸或L-阿糖酸以得到赤藓糖。其中,溶液中阿糖酸的中和是通过利用阳离子交换树脂和电渗析将碱金属阿糖酸盐转化成质子化形式。此外,它们描述了将非中和的阿糖酸加入至反应溶液以在反应过程中取代在阳极消耗的阿糖酸。
可以许多不同构造建造电解池。然而,所有先前公开的糖类酸电解脱羧的示例都是在单个隔室池中进行以维持特定中和水平。过少的中和导致导电性和反应效率显著降低,过多的中和可导致反应效率低和产物的不稳定性。此外,无机阴离子的存在对电极寿命、反应效率和下游产物纯化效率不利。因此,加入非试剂酸来控制反应物中和度是不理想的。
由于糖酸经常作为碱金属盐来生产,因此需要经济有效的方法来维持糖酸中和而无需利用阳离子交换树脂、电渗析或通过加入非中和的糖酸来进一步转化糖类酸的碱金属盐。
发明内容
本发明包括使糖类酸电解脱羧同时电解产生碱金属氢氧化物溶液或氢氧化铵溶液的经济有效的方法。本发明提供了一种通过以下方式使糖类酸脱羧方法,即提供包含糖类酸的溶液;在两隔室电化学池的阳极隔室中使糖类酸电解脱羧;以及在阴极隔室中生成碱金属氢氧化物溶液或氢氧化铵溶液。隔室通过阳离子交换膜分隔。随着反应进行,对于脱羧的糖类酸的每一个分子或进化氧分子,大约两个碱金属离子跨越阳离子膜迁移并从阳极电解液移出至阴极电解液,从而维持电荷平衡。
在第一个实施方案中,维持足够高的阴极电解液的碱金属氢氧化物浓度并选择阳离子膜以诱导氢氧根离子跨越阳离子膜从阴极电解液至阳极电解液的返迁移。在本实施方案中,碱金属氢氧化物生产的电流效率小于100%、优选小于90%,更优选小于75%。在具体实施方案中,糖类酸是阿糖酸。
在第二个实施方案中,将碱金属氢氧化物加入至阳极电解液以维持合适的中和。优选地,为了维持糖类酸中和的优选水平,将在阴极隔室中产生的碱金属氢氧化物加入至糖类脱羧的阳极电解液。在具体实施方案中,糖类酸是阿糖酸。
在第三个实施方案中,在阳极表面发生糖类酸的脱羧以得到醛糖,其中钠与糖类酸的比例通过同时循环经过两套电解池的反应物溶液来维持,其中一套池是带有阳离子膜的分隔式池,另一套池是非分隔式池。在具体实施方案中,糖类酸是阿糖酸。
在第四个实施方案中,糖类酸反应物由合适的糖类起始材料通过碱氧化而得到。优选地,在随后糖类酸反应物的碱氧化中使用阴极隔室中产生的碱金属氢氧化物。例如,D-阿糖酸可通过在碱性水溶液中用氧气氧化D-葡萄糖来制备;L-阿糖酸可通过在碱性水溶液中用氧气和铂族金属催化剂氧化L-阿拉伯糖来制备;甲基α-D-葡糖苷酸可通过在碱性水溶液中利用氧气和铂族金属催化剂氧化甲基α-D-葡萄糖来制备;D-葡萄糖酸盐可通过在碱性水溶液中用氧气和铂族金属催化剂氧化D-葡萄糖来制备。
本发明的详细描述
定义
如本文中所使用,术语“糖类酸”是指任何醛糖酸、糖醛酸或醛糖二酸。
“醛糖酸”是指包含通式HOCH2[CH(OH)]NC(=O)OH(其中n是任意整数,包括1-20,但优选1-12,更优选4-7)的任何聚羟基酸化合物及其衍生物、类似物和盐。例如,醛糖酸可以来源于通过氧化醛基(例如,D-葡糖酸)得到的醛糖。
“糖醛酸”是指包含通式O=CH[CH(OH)]nC(=O)OH(其中n是任意整数,包括1-20,但优选1-12,更优选4-7)的任何聚羟基酸化合物及其衍生物、类似物和盐。例如,糖醛酸可以通过氧化伯醇基(例如,D-葡糖醛酸)来源于醛糖。
“醛糖二酸”是指包含通式HO(O=)C[CH(OH)]nC(=O)OH(其中n是任意整数,包括1-20,但优选1-12,更优选4-7)的任何聚羟基酸化合物及其衍生物、类似物和盐。例如,醛糖二酸可以来源于通过氧化醛基和伯醇基(例如,D-葡糖二酸)得到的醛糖。
如本文中所使用的“阿糖酸”是指具有化学式C5H10O6的醛糖酸糖类,其包括任何立体异构体、衍生物、类似物及其盐。除非另有说明,本文中列举“阿糖酸”旨在包括但不限于分子:D-(-)-阿糖酸、L(+)-阿糖酸、D(-)-阿糖酸、D-阿糖酸、L-阿糖酸、D(-)-阿糖酸和内消旋阿糖酸。阿糖酸也称为阿拉伯糖酸和树胶糖酸。
“葡糖酸”是指具有化学式C6H12O7的醛糖酸糖类,其包括衍生物、类似物及其盐。除非另有说明,本文中列举“葡糖酸”旨在是指D-葡糖酸、D-(-)-葡糖酸和D(-)-葡糖酸。
“D-葡糖醛酸”是指具有化学式C6H12O7的糖醛酸糖类,其包括衍生物、类似物及其盐。除非另有说明,本文中列举“D-葡糖醛酸”旨在包括但不限于分子:D-(-)-葡糖醛酸、D-葡糖醛酸、(α)-D葡糖醛酸、(β)-D-葡糖醛酸和(α,β)-D-葡糖醛酸。
