CC BY
4СИНТЕЗ И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 5-НИТРОСЕМИКАРБАЗОНА
ФУРФУРОЛА
Учитывая перспективность исследуемого соединения в качестве потенциального биологически активного вещества, синтезированный 5-нитросемикарбазон фурфурола был подвергнут компьютерному скринингу спектра биологической активности с помощью программы прогноза спектра биологической активности PASS. Данные прогноза свидетельствуют о возможности проявления соединением противоинфекционной, антипротозойной, противотуберкулезной и др. активности от 70 до 95 %.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в настоящей работе показан метод синтеза 5-нитросемикарбазона фурфурола конденсацией нитросемикарба-зида с фурфуролом в водной среде.
Согласно полученным спектроскопическим данным, можно сделать вывод о существовании соединения (2) в двух изомерных формах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Li, Z.; Zhy, W.; Yu, J.; Ma, X.; Lu, Z.; Xiao, Z. Green synthetic metod for 1,5-disubstituted carbohydrazones // Synth. Commun. - 2006. - № 36. - Р. 2613-2619.
2. Gallucci, R. R. Reactions of substituted Hydrazines with glyoxal // J.Chem. Eng. Data. - 1982. -№ 27. -Р. 217-219.
3. Sabate, C. M.; Delalu, H. Synthesis and characterization of acetone hydrazones // Z. Allg.Chem. - 2012.
- № 638. (1). - Р. 57-63.
4. Pomerantz, M.; Bittner, S.; Khader, S. B. Formaldehyde semicarbazone // J. Org. Chem. -1982.
- № 47. - Р. 2217-2218.
5. Ильясов С.Г., Глухачева В.С. Химия нитросе-микарбазида. Конденсация 4-нитросемикарбазида с глиоксалем // Ползунов-ский вестник. - 2008. - № 3. - С. 51-54.
6. Ильясов С.Г., Лобанова А.А., Попов Н.И., Са-таев Р.Р. Химия нитропроизводных мочевины. III Взаимодействие Ы,Ы/-динитромочевины с основаниями // ЖОрХ - 2002. - Т. 38. - Вып. 12.
- С. 1793-1799.
7. Китаев Ю.П. Гидразоны / Ю.П. Китаев, Б.И. Бу-зыкин.-Л. : Наука, 1974. - 412 С.
8. Зеленин К.Н., Алексеев В.В., Кузнецова О.Б., Саминская А.Г., Якимович С.И., Зерова И.В. Кар-боногидразоны и их кольчато-цепная таутомерия // ЖОрХ - 1999. - Т.35. - Вып.3. - С. 383-389.
УДК 676.166.7:577.152.3
ФЕРМЕНТОЛИЗ НЕДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ И ОБРАЗЦОВ ГИДРОТРОПНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ НЕГО
Макарова Е.И., Денисова М.Н.
Исследован ферментативный гидролиз плодовых оболочек овса (ПОО), мискантуса (М), соломы льна-межеумка (СЛМ) и образцов целлюлозы (ГЦ), полученных из них гидротропной варкой, в результате построен ряд реакционной способности к ферментолизу: ГЦ ПОО> ГЦ М> ГЦ СЛМ> СЛМ> М> ПОО. Показано, что, в отличие от соломы льна-межеумка, гидро-тропная обработка сырья в одинаковых условиях приводит к увеличению степени конверсии при ферментолизе: плодовых оболочек овса на 76 %, мискантуса на 58 %.
Ключевые слова: плодовые оболочки овса, мискантус, солома льна-межеумка, гидро-тропная варка, целлюлоза, ферментативный гидролиз, «Целлолюкс-А», «Брюзайм БЭХ», реакционная способность к ферментолизу.
ВВЕДЕНИЕ
К гидротропному способу переработки растительного сырья в настоящее время проявляется интерес среди исследователей новых способов получения целлюлозы [1]. Использование в качестве варочных реагентов водорастворимых и экологически безопасных гидротропных веществ относится к принципам, используемым в «зеленой» хи-
мии. Авторы [1] считают, что гидротропный процесс может использоваться для фракционирования древесины на целлюлозу и лигнин, причем «зеленую» целлюлозу можно использовать для получения биовеществ.
