Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах
The hydrogenolysis of 10 % methanol-water solutions of sucrose and maltose to propylene glycol on supported copper-containing catalysts in flow reactor was studied. The highest concentration of propylene glycol in the reaction products (0.23 mmol/ml) has been obtained in the hydrogenolysis of sucros...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/113 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Catalysis and petrochemistry |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Catalysis and petrochemistry| _version_ | 1872008946477170688 |
|---|---|
| author | Varvarin, Anatolii M. Horbaniuk, Ivan S. Trachevskiy, Volodymyr V. Brei, Volodymyr V. |
| author_facet | Varvarin, Anatolii M. Horbaniuk, Ivan S. Trachevskiy, Volodymyr V. Brei, Volodymyr V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Anatolii M. Varvarin",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України вул. Генерала Наумова, 13, Київ, 03164, Україна"
},
{
"author": "Ivan S. Horbaniuk",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України вул. Генерала Наумова, 13, Київ, 03164, Україна"
},
{
"author": "Volodymyr V. Trachevskiy",
"institution": "Технічний центр Національної академії наук України вул. Покровська, 13, Київ, 04070, Україна"
},
{
"author": "Volodymyr V. Brei",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України вул. Генерала Наумова, 13, Київ, 03164, Україна"
}
] |
| author_sort | Varvarin, Anatolii M. |
| baseUrl_str | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-23T14:08:19Z |
| description | The hydrogenolysis of 10 % methanol-water solutions of sucrose and maltose to propylene glycol on supported copper-containing catalysts in flow reactor was studied. The highest concentration of propylene glycol in the reaction products (0.23 mmol/ml) has been obtained in the hydrogenolysis of sucrose on  23Cu-1Cr2O3/Al2O3 catalyst with its full conversion at 170 °C/4.0 MPa H2 and a load on catalyst of 0.8 mmol С12Н22О11/gcat/h. At that, the catalyst productivity towards propylene glycol consists 0.7 mmol/gcat/h. Hydrogenolysis of maltose in these conditions is characterized by 81 % conversion and low (0.04 mmol/ml) concentration of propylene glycol in the reaction products. The main byproducts of sucrose hydrogenolysis are ethylene glycol, hydroxyacetone, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol and sorbitol. Concentration of propylene glycol in the reaction products of sucrose hydrogenolysis on 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 does not change significantly  (0.23-0.18 mmol/ml) during 18 h of catalyst operation. Сomparison of the productivities of 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 catalyst to propylene glycol in hydrogenolysis of 10 % solutions of sucrose (0.7 mmol/gcat/h) and glucose (0.9 mmol/gcat/h) suggests that glucose is more suitable for the production of propylene glycol than studied disaccharides. |
| doi_str_mv | 10.15407/kataliz2024.35.091 |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
Каталіз та нафтохімія, 2024, №35 91
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
УДК 544.47
https://doi.org/10.15407/kataliz2024.35.091
Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах
Анатолій М. Варварін 1, Іван С. Горбанюк 1, Володимир В. Трачевський 2,
Володимир В. Брей 1
1 Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова, 13, Київ, 03164, Україна, е-mail: brei@ukr.net
2 Технічний центр Національної академії наук України
вул. Покровська, 13, Київ, 04070, Україна
Досліджено гідрогеноліз 10 % метанольно-водних розчинів цукрози і мальтози до пропіленгліколю
на мідьвмісних каталізаторах в проточному режимі. Встановлено, що за температури 170 °С, тиску водню
у 4.0 МПа і навантаженні на каталізатор 0.8 ммоль С12Н22О11/гкат/год найбільша концентрація
пропіленгліколю в продуктах реакції у 0.23 ммоль/мл одержана при гідрогенолізі цукрози на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі за її повної конверсії. При цьому продуктивність каталізатора за
пропіленгліколем становить 0.7 ммоль/гкат/год. Гідрогеноліз мальтози в вказаних умовах характеризується
81 % конверсією і низькою (0.04 ммоль/мл) концентрацією пропіленгліколю в продуктах реакції.