“甲基-D-葡萄苷酸”是指具有化学式C7H12O7的糖醛酸糖类,其包括衍生物、类似物及其盐。除非另有说明,本文中列举“甲基-D-葡萄苷酸”旨在包括但不限于分子:1-O-甲基-(α)-D-吡喃葡糖苷糖酸、1-O-甲基-(β)-D-吡喃葡糖苷糖酸和1-O-甲基-(α,β)-D-吡喃葡糖苷糖酸。
“D-半乳糖醛酸”是指具有化学式C6H10O7的糖醛酸糖类,其包括衍生物、类似物及其盐。除非另有说明,本文中列举“D-半乳糖醛酸”旨在包括但不限于分子:D-(-)-D-半乳糖醛酸、D-半乳糖醛酸、(α)-D-半乳糖醛酸、(β)-D-半乳糖醛酸和(α,β)-D-半乳糖醛酸。
“赤藓糖”是指具有化学式C4H8O4的醛糖(丁糖)糖类,其包括任意立体异构体、衍生物、类似物及其盐。除非另有说明,本文中列举“赤藓糖”旨在包括但不限于分子:D-(-)-赤藓糖、L(+)-赤藓糖、D(-)-赤藓糖、D-赤藓糖、L-赤藓糖、D(-)-赤藓糖和内消旋赤藓糖。下面提供D-赤藓糖结构(1)的费歇尔投影式(FischerProjection)。
如本文所使用的“脱羧”是指通过化学反应或物理方法去除羧基(-COOH)。脱羧反应的典型产物可包括二氧化碳(CO2)或甲酸。
术语“电化学”是指可在电导体(电极)和离子导体(电解质)的界面发生的化学反应。电化学反应可在两种导电材料(或单种导电材料的两个部分)之间产生电势或者可通过施加外部电压来引起。在一般情况下,电化学处理在空间中氧化反应和还原反应分开的情况。
如本文中所使用的术语“电解”是指导致一个或多个化学键的断裂的电化学氧化或还原反应。如本文中所使用的电解反应描述发生作为与阴极或阳极相互作用产物的反应。
如本文中所使用,“衍生物”是指与母体化合物在结构上相似并从母体化合物(实际或理论上)衍生的化学化合物的化学或生物修饰版本。衍生物可以具有或可以不具有不同于母体化合物的化学或物理性质。例如,衍生物与母体化合物相比可以是更亲水的或其可以具有改变的反应性。衍生(即,修饰)可涉及分子(例如,官能团的变化)内部的一个或多个部分的取代,其为了所期望的目的基本上不改变分子的功能。术语“衍生物”也用于描述所有溶剂化物,例如水合物或加成物(例如,与醇的加合物)、活性代谢物和母体化合物的盐。可以制备的盐的类型取决于化合物内部分的性质。例如,羧酸基团等酸性基团可形成例如,碱金属盐或碱土金属盐(例如,钠盐、钾盐、镁盐和钙盐,与氨和生理上可耐受的有机胺,例如三乙胺、乙醇胺或三-(2-羟乙基)胺形成季铵离子盐和酸加成盐)。例如,碱性基团与无机酸如盐酸、硫酸或磷酸,或与有机羧酸和磺酸如乙酸、柠檬酸、苯甲酸、马来酸、富马酸、酒石酸酸、甲磺酸或对甲苯磺酸可形成酸加成盐。同时含有碱性基团和酸性基团,例如除了碱性氮原子外的羧基基团的化合物可以作为两性离子。盐可以通过本领域技术人员公知的常规方法,例如通过在溶剂或稀释剂中将化合物与无机酸或有机酸或碱结合或通过阳离子交换或阴离子交换从其它盐获得。
如本文中所使用,“类似物”是指与其他化学化合物在结构上相似但是在组成上略有不同(一个原子被不同元素原子替换或在特定官能团存在的情况下)的化学化合物,但是可以或可以不衍生于母体化合物。“衍生物”与“类似物”区别在于母体化合物可以是生成“衍生物”的起始材料,而母体化合物可能不一定用作生成“类似物”的起始原材料。
除非另有说明,本文所叙述的任何浓度范围、百分比范围或比例范围将被理解为包括浓度、百分比或如整数的十分之一和百分之一等处于其范围和分数内的任何整数的比例。另外,除非另有说明,本文所叙述的如聚合物亚单位、大小或厚度等与任何物理特征相关的任何数值范围将被理解为包括所叙述的范围内的任何整数。应理解,上述所使用的和本文其它地方提及的术语“一(a)”和“一种(an)”是指所列举的组分的“一种或多种”。例如,“一种”聚合物是指一种聚合物或含两种或多种聚合物的混合物。如本文中所使用的术语“大约”是指出于相关目的或作用的非实质性差异。
电解脱羧
下面描述电化学池中的糖类酸的电解脱羧方法。可在反应物底物上进行反应物底物的电化学氧化脱羧步骤。在一些实施方案中,所述方法包括电解脱羧糖类酸以产生糖类的步骤。
反应物可提供为与电极接触放置的溶液。该溶液包括反应物和溶剂。反应物可通过包括搅拌和/或在适当情况下加热的合适方法溶解在溶剂中。溶剂可以是可将反应物溶解至所希望的程度的任何溶剂。优选地,溶剂是水性的。
