Szénhidrátok dehidratációja és hidrogénezése vízoldható katalizátorok jelenlétében = Dehydration and Hydrogenation of Carbohydrates in the Presence of Water Soluble Catalysts

A szénhidrátokból előállítható gamma-valerolakton (GVL) ismert fizikai és kémiai tulajdonságai, valamint a munkánk során meghatározott alacsony gőznyomása, kültéri körülmények közötti kiemelkedő stabilítása, jó égési és üzemanyag jellemzői, alacsony toxikussága és kellemes illata különösen alkalmassá teszi arra, hogy fenntartható folyadékként tárolják, szállítsák és energia és/vagy szénalapú termékek termelésére használják. Homogén vagy heterogén katalitikus reakciók megfelelő kombinációjával sikerült szacharózból kiindulva egyre kevesebb oxigént tartalmazó C5-oxigenátokat (levulinsav, GVL, 1,4-butándiol, 2-metil-THF) és végül alkánok keverékét előállítani. A szénhidrátok savak jelenlétében lejátszódó katalitikus dehitratálása során képződő levulin- és hangyasav keverékéből a ruténium alapú Shvo-katalizátor jelenlétében 100%-os szelektivítással képződik a GVL. Ez különösen azért fontos, mert kimutattuk hogy a levulinsav molekuláris hidrogénnel történő hidrogénezésével előállított GVL kismértékű redukciójában keletkező 2-metil-THF könnyen peroxidosodik, amely veszélyezteti a GVL biztonságos használatát. A GVL füst és kellemetlen illatanyagok képződése nélkül ég, jól használható faszén gyújtó folyadékaként és 95 oktánszámú benzinhez keverve az etanolhoz hasonló üzemanyag tulajdonságokat mutat. A GVL-gazdaság kialakulásának kritikus feltétele, hogy a GVL-t vagy a levulinsavat nem-ehető szénhidrátokból gazdaságosan lehessen termelni. | We have proposed that gamma-valerolactone (GVL) exhibits the most important characteristics of an ideal sustainable liquid, which could be used for the production of energy and carbon based consumer products. In addition to its known propeties, we have shown that GVL has low vapor pressure, high stability in aerobic aqueous environments, good burning and fuel properties, which make it particularly suitable for easy storage and transportation even in a large scale. The multi-step conversion of sucrose to various C5-oxygenates (levulinic acid, GVL, 1,4-butanediol, 2-methyl-THF) and alkanes was achieved by integrating various homgeneous or heterogeneous catalytic systems. The catalytic conversion of levulinic and formic acids, formed in acid catalyzed dehydration of carbohydrates, in the presence of the Ru-based Shvo-catalyst resulted in GVL with 100% selectivity. This is a very important result, since we have shown that during the catalytic hydrogenation of levulinic acid to GVL with molecular hydrogen the side product 2-methyl-THF readily forms peroxides, which could be a major safety issue. GVL burns without the formation of smoke and unpleasant smell, can be used effectively as a lighter liquid of charcoal, and has similar fuel properties to that of ethanol, when it is mixed with 95 octane gasoline