Основними побічними продуктами гідрогенолізу цукрози є етиленгліколь, гідроксиацетон, 1,2-бутандіол,
1,4-бутандіол і сорбітол. Концентрація пропіленгліколю в продуктах реакції при гідрогенолізі цукрози на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 мало змінюється (0.23-0.18 ммоль/мл) протягом 18 годин роботи каталізатора.
Порівняння продуктивностей 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізатора по пропіленгліколю при гідрогенолізі 10 %
розчинів цукрози (0.7 ммоль/гкат/год) і глюкози (0.9 ммоль/гкат/год) показує, що глюкоза більш придатна
для одержання пропіленгліколю, ніж досліджені дисахариди.
Ключові слова: гідрогеноліз, цукроза, мальтоза, пропіленгліколь, мідьвмісний каталізатор
Вступ
Пропіленгліколь, як багатотонажний продукт, широко використовують в хімічній,
харчовій, косметичній та фармацевтичній галузях [1]. В промисловості його одержують
гідролізом пропіленоксиду [1, 2]. В останні роки гідрогеноліз відновлюваних С6 вуглеводів та їх
похідних до пропіленгліколю розглядають як альтернативу його традиційному синтезу [3-6].
Дисахарид цукроза С12Н22О11 також може розглядатись, як перспективна сировина для одержання
1,2-пропандіолу завдяки своїй доступності при досить невисокій вартості (520 $/т) [7], тоді як
світові ціни на пропіленгліколь становлять 1450 $/т [8].
На відміну від гідрогенолізу С6 карбогідратів, перетворення цукрози до С2-3 поліолів
описано в нечисленних статях [9-13]. Так, в [9] перетворення С12Н22О11 в сухому етанолі
досліджували на мідь-хромовому каталізаторі. Реакцію здійснювали в автоклаві при 250 °C і
тиску Н2 300 атм протягом 2-3 годин. Основним продуктом гідрогенолізу був пропіленгліколь з
виходом у 34 %. В роботі [10] конверсію цукрози вивчали на CuO-CeO2-SiO2 каталізаторі в
присутності гідроксиду кальцію при 225 °C і тиску водню у 200 атм в стаціонарному режимі. При
цьому утворювався ряд С2-5 діолів. В [11] описано гідрогеноліз цукрози на (Ni, Mo, Cu)/кізельгурі
при 150 °C/5 МПа Н2 з 13 % виходом пропіленгліколю. Автори [12] для перетворення сахарози в
пропіленгліколь при 140 °C/3 МПа Н2 використовували композит 2 % Ru-15 % H4[W12SiO40],
нанесений на активоване вугілля. В [13] наведено дані щодо конверсії 2 % водного розчину
цукрози у пропіленгліколь при 180 °C/4 МПа Н2 на Ni-Mo/γ-Al2O3 каталізаторі з різним вмістом
нікелю та молібдену.
92 Каталіз та нафтохімія, 2024, №35
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
Описаний в статтях [9-13] гідрогеноліз сахарози здійснювали в стаціонарному режимі з
застосуванням автоклавів при високому тиску водню (5-30 МПа) і з використанням досить
розбавлених розчинів С12Н22О11 (до 2 %). В цій роботі гідрогеноліз двох дисахаридів – цукрози і
мальтози проводили в придатному для промисловості проточному режимі з застосуванням більш
концентрованих, 10 % метанольно-водних розчинів цих дисахаридів. Реакцію здійснювали в
присутності нанесених мідьвмісних каталізаторів, на яких нами було одержано досить високі
виходи пропіленгліколю при гідрогенолізі 20 % розчинів глюкози (43 %) [14].
Експеримент
В роботі було використано харчовий цукор і мальтозу для бактеріальних цілей. Оскільки
розчинність водню у спиртах приблизно на порядок вище, ніж у воді [15], в експериментах було
застосовано 10 % розчин дисахариду в метанольно-водному розчині (10 г цукру + 40 г води +
50 г метанолу).