在一个实施方案中,任何可生产作为电解脱羧步骤的产物的糖类的合适糖类酸,都可用作反应物。在一个实施方案中,反应物是阿糖酸及其合适的衍生物、类似物和反应物的盐。合适的反应物包括糖类酸的衍生物和类似物,反应物可包括化学结构变化但基本上不改变分子的反应性经过电解脱羧工艺以生产赤藓糖或可以转化成赤藓糖的中间体的反应物。
电化学进行脱羧反应。在一方面中,溶液中的反应物的电解脱羧提供了所期望产物或可随后转化成所期望产物的中间体。在一些实施方案中,反应物是阿糖酸如D-或L-阿糖酸,产物是赤藓糖如D-或L-赤藓糖。
在一些实施方案中,至少大约10%的酸被中和,即酸以相应的盐存在。例如,可用大约10、20、30、40、50、60、70、80、90或100%的一种或多种已中和的反应物酸等价物提供酸反应物溶液。在一些实施方案中,中和10%-100%的至少一种核糖酸或阿糖酸反应物。
在一个方面中,在整个反应中,例如,可利用带有阳离子交换膜的分隔式电解池或将碱金属氢氧化物加入至阳极电解液提供pH中和或百分比中和,和/或将其维持在所期望的范围内。在另一方面,在整个反应中,例如可使阳极电解液同时通过两套电解池,一套是带有阳离子交换膜的分隔式电解池,另一套是单个隔室池,提供pH中和或百分比中和,和/或将其维持在所期望的范围内。反应物糖类酸溶液可具有任何合适的pH值以提供解离反应物的期望浓度。对于包含阿糖酸反应物的反应物溶液,在脱羧反应期间,pH值可在3.0和6.0之间。
可选地,可通过例如利用阳离子交换色谱树脂将起始材料与产品分离的方式回收利用剩余反应物。糖类酸的部分脱羧溶液既可包含起始糖类酸(例如,阿糖酸)也可包含产物(例如,赤藓糖)。部分已反应溶液可通过用于色谱分离反应物和产物的离子交换树脂珠的床或柱传递。
电解设备
糖类酸反应物的电化学脱羧可使用通过阳离子交换膜分隔的两隔室电解池来进行。电化学脱羧通过使含有糖类酸的溶液与阳极接触而进行,在阳极处反应物可被脱羧。反应物材料和阳极之间的接触可引起脱羧,产生二氧化碳和产物糖类。
所述池包括阳极。阳极可由任何合适的材料如石墨、热解碳、浸渍或填充石墨、玻璃碳、碳布或铂等形成。在一些实施方案中,阳极优选包括可发生反应物酸氧化的碳反应性表面。在一个实施方案中,阳极表面包括高结晶的石墨材料如石墨箔柔性石墨。其他材料如铂或金等也可用于形成阳极的反应性表面。在一个实施方案中,反应物糖类酸是阿糖酸并在阳极的反应物表面或在阳极的反应物附近被氧化形成赤藓糖。
所述池还包括可在电化学池中发生还原的阴极。阴极可由具有期望水平的导电性的任何合适材料如不锈钢或镍形成。在一个实施方案中,在阳极的脱羧反应可以是:
阿糖酸-2e-------->赤藓糖+CO2+2H+
反电极反应可以是:
2H2O+2E------>2OH-+H2
通常,可损失一些电流以在阳极产生O2气。
所述池还包括分隔阳极电解液溶液和阴极电解液溶液的阳离子选择膜和隔室。例如,膜可包括非均相膜或均相膜。后者可以是带有磺酸根基团或羧酸离子交换基团的聚合物膜。聚合物可以是基于烃或基于碳氟。作为示例,全氟磺酸(R)115(杜邦(TM)燃料池)膜是选择性地输送阳离子的全氟磺酸膜。
在一个方面中,水在阴极表面处或阴极表面附近被还原成氢氧根离子和氢气。随着反应的进行,碱金属阳离子越过阳离子交换膜从阳极电解液传递到阴极电解液,充当氢氧根离子的抗衡离子,从而生成碱金属氢氧化物溶液。
可以以单极配置或双极配置的方式电配置电化学池。在单极配置中,对每一个电极进行电接触。在双极配置中,每一个电极具有阴极侧和阳极侧,只对设置在包括多个电极的池组的端部的电极进行电连接。
糖类的碱氧化
在另一方面,糖类酸可通过碱氧化合适的糖类起始材料来获得。在一些实施方案中,糖类酸是阿糖酸,其是通过在碱性水溶液中用氧气氧化包括葡萄糖或果糖的起始材料(例如,如US4125559和US5831078中描述,其通过引用并入本文)来制备。起始材料可包括葡萄糖、果糖或其混合物,通过先在水溶液中大约30℃-100℃之间的温度加热碱金属氢氧化物使起始材料在水溶液中与碱金属氢氧化物和氧气反应。起始材料可以是D-己糖,如D-葡萄糖、D-果糖或D-甘露糖,其可以各种环状体(吡喃糖和呋喃糖)和各种非对映体如(α)-D-吡喃葡萄糖和(β)-D-吡喃葡萄糖存在。起始材料可与化学计算量或过量的碱金属氢氧化物反应,例如,每摩尔D-己糖使用2-5当量碱金属。例如,碱金属氢氧化物可以是氢氧化钠或氢氧化钾。优选使用化学计算量或过量的氧,但是优选每摩尔的D-己糖起始原料使用1-20摩尔的O2。可在高于30℃、大约1至50巴的压力的条件下进行反应。在合适的溶剂中可连续或分批进行反应。
