Polysakkaridialdehydien selektiivinen muokkaus oksinitrilaasientsyymillä

Guarkumi on monikäyttöinen aine niin lääke- kuin ravintoaineteollisuudessa. Guarkumille tehtävät reaktiot lisäävät mahdollisesti sen monikäyttöisyyttä. Tässä työssä tarkoituksena oli pidentää guarkumialdehydin (galaktomannaanin galaktoosin C-6 aldehydin) hiiliketjua yhdellä hiilellä syanohydriinien avulla. Oksinitrilaasi on syanohydriinejä muodostava entsyymi, jota kasvit käyttävät syanogeneesissä. Orgaanisissa synteeseissä tätä entsyymien ominaisuutta käytetään päinvastaiseen tarkoitukseen eli syanohydriinien muodostamiseen. Reaktioita oksinitrilaasilla on suoritettu kirjallisuuden mukaan runsaasti, mutta lähtöaine on ollut orgaaniseen liuottimeen liukeneva, reaktioseoksena on käytetty orgaanista liuotinta, liuotinseosta tai entsyymi on ollut kiinnitettynä matriisiin. Tutkimuksen kohteena olivat polysakkaridialdehydien oksinitrilaasilla tehtävät entsymaattiset jatkoreaktiot. Työssä tutkittiin syanohydriinien entsymaattista syntetisointia vesipitoisissa puskuriliuoksissa. Kokeet tehtiin raffinoosilla ja guarkumilla, jotka oli hapetettu entsymaattisesti, selektiivisesti, galaktoosin C-6 asemasta aldehydiksi. Syanohydriinien muodostumista tutkittiin kolmella eri oksinitrilaasilla ja kahdella syanidia vapauttavalla yhdisteellä; natriumsyanidilla ja etyylisyanoformaatilla. Lisäksi tutkittiin erilaisten puskurien vaikutusta tulokseen. Näytteistä muodostettiin johdos metanolyysin ja silyloinnin avulla. Haihtuviksi tehdyt sakkaridit analysoitiin GC-MS:lla. Tulokset tarkistettiin lisäksi NMR- ja LC-MS/MS – tekniikoilla. Reaktioiden tuloksena oli α-hydroksiamidiksi hydrolysoitunut syanohydriini. Synteesin toimivuutta ja tuloksia olisi hyvä tutkia vielä alhaisessa lämpötilassa, sillä tähän tutkimukseen sisälletyt kokeet tehtiin huoneenlämpötilassa. Lisäksi parhaan tuloksen tuottanutta AtHNL -entsyymiä olisi hyvä kokeilla pH:ssa 3,3, jolloin kemiallinen reaktio olisi kokonaan suppressoitu

Modification and characterization of wood components

The separated wood components cellulose, hemicelluloses, and lignin allow for the production of various materials via chemical modifications. In addition to modifications, understanding the structural features of these products is important for enabling tailored processes for commodities. In this thesis, the introduction covers background information concerning cellulose chemistry. The dissolution of cellulose in various solvent systems is compared, and the usability of these solvents in acetylation of polysaccharides is assessed. Typically, the solvents used in Viscose or Lyocell processes are not suitable for chemical modifications, mainly due to their reactivity with either cellulose hydroxyls or used reagents. Furthermore, in current industrial cellulose acetate (CA) processes, the degree of polymerization (DP) of the product decreases. The results and discussion present the possibility of using ionic liquids as a reaction media for homogeneous acetylation of hemicelluloses and cellulose. The aim is to produce new methods in ionic liquids, in which tunable substitution is possible for acetylated hemicelluloses and CAs without substantial losses in DP. Furthermore, the procedure is upscaled and acetate fibers are produced with good spinnability and fiber characteristics in collaboration with Aalto University. Another issue under study is lignin chemistry, especially the structural characterization of hydrothermally (HT) treated Kraft lignin. The results demonstrate that diphenyl methanes are formed during HT treatment of Kraft lignin