Тестувались зразки нанесених оксидів 20CuО/Al2O3, 20CuО-5ZnO/Al2O3, 23CuО-1Cr2O3/Al2O3
і 25Cu-1.5ZrO2-1Cr2O3/Al2O3, одержаних методом просочування, які були застосовані нами для
гідрогенолізу глюкози в роботі [14], де описано їх синтез і текстурні параметри. Цифра 20 в
маркуванні зразка 20CuО/Al2O3 означає, що 0.2 г CuО нанесено на 1 г γ-Al2O3.
Каталітичні експерименти здійснювали в проточному сталевому реакторі діаметром 10 мм
з нерухомим шаром каталізатору масою 2.5 г (4 см3). Попередньо зразки відновлювали в
інтервалі температур 160-240 °C в потоці воднево-азотної суміші (1 : 4 за об՚ємом). Реакцію
проводили при 170 °С і тиску водню 4.0 МПа. Розчини цукрів подавали в реактор насосом
Waters-590 з об’ємною швидкістю 1.95 год–1, що відповідало навантаженню 0.8 ммоль
дисахариду/гкат/год.
Продукти реакції аналізували методами газової хроматографії (Agilent 7820A, капілярна
колонка НР-5, 30 м) та 13С ЯМР спектроскопії (Bruker Avance-400). Конверсію дисахаридів
визначали з 13С ЯМР спектрів, порівнюючи їх концентрації у вихідних і продуктових розчинах по
інтенсивності сигналу при 104.7 м.ч. для сахарози і 101.8 м.ч. для мальтози. Оскільки
представлення складу одержаних продуктових сумішей в мас. % пов’язано з необхідністю
калібровки хроматограм по кожному компоненту, то ми оцінювали ефективність роботи
каталізатора по концентрації цільових продуктів – пропіленгліколю та етиленгліколю в
ммоль/мл, як це зроблено в [14] при гідрогенолізі водного розчину глюкози до цих поліолів.
Концентрації пропілен- та етиленгліколей (ммоль/мл) в продуктах реакції визначали з
хроматограм. Для цього було проведено калібрування площ піків пропіленгліколю та
етиленгліколю від їх концентрацій в інтервалі від 0.2 до 0.9 ммоль/мл для пропіленгліколю і від
0.1 до 0.4 ммоль/мл для етиленгліколю.
Результати та їх обговорення
Схема гідрогенолізу дисахаридів відрізняться від добре відомого гідрогенолізу С6
карбогідратів до С2-3 поліолів тільки початковою стадією гідролізу С1-О-С1 зв’язку в цукрозі і
С1-О-С4 зв’язку в мальтозі [13]. При гідролізі сахарози утворюється глюкоза і фруктоза в
піранозній формі, яка піддається альдольній С3-С4 деконденсації з утворенням гліцеринового
альдегіду і дигідроксиацетону. Далі гліцераль відщеплює воду, і утворений півураль гідрується
через гідроксиацетон до пропіленгліколю [14]. При гідролізі мальтози, який перебігає на два
Каталіз та нафтохімія, 2024, №35 93
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
порядки повільніше за сахарозу [16], утворюються дві молекули глюкози, які мають
ізомеризуватись до фруктози, щоб цільовим продуктом став пропіленгліколь за вищенаведеною
схемою. Тобто, слід очікувати більш ефективного гідрогенолізу сахарози за мальтозу до
пропіленгліколю. Наш експеримент це підтверджує (таблиця). У разі гідрогенолізу мальтози на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі при 170 °C концентрація 1,2-пропандіолу становить лише
0.04 ммоль/мл при її 81 % конверсії, тоді як для цукрози концентрація пропіленгліколю досягає
0.23 ммоль/мл за її повної конверсії. Основним побічним продуктом гідрогенолізу мальтози з її
81 % конверсією є сорбітол. Тобто, причиною низького виходу пропіленгліколю є не низька
швидкість гідролізу мальтози, а висока швидкість гідрування утвореної глюкози, яка не встигає
С2-С3 декондесуватись для утворення С2-3 поліолів. Низька концентрація пропіленгліколю вказує
на те, що мальтозу, як і крохмаль з α-С1-О-С4 зв’язками, малоперспективно використовувати як
вихідну речовину для одержання пропіленгліколю.