可选的是,如J.DubourgandP.Naffa“Oxydationdeshexosesreducteurparl’oxygeneenmilieualcalin”,ALACHIMIQUE,第1353页中描述,可通过在碱性水溶液中与氧气的反应将果糖(如D-果糖)转换成D-阿糖酸,该文献通过引用并入本文。也可以由贵金属催化的醛糖和醛糖苷的碱氧化来获得糖类酸。在具体实施方案中,糖类酸是阿糖酸,其可通过在碱性水溶液中用氧气和贵金属催化剂氧化起始材料如D-阿拉伯糖或L-阿拉伯糖来制备,参见BrightT.Kusema,BetianaC.Campo,-Arvela,TapioSalmi,DmitryYu.Murzin,“Selectivecatalyticoxidationofarabinose—Acomparisonofgoldandpalladiumcatalysts,A:General,386(2010):101-108页,其通过引用并入本文。
葡萄糖酸可通过在碱性水溶液中用氧气和贵金属催化剂氧化葡萄糖来制备,例如,在IvanaDencic1,JanMeuldijk1,MartCroon1,VolkerHessel,“FromaReviewofNobleMetalversusEnzymeCatalystsforGlucoseOxidationUnderConventionalConditionsTowardsaProcessDesignAnalysisforContinuous-flowOperation”,JournalofFlowChemistry1(2011,八月):13-23页,其通过引用并入本文。甲基-D-葡萄糖醛酸吡喃糖苷可通过在碱性水溶液中用氧气和贵金属催化剂氧化葡萄糖来制备,例如,在A.P.Markusse,B.F.M.Kuster,J.C.Schouten,“Platinumcatalysedaqueousmethyl-d-glucopyranosideoxidationinamultiphaseredox-cyclereactor”,CatalysisToday66(2011),191-197页,其通过引用并入本文。
用于制备糖类酸反应物的碱金属氢氧化物可在糖类酸脱羧之前或糖类酸同时脱羧期间在本文描述的电解池的阴极隔室中产生。
实施例
下列示例将视为对本发明各个方面的说明,而不应解释为限制由所附权利要求限定的本发明范围。
实施例1
利用0.12平方米阳极、0.12平方米阴极、分隔室的膜、在每侧上电极和膜之间的紊流促进塑料网制备板框式电化学池。阳极是石墨箔,阴极是镍200片材。膜是阳离子交换膜FumaTechFKB。阳极和阴极被密封到分布通过电极表面的溶液流的聚乙烯流框中。流经电化学池的阳极电解液以每秒7厘米的流速被控制经过阳极,设置阴极电解液流速以匹配。通过外部电源以150mA/cm2的电流密度为所述池提供功率。初始阳极电解液由100%被中和并采用钠盐形式的2.5摩尔阿糖酸溶液组成。为了维持阿糖酸的期望的中和(在阳极电解液罐中pH为5.15),氢氧化钠被输送至阳极电解液罐。阴极电解液是在整个电解中通过加入去离子水维持其浓度为(+/-0.2摩尔)1.89M的氢氧化钠溶液。
运行电解直到已经传递402安培小时的电荷。测量用于赤藓糖形成和氢氧化钠形成的电流效率分别为91%和87%。
实施例2
下列实施例使用与实施例1相同的池和电解设置;变化的参数是阴极电解液氢氧化钠浓度。通过加入去离子水,将阴极电解液浓度维持在4.4摩尔至4.7摩尔的氢氧化钠之间。电解持续直至已经传递402安培小时的电荷。测量用于赤藓糖形成的电流效率为87%。在阴极电解液中产生氢氧化钠的电流效率为64%。氢氧化物的返迁移再次将维持阳极电解液中和所需要的碱加入量降低至3.3摩尔(和当使用2M氢氧化钠阴极液时相比,加入量是6.7摩尔)
实施例3
下列实施例使用与实施例1相同的池和电解设置。在该实验中,通过加入去离子水,将阴极电解液浓度维持在5M的氢氧化钠。通过加入5.3M的氢氧化钠维持阿糖酸的中和,5.3M的氢氧化钠是利用实施例1中描述的设置在阿糖酸脱羧期间作为阴极电解液产生的。用于赤藓糖形成的电流效率为92%。
实施例4
利用由2.5M的D-葡糖酸、2.5摩尔的D-葡糖醛酸和2.5摩尔的D-半乳糖醛酸组成的阳极电解液重复实施例1的方法。该方法使D-葡糖酸脱羧,获得电流效率为100%的D-阿拉伯糖。该方法使D-葡糖醛酸脱羧,获得电流效率为49%的木糖-戊-1,5-乙糖。该方法使D-半乳糖醛酸脱羧,获得电流效率为20%的L-阿拉伯-1,5-乙糖。
