การเปลี่ยนกลูโคสเป็น 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไนโอเบียมรองรับด้วยคาร์บอน/ซิลิกานาโนคอมพอสิต

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการสังเคราะห์ 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล (HMF) จากกลูโคสในระบบตัวทำละลาย 2 วัฏภาค (biphasic system) วัฏภาคหนึ่งเป็นน้ำซึ่งอิ่มตัวด้วยโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) และอีกวัฏภาคคือเตตระไฮโดรฟิวแรน (THF) ซึ่งเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ โดยใช้ไนโอเบียมรองรับด้วยเฮกซะกอนอลมีโซพอรัสซิลิกา (Nb/HMS) และมีโซพอรัสคาร์บอน/ซิลิกานาโนคอมพอสิต (Nb/MCS) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำการศึกษาสมบัติทางกายภาพและเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้ด้วยเทคนิคต่างๆ จากการศึกษาพบว่า Nb/MCS มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง (ประมาณ 400 ตารางเมตรต่อกรัม) และมีขนาดรูพรุนน้อยกว่า 2 นาโนเมตร อีกทั้งยังแสดงสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งชนิดกรด Nb/MCS มีสมบัติความเป็นกรดสูงกว่า Nb/HMS เนื่องจากพื้นผิวของตัวรองรับ MCS มีหมู่ฟังก์ชันของออกซิเจน ได้แก่ หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) และหมู่คาร์บอกซิล (-COOH) ซึ่งมีสมบัติเป็นกรดบรอนสเตด อีกทั้งการมีคาร์บอนในโครงสร้างของ MCS ส่งผลให้ Nb/MCS มีความชอบน้ำลดลง และศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการเปลี่ยนของกลูโคสไปเป็น HMF ได้แก่ ชนิดของตัวรองรับ, ปริมาณไนโอเบียมบนตัวรองรับ, อุณหภูมิและเวลาในการทำปฏิกิริยา และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา จากการศึกษาพบว่า Nb/MCS มีสมรรถนะเชิงเร่งดีกว่า Nb/HMS เนื่องจาก Nb/MCS มีสภาพกรดที่เหมาะสมกว่า อีกทั้งความไม่ชอบน้ำของตัวรองรับ MCS สามารถช่วยยับยั้งการเกิดปฏิกิริยารีไฮเดรชันของ HMF เปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้อื่น ๆ เช่น ฮิวมิน เป็นต้น และ Nb/MCS ที่มีปริมาณไนโอเบียมบนตัวรองรับร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก (10 wt% Nb/MCS) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดในการสังเคราะห์ HMF จากกลูโคส โดยให้การเปลี่ยนของกลูโคสร้อยละ 93.2 โดยโมล และผลได้ของ HMF ร้อยละ 57.5 โดยโมล เมื่อใช้ภาวะที่เหมาะสมคือ ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 0.018 กรัม, อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 190 องศาเซลเซียส และเวลาในการทำปฏิกิริยา 1 ชั่วโมง