В ИПХЭТ СО РАН выполнены приоритетные исследования гидротропной переработки недревесных видов сырья в целлюлозу [2, 3, 4] и лигнин [3, 5, 6] на примере российского мискантуса и плодовых оболочек овса,
в которых гидротропная целлюлоза позиционируется в качестве сырья для успешной этерификации с образованием эфиров целлюлозы. Следует отметить, что для третьего вида сырья - соломы льна-межеумка - отсутствует информация о возможности ее переработки гидротропным способом [7]. Поскольку в литературе не приводятся примеры предварительной обработки недревесного сырья гидротропным способом для получения субстратов последующего ферментоли-за, изучение ферментативного гидролиза сырья и образцов гидротропной целлюлозы из него является актуальным.
Целью данной работы является исследование реакционной способности к фермен-толизу плодовых оболочек овса, мискантуса, соломы льна-межеумка и образцов гидро-тропной целлюлозы, полученных из них в одинаковых условиях.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве целлюлозосодержащего сырья в работе использовались плодовые оболочки овса (ПОО), мискантус (М) и солома льна-межеумка (СЛМ). Химический состав сырья представлен в таблице 1. Гидротроп-ная делигнификация сырья проведена в универсальной термобарической установке [8] с 35 %-ным раствором бензоата натрия при температуре 180 °С в течение 3 ч, модуль 1:10. Химический состав полученных образцов целлюлозы (ГЦ) приведен в таблице 1.
Массовые доли (м.д.): а-целлюлозы, целлюлозы по Кюршнеру, золы, кислотонера-створимого лигнина, пентозанов в сырье и целлюлозе определяли по стандартным методикам анализа [9].
Исходное сырье и гидротропные целлюлозы направлялись на ферментолиз. Для гидролиза субстратов использовали ферментные препараты «Целлолюкс-А» (производитель ПО «Сиббиофарм», г. Бердск) и «Брюзайм BGX» (производитель «Polfa Tar-chomin Pharmaceutical Works S.A.», Польша, поставщик компания «Русфермент», г. Москва). «Целлолюкс-А» стандартизирован по целлюлазе, «Брюзайм BGX» - по гемицел-люлазе.
Методика исследования реакционной способности к ферментолизу подробно описана в работе [10]. Ферментолиз субстратов осуществлялся в ацетатном буфере (рН=4,7) при температуре (43±2) °С и концентрации субстрата 33 г/л. Для контроля концентрации редуцирующих веществ (РВ) каждые 8 ч проводили отбор проб объемом 2 мл. Концен-
трацию РВ в пересчете на глюкозу определяли на спектрофотометре «иЫЮО иУ-2804» (США) с использованием динитросалицило-вого реактива. Выход РВ на массу субстрата рассчитан по формуле:
4>ж =^-0,9-100
гТЪгя
* ;
где Прв- выход РВ от массы субстрата, %; Ск
- конечная концентрация РВ в гидролизате, г/л; Уг - объем ацетатного буфера, л; 0,9 -коэффициент, обусловленный присоединением молекулы воды к ангидроглюкозным остаткам соответствующих мономерных звеньев в результате ферментативного гидролиза; тс - масса субстрата для ферментации, г.
Выход РВ (отношение массы РВ к массе субстрата за вычетом негидролизуемых компонентов) расситан по формуле:
^гег = - ■ 0,9 ■ 100 ■ 100
где пРВ|— выход РВ от массы субстрата, %; Ск
- конечная концентрация РВ в гидролизате, г/л; Уг - объем ацетатного буфера, л; 0,9 -коэффициент, обусловленный присоединением молекулы воды к ангидроглюкозным остаткам соответствующих мономерных звеньев в результате ферментативного гидролиза; тс - масса субстрата для ферментации, г.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Характеристики сырья и полученных из него образцов гидротропной целлюлозы представлены в таблице 1. Результаты определения м.д. целлюлозы в сырье показали ее содержание от 45 % до 52 % в зависимости от вида используемого сырья, причем в ПОО целлюлозы меньше всего (45 %). ПОО являются пентозансодержащим источником - до 31 % пентозанов, в то время как содержание пентозанов в М и СЛМ значительно ниже и составляет 21 %. М.д. лигнина во всех видах сырья примерно одинакова и составляет 1719 %. Для всех видов сырья характерна высокая зольность (до 5 %).