实施例5
使用实施例2的方法来产生5.4M的氢氧化钠。将100克20重量%的D-葡萄糖溶液置于装备有轴燃气轮机的高压反应容器中。用氧气吹扫容器,然后将容器带入50巴压力的氧气中,温度维持在45℃。在72分钟之后加入实施例2制得的0.244摩尔氢氧化钠,然后使反应再继续进行25分钟。反应产生了17克的阿拉伯糖酸钠。
Claims (9)
1.一种在电化学池中使糖类酸脱羧的方法,其包括:
提供具有两个隔室的电化学池,所述两个隔室通过用于在所述两个隔室之间进行单价阳离子转移的阳离子膜分隔,第一隔室含有阴极电解液和阴极,第二隔室含有糖类酸、阳极电解液和阳极;
将电流提供至所述池由此在所述阳极电解液中产生醛糖类和单价阳离子氢氧化物;
其中单价阳离子与糖类酸的比例维持中和用于脱羧的可用糖类酸。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述阳离子膜能透过氢氧根离子以至少部分维持单价阳离子与糖类酸的比例。
3.如权利要求2所述的方法,其中用于单价阳离子跨越所述阳离子膜转移的电流效率小于90%,优选小于80%,更优选小于75%。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其中单价阳离子与糖类酸的比例至少部分通过加入选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铵中的阳离子氢氧化物来维持。
5.如权利要求4所述的方法,其中在糖类酸脱羧期间,在分隔式池的所述阴极电解液中产生加入至所述阳极电解液的单价阳离子氢氧化物。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其中单价阳离子与糖类酸的比例至少部分通过同时循环经过两套电解池的糖类酸溶液来维持,其中一套池是带有阳离子膜的分隔式池,另一套池是非分隔式池。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法,其中所述糖类酸选自阿糖酸、D-葡萄糖酸、甲基-D-葡糖苷酸、D-葡糖醛酸和D-半乳糖醛酸。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述糖类酸是阿糖酸。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法,其中利用在所述阴极电解液中产生的氢氧根离子产生所述糖类酸。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201361777890P | 2013-03-12 | 2013-03-12 | |
US61/777,890 | 2013-03-12 | ||
PCT/US2014/022689 WO2014164523A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-03-10 | Methods for the electrolytic decarboxylation of sugars |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105283585A true CN105283585A (zh) | 2016-01-27 |
CN105283585B CN105283585B (zh) | 2019-01-18 |
Family
ID=51658894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201480014118.8A Active CN105283585B (zh) | 2013-03-12 | 2014-03-10 | 糖类电解脱羧方法 |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9702047B2 (zh) |
EP (1) | EP2971254B1 (zh) |
JP (1) | JP6336029B2 (zh) |
KR (1) | KR101813636B1 (zh) |
CN (1) | CN105283585B (zh) |
AU (1) | AU2014249310B2 (zh) |
