γ-バレロラクトン

γ-バレロラクトン^[1]
名前
	IUPAC名 5-メチルオキソラン-2-オン
	その他の名前 5-メチルジヒドロフラン-2(3H)-オン、; 4-ペンタノリド、; 4-バレロラクトン、; 4-ペンタラクトン、; 4-ヒドロキシペンタン酸ラクトン;
識別子
CAS番号	108-29-2 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
バイルシュタイン参考文献	80420
チェビ	チェビ:48569 ;
チェムBL	チェルノブイリ原子力発電所 ;
ケムスパイダー	7633 ;
ECHA 情報カード	100.003.245
EC番号	203-569-5;
パブケム CID	7921;
ユニ	型番 ;
国連番号	1224
CompTox ダッシュボード ( EPA )	ＤＴＸＳＩＤ００４７６１８;
	InChI InChI=1S/C5H8O2/c1-4-2-3-5(6)7-4/h4H,2-3H2,1H3 キー: GAEKPEKOJKCEMS-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/C5H8O2/c1-4-2-3-5(6)7-4/h4H,2-3H2,1H3 キー: GAEKPEKOJKCEMS-UHFFFAOYAX;
	笑顔 CC1CCC(=O)O1;
プロパティ
化学式	Ｃ5Ｈ8Ｏ2の
モル質量	100.116
外観	無色の液体
密度	1.0546 g/mL (20℃)
融点	−31 °C (−24 °F; 242 K)
沸点	205℃（401°F; 478K）
水への溶解度	>=100 mg/mL
屈折率( n D )	1.4333 (20 °C)
熱化学
; 標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 )	-461.3 kJ·モル−1
; 標準燃焼エンタルピー（Δ c H ⦵ 298）	-2649.6 kJ·モル−1
危険性
	GHSラベル:
ピクトグラム
シグナルワード	警告
危険有害性情報	H319
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	2 2 0
引火点	81 °C (178 °F; 354 K)
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

γ-バレロラクトン( GVL ) またはガンマ-バレロラクトンは、化学式C ₅ H ₈ O ₂の有機化合物です。この無色の液体は、最も一般的なラクトンの 1 つです。GVL はキラルですが、通常はラセミ体として使用されます。セルロース系バイオマスから容易に得られ、燃料や環境に優しい溶剤として期待されています。

GVLはγ-ヒドロキシ吉草酸（GHV）のプロドラッグとして作用します。GHVはγ-ヒドロキシ酪酸（GHB）と同様の作用を持ちますが、効力は比較すると劣ります。^[4] GHBは世界の多くの地域で規制されていますが、GVLは規制されていないため、GVLはGHBの合法的な代替品として人気が高まっています。^[4]^[5]

合成

GVLは、ヘキソースから得られるレブリン酸から生産されます。典型的なプロセスでは、トウモロコシの茎、のこぎり草、木材などのセルロース系バイオマスを、酸触媒を使用してグルコースやその他の糖に加水分解します。得られたグルコースは、ヒドロキシメチルフルフラールを介して脱水され、ギ酸とレブリン酸が生成されます。これらは中間体の不飽和環化合物に環化し、その後、水素化されてγ-バレロラクトンになり、液体燃料としての用途が期待されています。^[6]

潜在的な用途

GVLは潜在的なグリーン溶剤として認識されています。ハーブのような香りのため、香水やフレーバー業界で使用されています。^[7]これはδ-バレロラクトンの構造異性体です。

潜在的な燃料

GVL はグルコースから容易に得られるため、長い間「グリーン燃料」の可能性を秘めていると認識されてきました。^[8] GVL はグルコースのエネルギーの 97% を保持し、ガソリンに単独で混合することができ、エタノール/ガソリン混合物と同等の性能を発揮します。^[9]^{[10]しかし、従来の燃焼エンジンで使用するための混合制限のため、GVL を液体}アルケン(またはアルカン)に変換する方が効率的である可能性があります。このプロセスの最初のステップは、GVL を開環してペンテン酸の混合物を生成することです。これらの酸はその後、脱炭酸されてブテンと CO ₂が生成されます。これらの変換はゼオライト触媒を使用して実行できます。^[11]このストリームを脱水した後、生成物を一般的な酸触媒の存在下で高圧でオリゴマー化し、ガソリンやその他の燃料用途をターゲットとした分子量の高いアルケンを生成することができます。^[12]

GVL が実用的なバイオ燃料となる主な利点の 1 つは、比較的安価に生産できることです。安価な原料を使用することで、このバイオ燃料は 1 ガロンあたり 2 ～ 3 米ドルで生産できます。^[9] GVL を輸送燃料として使用できるアルケンに変換するには、2 つのフローリアクター、2 つの相分離器、および水性 GVL フィードを送るための簡単なポンプ装置を備えたシステムのみが必要です。貴金属触媒を使用する必要がないため、燃料生産の総コストも下がります。^[11]