Гидротропная варка сырья при температуре 180 °С привела к гидролизу лигноцел-люлозной матрицы, состоящей из трех полимеров: целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. В результате удаления части нецеллюлозных компонентов в получаемых образцах целлюлозы: лигнина, пентозанов, золы - повысилась м.д. а-целлюлозы (до 70-78 %). Для образца целлюлозы СЛМ делигнификация прошла неполно, м.д. лигнина в образце состав-
ФЕРМЕНТОЛИЗ НЕДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ И ОБРАЗЦОВ ГИДРОТРОПНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ,
ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ НЕГО
ляет 16,8 %, что можно объяснить природой лигнина, нерастворимого в данном гидротропе. Минимальным содержанием лигнина и наибольшей м.д. а-целлюлозы (78 %) характеризуется образец целлюлозы мискантуса.
Оценка реакционной способности к ферментации субстратов проводилась по
Сравнение исходного сырья по конечной концентрации и конечному выходу РВ (рисунок 1 и таблица 2) позволяет построить ряд реакционной способности следующим образом: СЛМ>М>ПОО. ПОО характеризуются наименьшей реакционной способностью: основной прирост РВ наблюдается в первые 16 ч гидролиза, в последующие 16-72 ч фермен-толиза концентрация РВ возрастает всего на 0,9 г/л (с 3,2 г/л до 4,1 г/л). Мискантус имеет схожий с ПОО характер зависимости концентрации РВ от продолжительности ферменто-лиза, однако характеризуется практически в 2 раза большей реакционной способностью (конечная концентрация РВ 7,6 г/л). Стоит отметить, что СЛМ характеризуется максимальной реакционной способностью и имеет отличную кинетическую зависимость от ПОО и М: концентрация РВ возрастает на протяжении всего процесса гидролиза и достигает значения 13,5 г/л.
Для образцов гидротропной целлюлозы ряд реакционной способности имеет обратную зависимость: ГЦ ПОО>ГЦ М>ГЦ СЛМ.
Образец ГЦ ПОО достигает максимального выхода РВ (с вычетом негидролизуемых компонентов) 100 %, хотя исходное сырье имело самую низкую степень конверсии. Не
концентрации образующихся РВ в гидролиза-те и скорости их накопления. Зависимость концентрации РВ от продолжительности ферментативного гидролиза представлена на рисунке 1.
Продолжительность ферментации, ч
-л-М; —*—ГЦ М; -°-ПОО;
-"-ГЦ ПОО; -»—СЛМ; -»—ГЦ СЛМ
Рисунок 1 - Зависимость концентрации РВ от продолжительности ферментолиза исходного сырья и полученных из него ГЦ.
смотря на наибольшее содержание гидроли-зуемых компонентов, образец ГЦ М обладает меньшей реакционной способностью, чем образец ГЦ ПОО. В отличие от образцов
Таблица 1 - Характеристики субстратов
Субстрат Массовая доля, %
а-целлюлоза целлюлоза по Кюршнеру пентозаны лигнин зола
М - 52,1±0,5 21,3±0,1 18,6±0,1 4,8±0,05
ГЦ М 77,8±0,5 - 10,4±0,1 6,8±0,1 3,9±0,05
ПОО - 44,7±0,5 30,8±0,1 18,1 ±0,1 4,6±0,05
ГЦ ПОО 71,9±0,5 - 12,4±0,1 9,0±0,1 5,3±0,05
СЛМ - 51,3±0,5 21,2±0,1 15,6±0,1 2,3±0,05
ГЦ СЛМ 69,3±0,5 - 8,1 ±0,1 16,8±0,1 1,0±0,05
Таблица 2 - Результаты ферментолиза
Субстрат Конечная концентрация РВ, г/л Выход РВ на массу субстрата, % Выход РВ с вычетом негидролизуемых компонентов, %
М 7,55±0,5 20,4±0,1 26,5±0,1
ГЦ М 29,00±0,5 78,3±0,1 87,7±0,1
ПОО 4,10±0,5 11,1 ±0,1 14,4±0,1
ГЦ ПОО 31,66±0,5 85,5±0,1 99,8±0,1
СЛМ 13,50±0,5 36,5±0,1 44,5±0,1
ГЦ СЛМ 14,00±0,5 37,8±0,1 46,0±0,1
целлюлозы ПОО и мискантуса, образец ГЦ СЛМ характеризуется наименьшей реакционной способностью к гидролизу. Причем, гидротропная обработка не привела к увеличению степени конверсии. Результаты определения концентрации РВ при ферментолизе исходной СЛМ и ГЦ СЛМ показали близкую реакционную способность: выход РВ 37-38 % на массу субстрата.