BR (1) | BR112015022205B1 (zh) |
CA (1) | CA2904963C (zh) |
DK (1) | DK2971254T3 (zh) |
HK (1) | HK1220497A1 (zh) |
RU (1) | RU2686850C2 (zh) |
WO (1) | WO2014164523A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2921238C (en) * | 2013-08-16 | 2020-10-20 | Dynamic Food Ingredients Corporation | Methods for the simultaneous electrolytic decarboxylation and reduction of sugars |
CA3192889A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Dfi Usa, Llc | Methods for the production of l-threonic acid salts from l-xylonic acid |
CN116867927A (zh) * | 2021-03-05 | 2023-10-10 | 国立大学法人东北大学 | 碱金属/碱土金属氢氧化物的制造方法和该制造方法在羧酸盐废弃物再资源化技术中的应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101336313A (zh) * | 2006-02-08 | 2008-12-31 | 动力食品配料公司 | 电解生产赤藓糖或赤藓糖醇的方法 |
WO2010017059A2 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Dynamic Food Ingredients Corporation | Methods for the electrolytic production of xylo-pent-1,5-diose |
WO2011011521A2 (en) * | 2009-07-23 | 2011-01-27 | Ceramatec, Inc. | Decarboxylation cell for production of coupled radical products |
WO2012167012A2 (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Dynamic Food Ingredients Corporation | Methods for the electrolytic production of erythritol |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS563434B2 (zh) * | 1973-10-03 | 1981-01-24 | ||
WO2005095314A1 (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Purdue Research Foundation | Processes for the production of xylitol |
JP4603495B2 (ja) * | 2006-02-21 | 2010-12-22 | 株式会社野坂電機 | アルカリエッチング液のアルカリ回収方法 |
-
2014
- 2014-03-10 CN CN201480014118.8A patent/CN105283585B/zh active Active
- 2014-03-10 CA CA2904963A patent/CA2904963C/en not_active Expired - Fee Related
- 2014-03-10 US US14/775,359 patent/US9702047B2/en active Active
- 2014-03-10 JP JP2016501037A patent/JP6336029B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2014-03-10 BR BR112015022205-6A patent/BR112015022205B1/pt active IP Right Grant
