การสังเคราะห์ 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัลจากลูโคสโดยใช้เทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยา

Abstract

5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล (5-hydroxymethylfurfural, HMF) เป็นอนุพันธ์ของน้ำตาลกลูโคส (glucose) อีกทั้งยังเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นที่สำคัญในการผลิตสารเคมีมูลค่าเพิ่มและเชื้อเพลิงชีวภาพ การเปลี่ยนกลูโคส (glucose) เป็น HMF โดยตรงประกอบด้วยปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของกลูโคสไปเป็นฟรุกโตส (fructose) และปฏิกิริยาการกำจัดน้ำของฟรุกโตส ซึ่งปฏิกิริยาทั้งสองสามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะที่มีกรดลิวอิส (Lewis acid) และกรดบรอนสเตด (Bronsted acid) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ตามลำดับ นอกจากนี้ยังเกิดปฏิกิริยาข้างเคียง เช่น ปฏิกิริยาไฮเดรชันของ HMF เกิดเป็นกรดเลวูลินิก (levulinic acid) ซึ่งเร่งด้วยกรดบรอนสเตดและปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของ HMF เกิดเป็นฮิวมิน (humins) ซึ่งเร่งด้วยกรดลิวอิส นอกจากนี้ปริมาณของกรดและสัดส่วนของกรดลิวอิสต่อกรดบรอนสเตตที่เหมาะสมของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นปัจจัยหลักในการกำหนดอัตราการแปลงกลูโคสและผลได้ของ HMF งานวิจัยนี้จะใช้เลเยอดับเบิลออกไซด์ (layer-double oxide, LDO) ซึ่งมีสมบัติกรดบรอนสเตดเป็น support-phase และใช้ไอออนของโลหะชนิดต่าง ๆ ซึ่งมีสมบัติกรดลิวอิสเป็น active-phase สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ โดยการปฏิกิริยาจะเกิดขึ้น ณ อุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส ภายใต้ความดัน 10 บาร์เป็นเวลา 3 ชั่วโมง และมีเปอร์เซ็นต์ผลได้ของ HMF อยู่ที่ 1 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นผลมาจากสัดส่วนของกรดลิวอิสและบรอนสเตดที่ไม่เหมาะสม ฉะนั้นงานวิจัยนี้จะแสดงให้เห็นถึงการนำไอออนของโลหะชนิดต่าง ๆ มาอิมเพร็กลงบน LDO เพื่อศึกษาประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์สำหรับปฏิกิริยาการเปลี่ยนกลูโคสเป็น HMF