В таблиці представлено результати гідрогенолізу цукрози на чотирьох Cu-вмісних
нанесених оксидах. Найбільшу концентрацію пропіленгліколю у 0.23 ммоль/мл було одержано на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі, на інших зразках вона змінюється в інтервалі 0.12-0.08 ммоль ПГ/мл
(таблиця) при 170 °С/4.0 МПа Н2. Отже, введення оксиду хрому до складу 23Cu/Al2O3 сприяє
перебігу цільової реакції.
Таблиця. Концентрація пропіленгліколю та етиленгліколю в продуктах реакції гідрогенолізу
10 % розчину цукрози (0.29 ммоль/мл) на мідьвмісних оксидах (170 °С, 4.0 МПа Н2, 0.8 ммоль
С12Н22О11/гкат/год)
Каталізатор
Концентрація діолів в продуктах реакції,
ммоль/мл Конверсія, %
Пропіленгліколь Етиленгліколь
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 0.23 0.07 100
23Cu/Al2O3 0.12 0.04 86
25Cu-1.5ZrO2-1Cr2O3/Al2O3 0.11 0.02 79
20Cu-5ZnO/Al2O3 0.08 0.02 -
23Cu-1Cr2O3/Al2O3
* 0.04 0.03 81
23Cu-1Cr2O3/Al2O3
** 0.32 0.09 100
* 10 % метанольно-водний розчин мальтози (0.29 ммоль/мл);
** 10 % водний розчин глюкози (180 °С, 4.0 МПа Н2, 1.6 ммоль С6Н12О6/гкат/год [14]
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
К
о
н
ц
ен
тр
ац
ія
,
м
м
о
л
ь/
м
л
Час, год
Пропіленгліколь
Етиленгліколь
Рис. 1. Зміна концентрацій пропіленгліколю та етиленгліколю в продуктовій суміші від часу реакції на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі (170 °С, 4.0 МПа, 0.8 ммоль цукрози/гкат/год)
94 Каталіз та нафтохімія, 2024, №35
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
Концентрація цільових діолів в продуктах реакції при перетворенні цукрози на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 мало змінюється протягом 18 годин роботи каталізатора і є в межах
0.18-0.22 ммоль/мл для пропіленгліколю і 0.06-0.10 ммоль/мл для етиленгліколю (рис. 1).
На рис. 2 та 3 наведено 13С ЯМР спектри та хроматограма продуктової суміші, одержаної на
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі. Окрім пропіленгліколю та етиленгліколю у продуктах реакції також
було зафіксовано гідроксиацетон, ерітрол, 1,2-бутандіол, 1,4-бутандіол, 1,2,4-бутантріол, сорбітол.
Рис. 2. 13С ЯМР спектри: (а) вихідного розчину цукрози; (б) продуктів гідрогенолізу 10 % метанольно-водного
розчину цукрози на 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі (170°С, 4.0 МПа, 0.8 ммоль С12Н22О11/гкат/год)
Рис. 3. Хроматограма продуктів гідрогенолізу 10 % метанольно-водного розчину цукрози на 23Cu-
1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі (MeOH - метанол, ГА - гідроксиацетон, ЕГ - етиленгліколь, ПГ - пропіленгліколь)
Каталіз та нафтохімія, 2024, №35 95
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
Вихід пропіленгліколю на більш селективному 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі можна
оцінити як Y = 0.23/0.29/4 · 100 = 20 % від теоретичного значення по реакції
С12Н22О11 + 8Н2 = 4С3Н8О2 + 3Н2О. Тут 0.29 ммоль/мл вихідна концентрація С12Н22О11,
0.23 ммоль/мл – концентрація С3Н8О2 в продукті. Слід зауважити, що при перетворенні глюкози
на 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі концентрація пропіленгліколю складала 0.32 ммоль/мл
(таблиця) з виходом по пропіленгліколю у 30 % [14]. Це означає, що в описаному експерименті з
1 кг глюкози можна одержати 0.25 кг пропіленгліколю, а з 1 кг цукрози лише 0.18 кг, що вказує
на недоцільність використання цукрози як вихідної сировини для одержання С2-3 діолів.
