Energía y mecanismo de reacción sobre la conversión de D-Glucosa y Fructosa a ácido levulínico y ácido fórmico: Un estudio ab initio
Descargas: 68
Palabras clave:
D-Glucosa, HMF, protón, hidruro, deshidrataciónResumen
En este trabajo, se estudió el mecanismo de reacción para la deshidratación de la D-fructosa para formar ácido levulínico y ácido fórmico con catálisis ácida, por medio de cálculos de estructura electrónica utilizando el funcional B3LYP y un conjunto de base 6-31+G**. Los resultados obtenidos, muestran que la reacción procede a través de transferencias intramoleculares de H+ y iones H-. A partir de los resultados obtenidos, mostramos que la energía de activación o barrera de reacción para las transferencias de hidruros se debe a la reorganización del entorno del disolvente polar. También encontramos que el paso determinante de la velocidad de la reacciónimplica una transferencia de H- antes del tercer paso de deshidratación, que requiere una energía libre de activación de 39.5 kcal/mol.Este resultado teórico concuerda con los valores experimentales reportados en la literatura.
Citas
Carpenter, D.; Westover, T. L.; Czernik, S.; Jablonski, W. 2014 Biomass feedstocks for renewable fuel production: a review of theimpacts of feedstock and pretreatment on the yield and productdistribution of fast pyrolysis bio-oils and vapors. Green Chem. 16, 384−406.
Roper, H. 2002 Renewable Raw Materials in Europe -Industrial Utilisation of Starch and Sugar [1]. Starch/Starke 54(3-4), 89-99
Juben, N., Chheda, G. ., Huber, W. ., Dumesic, J. A. 2007 Liquid-Phase Catalytic Processing of Biomass-Derived Oxygenated Hydrocarbons to Fuels and Chemicals. Angew. Chem. Int. Ed. 46(38), 7164-7183
Huber, G., Chheda, J., Barret, C., Dumesis, J. 2005 Production of Liquid Alkanes by Aqueous-Phase Processing of Biomass-Derived Carbohydrates. Science 308, 1446-1450
Moliner, M., Roman-leshkov, Y., Davis, M. 2010 Tin-containing zeolites are highly active catalysts for the isomerization of glucose in wáter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107(14), 6164–6168 DOI:10.1073/jpnas.1002358107
Pourzolfaghar, H., Abnisa, F., Daud, W. M. A. W., Aroua, M. K. J. 2018 Atmospheric Hydrodeoxygenation of bio-oil oxygenated model compounds; a review. Anal. Appl. Pyrolysis 133, 117–127.
Regmi, Y. N., Mann, J. K., McBride, J. R., Tao, J., Barnes, C. E., Labbé, N., and Chmely, S. C. 2018 Catalytic transfer hydrogenolysis of organosolv lignin using B-containing FeNi alloyed catalysts Catal. Today, 302, 190–195.
Kim, S., Kwon, E. E., Kim, Y. T., Jung, S., Kim, H. J., Huber, G. W., and Lee, J. 2019 Recent advances in hydrodeoxygenation of biomass-derived oxygenates over heterogeneous catalysts. Green Chem. 21, 3715-3743
Zonca, G. I., French, A. D., Johnson, G, P., Stortz, V. C. A. 2009 Evaluation of Density Functionals and Basis Sets for Carbohydrates. J. Chem. Theory Comput. 5, 679-692
Raju, R. K., Ramraj, A., Hillier, I. H., Vincent, M. A., Buron, N. A. 2009 Carbohydrate–aromatic π interactions: a test of density functionals and the DFT-D method. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 3411-3416
Apell, M., Strati, G., Willett, J. L.. Momany, F. A. 2004 B3LYP/6-311++G** study of α- and β-d-glucopyranose and 1,5-anhydro-d- glucitol: 4C1 and 1C4 chairs, 3,OB and B3,O boats, and skew-boat conformations. Carbohydr. Res. 339, 537-551
Momamy, F. A., Appell, M., Strati, G., Willett, J. L. 2004 B3LYP/6-311++G** study of monohydrates of α- and β-d-glucopyranose: hydrogen bonding, stress energies, and effect of hydration on internal coordinates Carbohydr. Res. 2004, 339, 553-567
Ma, B. Y., Schaefer, H. F., Allinger, N. 1998 Theoretical Studies of the Potential Energy Surfaces and Compositions of the d-Aldo- and d-Ketohexoses. JACS 120, 3411-3422
Cramer, C. J., Trhular, D. G. 1993 Quantum chemical conformational analysis of glucose in aqueous solution. JACS 115, 5745-5753
Xiang, Q., Lee, Y. Y., Torget, R. W. 2004 Kinetics of glucose decomposition during dilute-acid hydrolysis of lignocellulosic biomass. Appl. Biochem. Bitechnol. 113-16, 1127
Chang, C., Ma, X. J., Cen, P. L. 2006 Kinetics of glucose decomposition during dilute-acid hydrolysis of lignocellulosic biomass. Chin J. Chem. Eng. 14, 708
Cheda, J. N., Roman-Leshkov, Y., Dumesic, J. A. 2007 Production of 5-hydroxymethylfurfural and furfural by dehydration of biomass-derived mono- and poly-saccharides. Green Chem. 9, 342-350
GaussView 05 Wallingford CT 06824, 2009
Curtis, L.A., Redfern, P. C., Raghavacchari, K. J. 2005 Assessment of Gaussian-3 and density-functional theories on the G3/05 test set of experimental energies. J. Chem. Phys. 123, 124107
Curtis, L. A., Redfern, P. C., Raghavachari, K. 2007 Gaussian-4 theory using reduced order perturbation theory. J. Chem. Phys. 127, 124105
Momamy, F. A., Appell, M., Strati., Willett, J. L. 2005 Carbohydr. Res. 340, 1638-1655
Bosma, W. B., Schnupf, U., Willet, J. L., Momany, F. A. 2009 Density functional study of the infrared spectrum of glucose and glucose monohydrates in the OH stretch region. J. Mol. Struct. THEOCHEM 905, 59
Gaussian 09, Revision A.1, Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada,
M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, Jr., J. A.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, N. J.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.
McNaught, A. D. 1996 Nomenclature of Carbohydrates. Pure Appl. Chem. 68, 1919-2008.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2024 Leonor Angélica Guerrero-Zúñiga, Federico Jiménez-Cruz , Isidoro García-Cruz
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores conservan los derechos de autor de sus trabajos y conceden a la revista Tendencias en Energías Renovables y Sustentabilidad (TERYS) el derecho de primera publicación.
Los artículos se publican bajo la licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional (CC BY 4.0), que permite compartir y adaptar el material para cualquier propósito, incluso comercial, siempre que se otorgue el crédito adecuado a los autores y a la revista.
Los autores pueden depositar la versión publicada del artículo en repositorios institucionales o páginas personales, siempre citando la publicación original en TERYS.
Derechos de autor © D.R. Asociación Latinoamericana de Desarrollo Sustentable y Energías Renovables A. C., 