CC BY
49
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10/2015 ISSN 2410-700Х_
УДК 66.097.3
Сульман Александрина Михайловна
магистрант кафедры БТиХ г.Тверь,РФ E-mail: sulman@online .tver.ru
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ ЛАКТУЛОЗЫ НА МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦАХ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ
БОРАТ ИОНАМИ
Аннотация
Селективный синтез лактулозы из лактозы является одной из важных реакций фармацевтической и пищевой промышленности благодаря пребиотическим свойствам лактулозы [1, c.357]. Кроме того лактоза является недорогим субстратом, используемым в больших объемах в молочной промышленности: ежегодно, миллион тонн лактозы производятся во всем мире и ее изомеризации в лактулозу может быть возможным способом получения ценных продуктов [1, c.358, 2, c.3347]. Существует несколько каталитических методов синтеза лактулозы в том числе гомогенная каталитическая изомеризация сильными кислотами [1, c.358, 3, c. 1421], сильными основаниями, амфотерными катализаторами (гидроксилами, сульфитами, боратами), гетерогенная каталитическая изомеризация (ионообменные смолы, алюмосиликаты) [4, c. 301, 5, c. 333], биокаталитическая изомеризация галактозидазами и ферментами изомеразы [6, c. 809,7,c. 668,8, c. 2] и электрокаталитическая изомеризация. Изомеризация лактозы является сложным химическим процессом, который характеризуется образованием многочисленных побочных продуктов, таких как эпилактоза, галактоза, глюкоза, фруктоза и изосахарная кислота вместе с лактулозой.
Ключевые слова Лактоза, лактулоза, изомеризация.
В данной работе была проведена изомеризация лактулозы на магнитных частицах с иммобилизованными борат ионами.
Синтез катализатора.
7,2 г хлорида железа (III) растворяли в 100 мл воды. К приготовленному раствору было добавлено 150 мл 1М раствора гидроксида натрия. Осажденный гидроксид железа (III), собирают центрифугированием и промывают дистиллированной водой. После этого осадок прокаливали при 300 °С в течение 3 часов и выдерживали на воздухе. 0,1 М растворы борной кислоты в воде получали в атмосфере азота, 5 мл раствора борной кислоты добавляли к суспензии оксида железа и суспензию перемешивали в течение 2 часов в атмосфере азота. После этого катализатор отфильтровывали из раствора, промывали метанолом и водой и сушили при 60 °С. Фильтрат анализировали на отсутствие ионов бората добавлением ализарина красного в серной кислоте.
Методика изомеризации лактозы.
Изомеризация была проведена в автоклаве Parr 4561. Реактор был снабжен нагревательной рубашкой, охлаждающим змеевиком, фильтром в линии отбора проб и камерой насыщения (для предварительного размещения раствора лактозы без смешивания с катализаторами), пропеллерной лопастной мешалкой для обеспечения эффективного перемешивания. Объем жидкости в реакторе составлял 50 мл (общий объем 150 мл). Реактор работал при атмосферном давлении в атмосфере азота и интервале температур от 70 до 90 °С. Образцы реакционной смеси периодически брали для анализа. Реакция в образцах была остановлена после помещения образца в баню со льдом и добавлением нескольких капель HC l для нейтрализации рН.
Анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Анализ реакционного раствора проводили с использованием хроматографа ВЭЖХ ULTIMATE -3000 снабженного ионно-обменной колонкой 250 * 4 мм, характеризовавшейся 82000 теоретических тарелок. Reprogel Н (7 мкм) служил в качестве неподвижной фазы, в то время как 0,1-1 mmol.L раствор серной
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10/2015 ISSN 2410-700Х_
кислоты в деионизированной воде была использована в качестве подвижной фазы. Скорость потока поддерживалась постоянной в 0,5 mL.min-1 при 80 бар и температуре 30 °С. Детектор рефрактометра был использован для обнаружения компонентов. Концентрации лактозы, лактулозы, глюкозы, фруктозы, галактозы, эпилактозы и изосахарной кислоты определялись с использованием внешних стандартов. ЯМР-анализ.
ЯМР-спектры регистрировали на ЯМР-спектрометре Bruker AM300 500 МГц (Москва, ИНЭОС РАН). 1H химические сдвиги были привязаны к остаточному сигналу растворителя при 5 4,70 (D2O) Спектры регистрировали один раз с 30 мг лактулозы, лактозой и высушенной реакционной смесью, растворенной в 700 мкл D2O.
Результаты и обсуждение.
Производительность синтезированных и традиционных катализаторов оценивали при следующих условиях реакции: начальная концентрация лактозы - 0,3 моль/л, температура реакции - 70 °С и концентрация катализатора - 0,1 моль/л и рН = 11.