Висновки
Таким чином, проведено гідрогеноліз 10 % метанольно-водного розчину цукрози на
чотирьох нанесених на γ-Al2O3 Cu-вмісних оксидах при 170 °С та тиску водню у 4.0 МПа з
застосуванням проточного реактора. Показано, що селективний 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізатор
забезпечує продуктивність по пропіленгліколю у 0.7 ммоль/гкат/год при навантаженні на
каталізатор 0.8 ммоль С12Н22О11/гкат/год. Проте, порівняння продуктивностей 23Cu-1Cr2O3/Al2O3
каталізатора по пропіленгліколю при гідрогенолізі 10 % розчинів цукрози (0.7 ммоль/гкат/год) і
глюкози (0.9 ммоль/гкат/год) показує, що глюкоза більш придатна для одержання
пропіленгліколю, ніж цей дисахарид.
Література
1. Sullivan C.J. Propanediols. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.
KgaA, Weinheim, 2005. 452.
2. Okolie J.A. Insights on production mechanism and industrial applications of renewable propylene glycol. iScience,
2022, 25(9), 104903.
3. Ruppert A.M., Weinberg K., Palkovits R. Hydrogenolysis goes bio: from carbohydrates and sugar alcohols to
platform chemicals. Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2564–2601.
4. Hirano Y., Sagata K., Kita Y. Selective transformation of glucose into propylene glycol on Ru/Catalysts combined
with ZnO under low hydrogen pressures. Appl. Catal. A, 2015, 502, 1–7.
5. Шаранда М.Є., Левицька С.І., Прудіус С.В., Милін А.М., Брей В.В. Дослідження гідрогенолізу глюкози на
Cu-оксидах. Хімія, фізика та технологія поверхні. 2018, 9(2), 134–144.
6. Baniamerian H., Høj M., Beier M.J., Jensen A.D. Catalytic conversion of sugars and polysaccharides to glycols: A
review. Appl. Catal. B, 2023, 303, 1–22.
7. https://www.isosugar.org/prices.php
8. https://businessanalytiq.com/procurementanalytics/index/propylene-glycol-price-index
9. Zartman W.H., Adkins H. Hydrogenolysis of sugars. J. Am. Chem. Soc., 1933, 55(11), 4559–4563.
10. Van Ling G., Ruijterman C., Vlugter J.C. Catalytic hydrohenolysis of saccharides: Part I. Qualitative and
quantitative methods for the identification and determination of the reaction products. Carbohydr. Res., 1967, 4(5),
380–386.
11. Saxena U., Dwivedi N., Vidyarthi S.R. Effect of catalyst constituents on (Ni, Mo, and Cu)/kieselguhr-catalyzed
sucrose hydrogenolysis. Ind. Eng. Chem. Res., 2005, 44, 1466–1473.
12. García-Bosch N., Especel C., Guerrero-Ruiz A., Rodríguez-Ramos I. Tracking the paths for the sucrose
transformations over bifunctional Ru-POM/AC catalysts. Catal. Today, 2020, 357, 113–121.
13. Sreekantan S., Balachandran Kirali A.A., Marimuthu B. Catalytic conversion of sucrose to 1,2-propanediol over
alumina-supported Ni–Mo bimetallic catalysts. Sustainable Energy Fuels, 2022, 6, 3681–3689.
