Kinetic investigation of the hydrolytic hydrogenation of oligosaccharides to sorbitol

  • Kinetische Untersuchung der hydrolytischen Hydrierung von Oligosacchariden zu Sorbitol

Negahdar, Leila; Palkovits, Regina (Thesis advisor); Liauw, Marcel (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Kurzfassung

Die einzigartigen Merkmale des Sorbits, als vielversprechendes Zwischenprodukt der Biomasse-Biokraftstoff-Umwandlung, haben eine Menge Aufsehen in der Forschung erregt. Dennoch fehlt ein hinreichendes Verständnis des Mechanismus und der Kinetik der Reaktionen, die beteiligt sind, vor allem wegen der komplexen Molekularstruktur der Polysaccharide. Diese Dissertation berichtet unsere Forschung über Kinetik und Mechanismus der Sorbit-Produktion durch hydrolytische Hydrierung von Oligosacchariden. Die Forschung zu diesem Thema basiert fast ausschließlich auf der umstrittenen Behauptung, dass die Umwandlung der Polysaccharide zum Sorbit durch zwei Folgereaktionen stattfindet, und zwar einmal der Hydrolyse zu den Monosacchariden und anschließend der Hydrierung zum Sorbit. Im Gegensatz dazu verdeutlicht unsere Forschung zwei konkurrierende Reaktionswege, nämlich die Hydrolyse von Oligosacchariden und die Hydrierung ihrer reduzierten Form. Interessanterweise scheint die Hydrierung bei niedrigeren Temperaturen stärker ausgeprägt zu sein, was der allgemein anerkannten Hypothese widerspricht. Um die molekulare Komplexität der Polysaccharide zu umgehen, haben wir uns für Modellmoleküle wie Disaccharid und Trisaccharid entschieden, welche eine einfachere Struktur besitzen und gleichzeitig den Polysacchariden ähneln. Dafür haben wir den Schwerpunkt auf die selektive hydrolytische Hydrierung dieser Modellmoleküle mit einem katalytischen System gelegt, welches aus molekularen Säuren und geträgerten Metallkatalysatoren besteht. Die kinetische Untersuchung vom Disaccharid weist darauf hin, dass der Hydrierungs-Reaktionsweg bei niedrigeren Temperaturen überwiegt, wobei die direkte Hydrolyse vom Disaccharid bei höheren Temperaturen steigt. Die Analyse der kinetischen Daten ergibt, dass die Hydrolyse der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist. Die kinetische Untersuchung vom Trisaccharid zeigt ebenfalls, dass die Hydrierungsreaktion schneller als die Hydrolyse abläuft. Dabei wurde eine erleichterte Hydrolyse des reduzierten Trisaccharides im Vergleich zu seiner nicht reduzierten Variante beobachtet. In dieser Studie wurde dasselbe kinetische Modell noch erweitert, um auch die langkettigen Oligosaccharide, bis zum Heptasaccharid, einzugliedern. Trotz steigender Komplexität des Reaktionsnetzwerkes wurden dieselben Selektivitäten bestätigt, nämlich überwiegende Hydrierung im Vergleich zur Hydrolyse, sowie bevorzugte Hydrolyse von reduzierten Komponenten. Zusammenfassend legt unsere Studie dar, dass die direkte Hydrierung von Oligosacchariden zu ihren reduzierten Formen, gefolgt von der Hydrolyse, als eine überlegene Produktionsweise des Sorbits vorgestellt werden kann.

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