Таблица 1
Характеристика активности катализаторов в процессе изомеризации лактозы
Катализатор TOF*, s-1*102 Конверсия , % Селективность, %
NaOH 0.51 48 55
Na2B4Ü7 1.25 95 88
NaAlÜ2 0.84 72 78
FesO4-2-BOs 0.82 75 80
FesO4-4-BOs 0.84 77 82
FesO4-6-BOs 0.90 82 85
ВЭЖХ и ЯМР-анализ показал образование лактулозы и основных побочных продуктов - глюкозы, фруктозы, галактозы, которые были обнаружены для всех катализаторов, изосахарная кислоты и эпилактозы - в следовых количествах. Наибольшее TOF (таблица 1) 0,0125 с-1 было установлено для обычных катализаторов Na2B4O7, а для самого активного катализатора на основе Fe3Ö4 TOF был 0,0093 с-1 и для наиболее активного катализатора на основе оксида железа Fe2O3-6-BO3 TOF был 0,9 с-1. Наибольшая конверсия лактозы и селективность процесса для наиболее активных катализаторов на основе сверхсшитого полистирола составили 82% и 85% соответственно, однако это меньше по сравнению с обычно используемым катализатором Na2B4O7. Выводы.
Был синтезирован ряд модифицированных боратом катализаторов на основе магнитных наночастиц (III). Активность катализаторов сильно зависит от поверхностной концентрации ионов бората. Каталитические свойства синтезированных катализаторов были исследованы в широком диапазоне реакционных условий в процессе изомеризации лактозы. Наиболее активным катализатором, обеспечивающим высокий выход лактулозы, был Fe3O4-6-BO3, однако каталитическая активность синтезированного катализатора ниже по сравнению с наиболее активным катализатором и выше по сравнению с обычными гетерогенными катализаторами. Тем не менее, возможность гетерогенных катализаторов легко отделяться от реакционной массы имеет много преимуществ для промышленного внедрения.
Список использованной литературы:
1. M. Aider, D.d. Halleux, Trends in Food Science & Technology. 18 (2007).
2. A.I. Ruiz-Matute, M.L. Sanz, N. Corzo, P.J. Martin-Alvarez, E. Ibanez, I. Martinez-Castro, A. Olano, Journal of Agricultural and Food Chemistry. 55 (2007).
3. H. Hohno, S. Adachi, Journal of Dairy Science. 65 (1982).
4. M. Angel de la Fuente, M. Juarez, D. de Rafael, M. Villamiel, A.М. Olano, Food Chemistry. 66 (1999).
5. R. Gounder, M.E. Davis, Journal of Catalysis (2013).
6. Y.-S. Kim, J.-E. Kim, D.-K. Oh, Bioresource Technology. 128 (2013).
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10/2015 ISSN 2410-700Х_
7.Y.-S. Kim, D.-K. Oh, Bioresource Technology. 104 (2012).
8. Y.-S. Song, H.-U. Lee, C. Park, S.-W. Kim, Carbohydrate Research. 369 (2013).
© А.М. Сульман, 2015
УДК 544.473:66.097.3
Холкина Екатерина Андреевна
магистрант 1 -ого года обучения по направлению 18.04.01 Химическая технология, ТвГТУ
г. Тверь, РФ E-mail: [email protected] Никошвили Линда Жановна к.х.н., доцент кафедры биотехнологии и химии ТвГТУ
г. Тверь, РФ E-mail: [email protected] Lioubov Kiwi-Minsker проф., Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
г. Лозанна, Швейцария ТвГУ, Региональный технологический центр
г. Тверь, РФ E-mail: [email protected]
СЕЛЕКТИВНОЕ ГИДРИРОВАНИЕ 2-МЕТИЛ-3-БУТИН-2-ОЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАЛЛАДИЙ СОДЕРЖАЩИХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХСШИТОГО
ПОЛИСТИРОЛА
Аннотация
В основе ряда существующих в настоящее время синтезов биологически -активных веществ лежат реакции селективного каталитического гидрирования. Pd-содержащие полимерные материалы могут служить альтернативой катализаторам на основе традиционных носителей. В рамках данной работы синтезирован ряд катализаторов на основе сверхсшитого полистирола. Показано, что разработанные катализаторы проявляют высокую селективность (более 97%) и активность в гидрировании 2 -метил-3-бутин-2-ола.
Ключевые слова
Катализ. Селективное гидрирование. Ацетиленовые спирты. Палладий. Сверхсшитый полистирол.
Гетерогенный катализ играет решающую роль в современном химическом производстве. При этом основной задачей является создание эффективных (высокоселективных, активных и термостабильных) каталитических систем с целью увеличения выхода целевого продукта и полноты конверсии исходных субстратов.
Селективное гидрирование тройной -С=С- связи алкинолов является одной из основных стадий при производстве синтетических душистых веществ и витаминов А, E и K [1, с. 48]. Однако данный процесс требует тщательного подбора катализаторов, которые должны проявлять высокую селективность по отношению к олефиновым спиртам. Наиболее распространенные катализаторы для селективного гидрирования тройной связи до двойной - модифицированные Pd и Ni, нанесенные на неорганические носители. Исторически первым промышленным катализатором селективного гидрирования ацетиленовых спиртов стал предложенный Линдляром Pd/CaCO3, модифицированный ацетатом свинца и хинолином [2, с.