- 2014-03-10 RU RU2015139733A patent/RU2686850C2/ru active IP Right Revival
- 2014-03-10 AU AU2014249310A patent/AU2014249310B2/en active Active
- 2014-03-10 DK DK14779807.8T patent/DK2971254T3/da active
- 2014-03-10 WO PCT/US2014/022689 patent/WO2014164523A1/en active Application Filing
- 2014-03-10 KR KR1020157028053A patent/KR101813636B1/ko active IP Right Grant
- 2014-03-10 EP EP14779807.8A patent/EP2971254B1/en active Active
-
2016
- 2016-07-19 HK HK16108531.1A patent/HK1220497A1/zh unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101336313A (zh) * | 2006-02-08 | 2008-12-31 | 动力食品配料公司 | 电解生产赤藓糖或赤藓糖醇的方法 |
WO2010017059A2 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Dynamic Food Ingredients Corporation | Methods for the electrolytic production of xylo-pent-1,5-diose |
WO2011011521A2 (en) * | 2009-07-23 | 2011-01-27 | Ceramatec, Inc. | Decarboxylation cell for production of coupled radical products |
WO2012167012A2 (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Dynamic Food Ingredients Corporation | Methods for the electrolytic production of erythritol |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
F.PERGOLA ECT.: ""Direct electro-oxidation of D-gluconic acid to D-arabinose"", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014164523A1 (en) | 2014-10-09 |
RU2686850C2 (ru) | 2019-05-06 |
KR101813636B1 (ko) | 2017-12-29 |
CA2904963C (en) | 2019-01-22 |
EP2971254A4 (en) | 2016-08-17 |
DK2971254T3 (da) | 2019-05-13 |
BR112015022205A2 (pt) | 2017-07-18 |
US20160024668A1 (en) | 2016-01-28 |
JP6336029B2 (ja) | 2018-06-06 |
AU2014249310A1 (en) | 2015-10-15 |
US9702047B2 (en) | 2017-07-11 |
HK1220497A1 (zh) | 2017-05-05 |
BR112015022205B1 (pt) | 2021-07-13 |
EP2971254A1 (en) | 2016-01-20 |
JP2016517474A (ja) | 2016-06-16 |
AU2014249310B2 (en) | 2018-08-16 |
CA2904963A1 (en) | 2014-10-09 |