Таким образом, проведенные исследования ферментолиза ПОО, мискантуса и образцов гидротропной целлюлозы, полученных из них, показали, что гидротропная обработка сырья приводит к увеличению выхода РВ при гидролизе: ПОО с 11 % до 86 %, мискантуса с 20 % до 78 %. В случае СЛМ этого явления не наблюдается и исследования следует продолжить.
ВЫВОДЫ
В результате исследования ферментативного гидролиза плодовых оболочек овса, мискантуса, соломы льна-межеумка и образцов целлюлозы, полученных из них гидро-тропной варкой в одинаковых условиях, построен ряд реакционной способности для сырья и для образцов гидротропной целлюлозы: ГЦ ПОО> ГЦ М> ГЦ СЛМ> СЛМ> М> ПОО соответственно. В отличие от соломы льна-межеумка, гидротропная обработка сырья обеспечивает увеличение степени конверсии при ферментолизе: ПОО на 75 %, мискантуса на 58 %. Работу по изучению влияния гидро-тропной обработки соломы льна-межеумка на реакционную способность к гидролизу необходимо продолжить.
Работа выполнена при поддержке проекта фундаментальных исследований № 5 Программы 3 Президиума РАН.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Gabov K., Fardim P., Gomes F. Hydrotropic frac-tionation of birch wood into cellulose and lignin: a new step towards green biorefinery // Bioresouces. - 2013.
- V. 8, № 3. - Р. 3518-3531.
2. Митрофанов Р.Ю., Будаева В.В., Денисова М.Н., Сакович Г. В. Гидротропный метод получения целлюлозы из мискантуса // Химия растительного сырья. - 2011. - № 1. - С. 25-32.
3. Денисова М.Н., Будаева В.В., Ильясов С.Г., Чер-кашин В.А., Сакович Г.В. Гидротропный способ переработки целлюлозосодержащего сырья // Ползуновский вестник. - 2013. - № 3. - С. 179-184.
4. Денисова М.Н. Нейтральный способ получения целлюлозы из плодовых оболочек злаков // Ползуновский вестник. - 2011. - № 4-1. - С. 239-243.
5. Ильясов С.Г., Черкашин В.А., Сакович Г.В., Пархоменко Д.А. Получение ацетонлигнина из гидротропного лигнина // Ползуновский вестник. -2013. - № 3. - С. 154-158.
6. Ильясов С. Г., Черкашин В. А., Сакович Г.В. Деполимеризация лигнина гидротер-мальным методом // Химия растительного сырья. - 2013. - № 4.
- С. 21-27. DOI: 10.14258/jcprm.1304021.
7. Будаева В.В., Гисматулина Ю.А., Золотухин В.Н., Роговой М.С., Мельников А.В. Физико-химические свойства целлюлозы из льна-межеумка // Ползуновский вестник. - 2013. - № 3.
- С. 168-173.
8. Пат. 2472808 Россия, С 1. Способ получения целлюлозы (варианты) и устройство для его осуществления. / Будаева В.В., Цуканов С.Н., Сакович Г.В. - № 2011134207/05, заявлено 15.08.2011; опубл. 20.01.2013, Бюл. № 2. - 10 с.
9. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. - М.: Экология, 1991. - 320 c.
10. Будаева В.В., Макарова Е.И., Скиба Е.А., Сакович Г.В. Ферментативный гидролиз продуктов гид-ротермобарической обработки мискантуса и плодовых оболочек овса // Катализ в промышленности. - 2013. - № 3. - С. 60-66.
НИТРОВАНИЕ 2-ФЕНИЛЭТАНОЛА
Мурадов К. К., Крюков Ю.А., Сысолятин С. В.
Исследовано нитрование 2-фенилэтанола. Получен 2-(4-нитрофенил)этанол, пригодный для использования в фармацевтической промышленности.
Ключевые слова: нитрование, гидролиз, 2-(4-гидроксифенил)этанол, 2-фенилэтанол, 2-(4-нитрофенил)этилнитрат, 2-(4-нитрофенил)этанол, 2-(2,4-динитрофенил)этилнитрат.
ВВЕДЕНИЕ органического синтеза. История нитрования
2-фенилэтанола насчитывает без малого сто-Нитропроизводные 2-фенилэтанола (I) летие; в многочисленных публикациях описа-являются ценным химическим сырьем для но нитрование как азотной кислотой различ-