バイオマス由来燃料の潜在的生産

ガンマバレロラクトンは、それ自体が燃料としての価値を持つだけでなく、トウモロコシの茎葉や木材から可溶性炭水化物を高収率で実験室規模の熱触媒生産に有望であることが示されています。バイオマスは、水、希硫酸、およびバイオマス由来のガンマバレロラクトンの溶媒混合物中で反応します。ガンマバレロラクトンは、リグニンを含む原料を完全に可溶化することで、単糖類への熱触媒加水分解を促進します。糖類製品は、塩または液体二酸化炭素の貧溶媒添加によってラクトンから水溶液に回収できます。製品は、ガンマバレロラクトンを触媒サイクルに戻しながら、フランまたはエタノールを高収率で生産するための原料として使用できます。^[13]

膜の製造

ガンマバレロラクトンは研究されており、高分子膜の製造のためのドープ溶液を調製する可能性を示しています。従来の溶媒の毒性のため、近年グリーン溶媒が研究されています。^[14]ガンマバレロラクトンは環境に優しいプロファイルのため、共溶媒としてポリスルホン膜を製造する可能性を示しています。 ^[15]

参照

参考文献

^ NIH 国立毒性学プログラム
^ abc Baird, Zachariah Steven; Uusi-Kyyny, Petri; Pokki, Juha-Pekka; Pedegert, Emilie; Alopaeus, Ville (2019年11月6日). 「11種のバイオ化合物の蒸気圧、密度、およびPC-SAFTパラメータ」. International Journal of Thermophysics . 40 (11): 102. Bibcode :2019IJT....40..102B. doi : 10.1007/s10765-019-2570-9 .
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外部リンク

一般的な安全情報

ガンマバレロラクトン MSDS (Sciencelab.com より)

[1] NIH 国立毒性学プログラム

[Baird2019-2] Baird, Zachariah Steven; Uusi-Kyyny, Petri; Pokki, Juha-Pekka; Pedegert, Emilie; Alopaeus, Ville (2019年11月6日). 「11種のバイオ化合物の蒸気圧、密度、およびPC-SAFTパラメータ」. International Journal of Thermophysics . 40 (11): 102. Bibcode :2019IJT....40..102B. doi : 10.1007/s10765-019-2570-9 .

[3] 「分類と表示の概要」。 2021年12月5日閲覧。

[pmid23486087-4] アンドレセン＝シュトライヒャート H、ユンゲン H、ゲール A、ミュラー A、イヴェルセン＝バーグマン S (2013)。「ガンマ-バレロラクトンの取り込み - ヒト尿サンプル中のガンマ-ヒドロキシ吉草酸の検出」。J アナルトキシコール。37 (4): 250-4。土井：10.1093/jat/bkt013。PMID 23486087。

[Smith2004-5] フレッド・スミス（2004年12月31日）。法医学薬物分析ハンドブック。アカデミック・プレス。pp.462– 。ISBN 978-0-08-047289-8。

[6] Huber, George W.; Iborra, Sara; Corma, Avelino (2006). 「バイオマスからの輸送燃料の合成：化学、触媒、工学」。Chemical Reviews . 106 (9): 4044–4098. doi :10.1021/cr068360d. PMID 16967928.

[7] GoodScentsCompany.com

[8] Huber, GW; Corma, Avelino (2007). 「バイオマスからの燃料生産におけるバイオ精製所と石油精製所の相乗効果」Angewandte Chemie International Edition . 46 (38): 7184–7201. doi :10.1002/anie.200604504. PMID 17610226.

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[10] Horváth, IT; Mehdi, H.; Fábos, V.; Boda, L.; Mika, LT (2008). 「γ-バレロラクトン—エネルギーおよび炭素ベースの化学物質のための持続可能な液体」. Green Chemistry . 10 (2): 238–242. doi :10.1039/b712863k.

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[12] Mantilla, A. ; et al. (2005). 「硫酸化チタニア上でのイソブテンのオリゴマー化：反応条件の選択性への影響」。Catalysis Today . 107–108: 707–712. doi :10.1016/j.cattod.2005.07.153.

[13] Luterbacher, Jeremy S.; Rand, Jacqueline M.; David; Alonso, Martin; Han, Jeehoon; Youngquist, J. Tyler; Maravelias, Christos T.; Pfleger, Brian F.; Dumesic, James A.; et al. (2014). 「バイオマス由来のγ-バレロラクトンを使用したバイオマスからの非酵素的糖生産」。Science . 343 (6168): 277–280. Bibcode :2014Sci...343..277L. doi :10.1126/science.1246748. PMID 24436415. S2CID 206552724.

[14] Figoli, A.; Marino, T.; Simone, S.; Di Nicolò, E.; Li, X.-M.; He, T.; Tornaghi, S.; Drioli, E. (2014-07-03). 「膜調製のための非毒性溶媒に向けて：レビュー」. Green Chemistry . 16 (9): 4034. doi :10.1039/c4gc00613e. ISSN 1463-9262.

[15] Dong, Xiaobo; Shannon, Halle D.; Escobar, Isabel C. (2018 年 1 月)、「ポリスルホン膜製造用溶媒としての PolarClean および Gamma-Valerolactone の調査」、Green Polymer Chemistry: New Products, Processes, and Applications、American Chemical Society、pp. 385–403、doi :10.1021/bk-2018-1310.ch024、ISBN 978-0841233898