96 Каталіз та нафтохімія, 2024, №35
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
14. Горбанюк І.С., Трачевський В.В., Брей В.В. Гідрогеноліз водних розчинів глюкози до пропіленгліколю на
мідьвмісних каталізаторах. Теоретична та експериментальна хімія, 2024, 60(3), 179–183.
15. Шаранда М.Є., Левицька С.І., Брей В.В. Конверсія сорбіту в пропіленгліколь. Каталіз та нафтохімія,
2015, 24, 18–23.
16. Marzo M., Gervasini A., Carniti P. Hydrolysis of disaccharides over solid acid catalysts under green conditions.
Carbohydr. Res., 2012, 347, 23–31.
References
1. Sullivan C.J. Propanediols. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.
KgaA, Weinheim, 2005. 452.
2. Okolie J.A. Insights on production mechanism and industrial applications of renewable propylene glycol. iScience,
2022, 25, 104903.
3. Ruppert A.M., Weinberg K., Palkovits R. Hydrogenolysis goes bio: from carbohydrates and sugar alcohols to
platform chemicals. Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2564–2601.
4. Hirano Y., Sagata K., Kita Y. Selective transformation of glucose into propylene glycol on Ru/Catalysts combined
with ZnO under low hydrogen pressures. Appl. Catal. A, 2015, 502, 1–7.
5. Sharanda M.E., Levytska S.I., Prudius S.V., Mylin A.M., Brei V.V. Study of glucose hydrohenolysis on Cu-oxides.
Him. Fiz. Tehnol. Poverhni, 2018, 9(2), 134–144. [in Ukrainian].
6. Baniamerian H., Høj M., Beier M.J., Jensen A.D. Catalytic conversion of sugars and polysaccharides to glycols: A
review. Appl. Catal. B, 2023, 303, 1–22.
7. https://www.isosugar.org/prices.php
8. https://businessanalytiq.com/procurementanalytics/index/propylene-glycol-price-index
9. Zartman W.H., Adkins H. Hydrogenolysis of sugars. J. Am. Chem. Soc., 1933, 55(11), 4559–4563.
10. Van Ling G., Ruijterman C., Vlugter J.C. Catalytic hydrohenolysis of saccharides: Part I. Qualitative and
quantitative methods for the identification and determination of the reaction products. Carbohydr. Res., 1967, 4(5),
380–386.
11. Saxena U., Dwivedi N., Vidyarthi S.R. Effect of catalyst constituents on (Ni, Mo, and Cu)/kieselguhr-catalyzed
sucrose hydrogenolysis. Ind. Eng. Chem. Res., 2005, 44, 1466–1473.
12. García-Bosch N., Especel C., Guerrero-Ruiz A., Rodríguez-Ramos I. Tracking the paths for the sucrose
transformations over bifunctional Ru-POM/AC catalysts. Catal. Today, 2020, 357, 113–121.
13. Sreekantan S., Balachandran Kirali A.A., Marimuthu B. Catalytic conversion of sucrose to 1,2-propanediol over
alumina-supported Ni–Mo bimetallic catalysts. Sustainable Energy Fuels, 2022, 6, 3681–3689.
14. Horbaniuk I.S., Trachevskiy V.V., Brei V.V. Hydrogenolysis of water solutions of glucose into propylene glycol
on copper-containing catalysts. Theor. Exp. Chem., 2024, 60(3), 179–183. [in Ukrainian].
15. Sharanda M.E., Levytska S.I., Brei V.V. Conversion of sorbitol into propylene glycol on Cu-containing oxides.
Catalysis and Petrochemistry, 2015, 24, 18–23. [in Ukrainian].
16. Marzo M., Gervasini A., Carniti P. Hydrolysis of disaccharides over solid acid catalysts under green conditions.
Carbohydr. Res., 2012, 347, 23–31.