KR20150132255A (ko) | 2015-11-25 |
CN105283585B (zh) | 2019-01-18 |
RU2015139733A (ru) | 2017-04-13 |
EP2971254B1 (en) | 2019-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101336313B (zh) | 电解生产赤藓糖或赤藓糖醇的方法 | |
CN110885984B (zh) | 一种利用太阳能光电催化合成过氧化氢的方法 | |
CN1261817A (zh) | 回收抗坏血酸的电化学方法 | |
CN105283585A (zh) | 糖类电解脱羧方法 | |
WO2002057185A2 (en) | Process for producing potassium sulfate from sodium sulfate | |
CN105473765B (zh) | 同时使糖电解脱羧和还原的方法 | |
Lucas et al. | Tuning the selectivity of electrochemical levulinic acid reduction to 4-hydroxyvaleric acid: a monomer for biocompatible and biodegradable plastics | |
CN101008085B (zh) | 顺丁烯二酸酐电解还原制丁二酸的方法 | |
CN103266329A (zh) | 一种采用负载催化剂离子膜合成2,2’-二氯氢化偶氮苯的电化学方法 | |
CN101812699A (zh) | 一种阴阳极室同时制备四氯吡啶和二甘醇酸的方法 | |
CN111575732A (zh) | 一种光气合成原料的电化学制备方法 | |
JPH05506273A (ja) | ハロゲン化アクリル酸の製法 | |
CN114540847B (zh) | 一种含腈基和酚羟基离子液体强化co2电还原制草酸盐的方法 | |
CN110016689B (zh) | 一种烯丙醇的电化学制备方法 | |
JPH01222079A (ja) | フルオロマロン酸及びその誘導体の製造方法 | |
EP2326749A2 (en) | Methods for the electrolytic production of xylo-pent-1,5-diose | |
Theußl et al. | Technological Advances in the Electroreduction of CO2 to HCOOH: The Impact of Catalyst, Gas Diffusion Electrode, and Cell Design | |
WO2024162842A1 (en) | A method of generating hydrogen and oxygen from a liquid feed stream | |
Damarseckin | Hydrogen production from ZnCl2 salt: Application of chlor-alkali method | |
CN118064928A (zh) | 基于磷硫化钴的电极器件及其在电催化脱氯反应系统中的应用 | |
CN116145168A (zh) | 一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法 | |
JP2018104316A (ja) | ジヒドロリポ酸及びその塩の製造方法 | |
JPH0816274B2 (ja) | 水酸化第四級アンモニウムの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20181105 Address after: Washington State Applicant after: DFI American limited liability company Address before: Washington State Applicant before: DYNAMIC FOOD INGREDIENTS CORP. |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |