Degradation of Sulfated Polysaccharides into Platform Chemicals: Catalysis Mechanism by a Bro̷nsted Acid and the Effect of Protonated Polar Additives

降级(电信) 硫酸化 催化作用 质子化 多糖 化学 机制(生物学) 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 有机化学 极地的 生物化学 物理 哲学 离子 认识论 电信 计算机科学 天文
作者
Weifeng Xu,Jiankai Ou,Jinbao Huang,Liming Tai,Yan Shi,Hao Cheng,Li Jin,Hong Wang,Yingwei Liu,Yanbing Ma
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c02355
摘要

Sulfated polysaccharides (SPSs) are the main components of algal biomass, which represents a promising feed stock for biorefinary. Molecular-level understanding of the Bro̷nsted acid-catalyzed conversion of SPS into platform chemicals is essential for efficient algal biomass utilization. The calculated results reveal that SPS tends to break the glycosidic bond through the Koshland mechanism in the liquid phase, leading to the formation of monomers. The participation of Cl- ions significantly increases the reaction rate. Thereafter, the Bro̷nsted acid displays favorable catalytic activity in a series of cascading steps for the conversion of the monosaccharides to furfurans, including isomerization, dehydration, decarbonylation, and desulfuration. The rate-determining steps are related to the [1,2]-H shift between C1 and C2 for the stepwise isomerism mechanism. We first proposed the formation pathways of 4-hydroxyvaleric acid (HVA) and succinic acid (SA) initiated from acyclic intermediates, which include site-selective C-C bond fission, dehydration, isomerization, hydration, and SN2 reactions. The concerted dehydration mechanism is the rate-controlling step for the formation of HVA or SA. It is found that the synergistic effect between the products leads to the formation of acid platform compounds. The effect of polar solvent additives is evaluated, and the result suggests that DMSO and THF can promote the formation of furan products and inhibit the formation of acid products.
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