Нитрозирование лигносульфонатов в условиях твердофазного катализа
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-3-175-187Ключевые слова:
лигнин, лигносульфонаты, лигносульфоновые кислоты, модификация, нитрозирование, твердофазный катализ, спектрофотометрия, нитрозолигносульфоновые кислотыАннотация
Лигносульфонаты являются самым распространенным коммерческим продуктом на основе лигнина благодаря своим уникальным свойствам. Известны различные способы модификации лигносульфонатов и лигносульфоновых кислот. В настоящей статье представлены результаты разработки нового подхода к получению нитрозированных лигносульфоновых кислот. Метод основан на проведении реакции, катализируемой катионообменными смолами в Н-форме: катионит КУ-2-8 и вофатит. Изучено влияние расхода реагентов и продолжительности реакции на протекание нитрозирования. Динамика предложенного нитрозирования практически совпадает с динамикой аналогичной реакции по известному методу с использованием серной кислоты. Оптимальный расход нитрита натрия составляет 15 %, а катионита – 100 % от массы лигносульфонатов. При нитрозировании лигносульфонатов происходят значительные изменения электронных спектров в области 280…500 нм. Появляются 2 перекрывающихся полосы поглощения с максимумами при 300 и 330 нм, а также интенсивная полоса поглощения при 430 нм, обусловленная нитрозогруппами, сопряженными с ароматическими ядрами фенилпропановых единиц. Для анализа спектров ионизации была проведена их деконволюция. Полученные спектры хорошо аппроксимируются 5 гауссианами с погрешностью не более 5 %. Предложено два варианта проведения реакции нитрозирования лигносульфонатов: в статических и динамических условиях. Установлено, что в динамических условиях образуются нитрозопроизводные лигно сульфоновых кислот, не содержащие катионов металлов, а рН полученных растворов не превышает 1,4. Определен элементный состав выделенных исходных и нитрозированных лигносульфоновых кислот. Содержание азота в лигносульфоновых кислотах увеличилось с 0,32 (исходные) до 2,17 % (нитрозированные). Кроме того, в динамических условиях не требуется дополнительная стадия отделения катионита из реакционной среды с помощью фильтрования. На ИК-спектре нитрозированных лигносульфоновых кислот появились новые полосы: при 1540 см–1, обусловленная присутствием нитрозогрупп, и широкая полоса поглощения при 1700…1715 см–1, которая может быть вызвана колебаниями карбоксильной группы или хинонмонооксимной таутомерной формы в гваяцильных структурах лигносульфоновых кислот.
Скачивания
Библиографические ссылки
Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Иностр. лит., 1963. 590 с. Bellamy L. The Infra-Red Spectra of Complex Molecules. Moscow, Inostrannaya literatura Publ., 1963. 590 p. (In Russ.).
Гоготов А.Ф. Нитритные обработки небеленых целлюлоз с последующей кислородно-щелочной делигнификацией // Химия растит. сырья. 1999. № 1. С. 89–97. Gogotov A.F. Nitrite Treatments of Unbleached Pulps Followed by Oxygen-Alkaline Delignification. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja, 1999, no. 1, pp. 89–97. (In Russ.).
Гоготов А.Ф., Заказов А.Н., Бабкин В.А. Нитритная методика анализа бумажных композиций // Химия растит. сырья. 2001. № 2. С. 39–46. Gogotov A.F., Zakazov A.N., Babkin V.A. Nitrite Method for Analyzing Paper Compositions. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja, 2001, no. 2, pp. 39–46. (In Russ.).
Закис Г.Ф., Можейко Л.Н., Телышева Г.М. Методы определения функциональных групп лигнина. Рига: Зинатне, 1975. 174 с. Zakis G.F., Mozheiko L.N., Telysheva G.M. Methods for Determining Functional Groups of Lignin. Riga, Zinatne Publ., 1975. 174 p. (In Russ.).
Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. 4-е изд. М.: Химия, 1991. 448 с. Sykes P. A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry. Moscow, Khimiya Publ., 1991. 448 p. (In Russ.).
Хабаров Ю.Г., Кошутина Н.Н. Изменение комплексообразующих свойств лигносульфонатов путем нитрозирования // Изв. вузов. Лесн. журн. 2001. № 5-6. С. 134–139. Khabarov Yu.G., Koshutina N.N. Changing of Complexing Properties of Lignosulfonates by Nitrosing. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2001, no. 5-6, pp. 134–139. (In Russ.).