Надійшла до редакції 25.10.2024
Каталіз та нафтохімія, 2024, №35 97
Catalysis and Petrochemistry, 2024, 35
Hydrogenolysis of disaccharides into propylene glycol on copper-containing oxides
Anatolii M. Varvarin 1, Ivan S. Horbaniuk 1, Volodymyr V. Trachevskiy 2, Volodymyr V. Brei 1
1 Institute of Sorption and Problems of Endoecology of National Academy of Sciences of Ukraine
13 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine, е-mail: brei@ukr.net
2 Technical center of National Academy of Sciences of Ukraine
13 Pokrovska Str., Kyiv, 04070, Ukraine
The hydrogenolysis of 10 % methanol-water solutions of sucrose and maltose to propylene glycol on
supported copper-containing catalysts in flow reactor was studied. The highest concentration of propylene glycol
in the reaction products (0.23 mmol/ml) has been obtained in the hydrogenolysis of sucrose on
23Cu-1Cr2O3/Al2O3 catalyst with its full conversion at 170 °C/4.0 MPa H2 and a load on catalyst of 0.8 mmol
С12Н22О11/gcat/h. At that, the catalyst productivity towards propylene glycol consists 0.7 mmol/gcat/h.
Hydrogenolysis of maltose in these conditions is characterized by 81 % conversion and low (0.04 mmol/ml)
concentration of propylene glycol in the reaction products. The main byproducts of sucrose hydrogenolysis are
ethylene glycol, hydroxyacetone, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol and sorbitol. Concentration of propylene glycol
in the reaction products of sucrose hydrogenolysis on 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 does not change significantly
(0.23-0.18 mmol/ml) during 18 h of catalyst operation. Сomparison of the productivities of 23Cu-1Cr2O3/Al2O3
catalyst to propylene glycol in hydrogenolysis of 10 % solutions of sucrose (0.7 mmol/gcat/h) and glucose
(0.9 mmol/gcat/h) suggests that glucose is more suitable for the production of propylene glycol than studied
disaccharides.
Keywords: hydrogenolysis, sucrose, maltose, propylene glycol, copper-containing catalyst
|
| id | oai:katalizorgua:article-113 |
| institution | Catalysis and petrochemistry |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:41Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | katalizorgua/d1/94db98494eb30024498fcb6f6ab93cd1.pdf |
| spelling | oai:katalizorgua:article-1132026-02-23T14:08:19Z Hydrogenolysis of disaccharides into propylene glycol on copper-containing oxides Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах Varvarin, Anatolii M. Horbaniuk, Ivan S. Trachevskiy, Volodymyr V. Brei, Volodymyr V. hydrogenolysis, sucrose, maltose, propylene glycol, copper-containing catalyst гідрогеноліз, цукроза, мальтоза, пропіленгліколь, мідьвмісний каталізатор The hydrogenolysis of 10 % methanol-water solutions of sucrose and maltose to propylene glycol on supported copper-containing catalysts in flow reactor was studied. The highest concentration of propylene glycol in the reaction products (0.23 mmol/ml) has been obtained in the hydrogenolysis of sucrose on  23Cu-1Cr2O3/Al2O3 catalyst with its full conversion at 170 °C/4.0 MPa H2 and a load on catalyst of 0.8 mmol С12Н22О11/gcat/h. At that, the catalyst productivity towards propylene glycol consists 0.7 mmol/gcat/h. Hydrogenolysis of maltose in these conditions is characterized by 81 % conversion and low (0.04 mmol/ml) concentration of propylene glycol in the reaction products. The main byproducts of sucrose hydrogenolysis are ethylene glycol, hydroxyacetone, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol and sorbitol. Concentration of propylene glycol in the reaction products of sucrose hydrogenolysis on 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 does not change significantly  (0.23-0.18 mmol/ml) during 18 h of catalyst operation. Сomparison of the productivities of 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 