溶媒活性化されたHf含有ゼオライトは、グルコース-フルクトースの選択的かつ連続的な異性化を可能にする

Solvent-activated Hf-containing zeolites enable selective and continuous glucose-fructose isomerisation.

• Luca Botti
• Simon A Kondrat
• Ricardo Navar
• Daniele Padovan
• Juan S Martinez-Espin
• Sebastian Meier
• Ceri Hammond

抄録

グルコースからフルクトースへの異性化は、リグノセルロース系バイオマスから石油を使用しない化学品を製造するための重要なステップである。ここでは、Hf含有ゼオライトがこの反応のためのユニークな触媒であることを示しています。これにより、化学触媒や生物学的触媒では実現できなかった、激しい連続運転中のワンステップで真の熱力学的平衡を達成することができます。フルクトースの選択率 94 % で 58 % という前例のないシングルパス収率が観測され、100 時間以上の連続運転が実証されました。この触媒の予想外の性能は、反応器内での活性化期間の後に実現され、その間に溶媒との相互作用により、合成された触媒にはない活性状態が生成される。X線吸収分光法、化学吸着FTIR、オペランドUV-Vis、1 H-13 C HSQC NMRによるメカニズムの研究から、活性は単官能酸性特性を持つ単離されたHf(IV)原子から生じることが示された。

The isomerisation of glucose to fructose is a critical step towards manufacturing petroleum-free chemicals from lignocellulosic biomass. Here we show that Hf-containing zeolites are unique catalysts for this reaction, enabling true thermodynamic equilibrium to be achieved in a single step during intensified continuous operation, which no chemical or biological catalyst has yet been able to achieve. Unprecedented single pass yields of 58 % are observed at a fructose selectivity of 94 %, and continuous operation for over 100 hours is demonstrated. The unexpected performance of the catalyst is realised following a period of activation within the reactor, during which time interaction with the solvent generates a state of activity that is absent in the synthesised catalyst. Mechanistic studies by X-ray Absorption Spectroscopy, chemisorption FTIR,  operando  UV-Vis and  1 H- 13 C HSQC NMR indicate that activity arises from isolated Hf(IV) atoms with monofunctional acidic properties.

© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.