이리듐 촉매를 이용한 바이오매스의 부가 가치 화합물로의 전환
Iridium-catalyzed transformation of biomass to value-added chemicals
초록/요약
화석 연료를 대체하기 위해 바이오매스를 화학적으로 전환하여 추가적인 탄소 방출 없이 많은 화합물과 연료를 만드는 연구가 활발하다. 바이오매스로부터 유래한 레불린산은 수소화 반응을 통해 γ-발레로락톤 합성이 가능하다. γ-발레로락톤은 낮은 독성, 낮은 휘발성 등의 특성 덕분에 다양한 산업에서 용매로써 이용된다. 게다가 에탄올보다 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 직접 연료로 이용하거나 연료 첨가제로 활용할 수 있다. 그리고 바이오매스를 기반으로 하는 다양한 알코올들의 축합 반응을 통해 기존의 석유로부터 유래한 연료, 윤활유 등을 합성할 수 있다. 본 연구에서는 이리듐 촉매를 이용하여 바이오디젤 산업의 주요 부산물인 글리세롤과 그 외 다양한 알코올을 수소원으로 하여 레불린산을 γ-발레로락톤으로 전환하였다. 그리고 동일한 촉매를 이용하여 바이오매스로부터 나올 수 있는 여러 알코올의 축합 반응을 통해 다양한 구조의 케톤, 알코올을 합성하였다.
more초록/요약
In order to replace fossil fuels, the research about chemical conversion of biomass to produce many compounds and fuels without additional carbon emission is highlighted. γ-valerolactone can be synthesized through hydrogenation of levulinic acid derived from biomass. γ-valerolactone is used as a solvent in various industries due to its characteristics such as low toxicity and low volatility. In addition, it has a higher energy density than ethanol, so it can be used directly as a fuel or as a fuel additive. Fuels and lubricants, which have been produced from petroleum, can be synthesized through the condensation reaction of various alcohols derived from biomass. In this study, biomass-derived levulinic acid was converted to γ-valerolactone by using iridium catalyst as a hydrogen source using glycerol, a major by-product of the biodiesel industry, and various alcohols. And structurally diverse ketones and alcohols were synthesized through the condensation of biomass derived alcohols with the same catalyst.
more목차
1. Introduction 1
2. Result and Discussion 6
1) 레불린산의 이동 수소화 반응 6
(1) 반응 최적화 6
(2) 레불린산 에틸 실험 12
(3) 다양한 알코올에서의 이동 수소화 반응 14
(4) 촉매의 연속적 활용 17
(5) 메커니즘 19
2) 다양한 알코올의 알킬화 반응 21
(1) 반응 최적화 21
(2) 반응속도론적 비교를 통한 이금속 촉매의 금속간 협동효과 관찰 26
(3) Substrate scope 34
(4) 메커니즘 44
3. Conclusion 46
4. Experimental section 47
1) 레불린산의 이동 수소화 반응 47
(1) 이동 수소화 실험 과정 47
(2) 1H NMR을 통한 생성물의 TON, 수율 계산 48
(3) 동위원소 표지 실험 49
2) 다양한 알코올의 알킬화 반응 50
(1) 실험 절차 50
(2) 알코올 축합 반응의 질량 분석 53
(3) Characterization 56
5. Reference 73
Abstract 75