catalyst to propylene glycol in hydrogenolysis of 10 % solutions of sucrose (0.7 mmol/gcat/h) and glucose (0.9 mmol/gcat/h) suggests that glucose is more suitable for the production of propylene glycol than studied disaccharides. Досліджено гідрогеноліз 10 % метанольно-водних розчинів цукрози і мальтози до пропіленгліколю на мідьвмісних каталізаторах в проточному режимі. Встановлено, що за температури 170 °С, тиску водню у 4.0 МПа і навантаженні на каталізатор 0.8 ммоль С12Н22О11/гкат/год найбільша концентрація пропіленгліколю в продуктах реакції у 0.23 ммоль/мл одержана при гідрогенолізі цукрози на 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізаторі за її повної конверсії. При цьому продуктивність каталізатора за пропіленгліколем становить 0.7 ммоль/гкат/год. Гідрогеноліз мальтози в вказаних умовах характеризується 81 % конверсією і низькою (0.04 ммоль/мл) концентрацією пропіленгліколю в продуктах реакції. Основними побічними продуктами гідрогенолізу цукрози є етиленгліколь, гідроксиацетон, 1,2-бутандіол, 1,4-бутандіол і сорбітол. Концентрація пропіленгліколю в продуктах реакції при гідрогенолізі цукрози на 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 мало змінюється (0.23-0.18 ммоль/мл) протягом 18 годин роботи каталізатора. Порівняння продуктивностей 23Cu-1Cr2O3/Al2O3 каталізатора по пропіленгліколю при гідрогенолізі 10 % розчинів цукрози (0.7 ммоль/гкат/год) і глюкози (0.9 ммоль/гкат/год) показує, що глюкоза більш придатна для одержання пропіленгліколю, ніж досліджені дисахариди. V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine 2024-12-10 Article Article application/pdf https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/113 10.15407/kataliz2024.35.091 Catalysis and petrochemistry; No. 35 (2024): Catalysis and petrochemistry; 91-97 Каталіз та нафтохімія; № 35 (2024): Каталіз та нафтохімія; 91-97 2707-5796 2412-4176 10.15407/kataliz2024.35 uk https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/113/103 Copyright (c) 2024 Catalysis and petrochemistry |
| spellingShingle | гідрогеноліз цукроза мальтоза пропіленгліколь мідьвмісний каталізатор Varvarin, Anatolii M. Horbaniuk, Ivan S. Trachevskiy, Volodymyr V. Brei, Volodymyr V. Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| title | Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| title_alt | Hydrogenolysis of disaccharides into propylene glycol on copper-containing oxides |
| title_full | Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| title_fullStr | Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| title_full_unstemmed | Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| title_short | Гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| title_sort | гідрогеноліз дисахаридів до пропіленгліколю на мідьвмісних оксидах |
| topic | гідрогеноліз цукроза мальтоза пропіленгліколь мідьвмісний каталізатор |
| topic_facet | hydrogenolysis sucrose maltose propylene glycol copper-containing catalyst гідрогеноліз цукроза мальтоза пропіленгліколь мідьвмісний каталізатор |
| url | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/113 |
| work_keys_str_mv | AT varvarinanatoliim hydrogenolysisofdisaccharidesintopropyleneglycoloncoppercontainingoxides AT horbaniukivans hydrogenolysisofdisaccharidesintopropyleneglycoloncoppercontainingoxides AT trachevskiyvolodymyrv hydrogenolysisofdisaccharidesintopropyleneglycoloncoppercontainingoxides AT breivolodymyrv hydrogenolysisofdisaccharidesintopropyleneglycoloncoppercontainingoxides AT varvarinanatoliim gídrogenolízdisaharidívdopropílenglíkolûnamídʹvmísnihoksidah AT horbaniukivans gídrogenolízdisaharidívdopropílenglíkolûnamídʹvmísnihoksidah AT trachevskiyvolodymyrv gídrogenolízdisaharidívdopropílenglíkolûnamídʹvmísnihoksidah AT breivolodymyrv gídrogenolízdisaharidívdopropílenglíkolûnamídʹvmísnihoksidah |