Хабаров Ю.Г., Песьякова Л.А., Колыгин А.В. Использование азотистой кислоты при определении лигносульфоновых кислот // Журн. приклад. химии. 2006. Т. 79, вып. 9. С. 1571–1574. Khabarov Yu.G., Pes’yakova L.A., Kolygin A.V. Nitrosation of Lignosulfonic Acids for Their Colorimetric Determination. Russian Journal of Applied Chemistry, 2006, vol. 79, iss. 9, pp. 1555–1558. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S1070427206090333
Химия нитро- и нитрозогрупп / под ред. Г. Фойера. Т. 1. М.: Мир, 1972. 536 с. The Chemistry of the Nitro and Nitroso Groups. Vol. 1. Ed. by H. Feuer. Moscow, Mir Publ., 1972. 536 p. (In Russ.).
Химия нитро- и нитрозогрупп / под ред. Г. Фойера. Т. 2. М.: Мир, 1973. 301 с. The Chemistry of the Nitro and Nitroso Groups. Vol. 2. Ed. by H. Feuer. Moscow, Mir Publ., 1973. 301 p. (In Russ.).
Berlin A., Balakshin M. Chapter 18 – Industrial Lignins: Analysis, Properties, and Applications. Bioenergy Research: Advances and Applications, 2014, pp. 315–336. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-59561-4.00018-8
Duval A., Lawoko M. A Review on Lignin-Based Polymeric, Micro- and NanoStructured Materials. Reactive and Functional Polymers, 2014, vol. 85, pp. 78–96. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2014.09.017
Graupner N. Application of Lignin as Natural Adhesion Promoter in Cotton Fibre-Reinforced Poly(Lactic Acid) (PLA) Composites. Journal of Materials Science, 2008, vol. 43, pp. 5222–5229. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2762-3
Housecroft C.E., Sharpe A.G. Inorganic Chemistry. 4th ed. London, Pearson Education Limited, 2012. 1213 p.
Kazzaz A.E., Fatehi P. Technical Lignin and its Potential Modification Routes: A Mini-Review. Industrial Crops and Products, 2020, vol. 154, art. no. 112732. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112732
Laurichesse S., Avérous L. Chemical Modification of Lignins: Towards Biobased Polymers. Progress in Polymer Science, 2014, vol. 39, iss. 7, pp. 1266–1290. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.11.004
Liu Y. Tert-Butyl Nitrite. Synlett, 2011, iss. 8, pp. 1184–1185. https://doi.org/10.1055/s-0030-1259948
Mimini V., Kabrelian V., Fackler K., Hettegger H., Potthast A., Rosenau T. Lignin-Based Foams as Insulation Materials: a Review. Holzforschung, 2019, vol. 73, no. 1, pp. 117–130. https://doi.org/10.1515/hf-2018-0111
Miyahara M., Kamiya S., Nakadate M. Nitrosation of 1,3-Diarylureas with Nitrosyl Chloride, Dinitrogen Trioxide and Dinitrogen Tetroxide in Dimethylformamide. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 1983, vol. 31, iss. 1, pp. 41–44. https://doi.org/10.1248/cpb.31.41
Pearl I.A., Benson H.K. A Nitrosolignin Colorimetric Test for Sulfite Waste Liquor in Sea Water. Paper Trade Journal, 1940, vol. 111, pp. 235–236.
Shchavlev A.E., Pankratov A.N., Enchev V. Intramolecular Hydrogen-Bonding Interactions in 2-Nitrosophenol and Nitrosonaphthols: Ab Initio, Density Functional, and Nuclear Magnetic Resonance Theoretical Study. The Journal of Physical Chemistry A, 2007, vol. 111, iss. 30, pp. 7112–7123. https://doi.org/10.1021/jp068540r
Strassberger Z., Tanase S., Rothenberg G. The Pros and Cons of Lignin Valorisation in an Integrated Biorefinery. RSC Advances, 2014, vol. 4, iss. 48, pp. 25310–25318. https://doi.org/10.1039/C4RA04747H
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Ю.Г. Хабаров, В.А. Вешняков, В.А. Плахин, Е.А. Скрипников, Д.В. Овчинников (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
