[发明专利]转化方法

说明书

本发明涉及一种使纤维素水解，以生成其水溶性单糖、二糖和低聚糖 衍生物的方法。

纤维素是地球上最丰富的生物可再生材料。纤维素由β-D-葡萄糖结构 单元通过1-4糖苷键重复连接所形成的多分散性线型聚合物链组成。这些 线型聚合物链形成不溶于水和大多数常见有机溶剂的氢键键合的超分子 结构。已知纤维素的水解生成单糖、二糖和低聚糖产物，其中葡萄糖通常 是主要的水解产物。这些产物可以发酵而生成用作燃料或燃料组分的醇。

纤维素

β-D-葡萄糖

葡萄糖特别是用于发酵成乙醇和其它化学品的重要中间体；因而，纤 维素的糖化在生物燃料的开发中具有重要性。

可以将化学的、酶的、微生物的和大生物的催化剂用于在被选择为在 热力学上对产物生成有利的条件下加速纤维素的水解。在“聚合物科学技 术百科全书(The Encyclopaedia of Polymer Science and Technology)”，2nd Ed，J.I.Kroschwitz(主编)，Wiley(NewYork)，1985中讨论了纤维素的 化学和酶水解。因此，可以利用水解纤维素酶(纤维素酶)或所收的丝状 真菌如木霉菌属(Trichoderma sp)使纤维素水解。然而，通过化学方法使 纤维素水解存在许多问题。一般而言，此类方法涉及以下两条途径之一： 在高温和高压下(＞100℃)的稀酸处理和/或浓酸预处理，这在“Trends in New Corps and New Uses”，J.Janick和A.Whipkey(编辑)，ASHS Press， Alexandria VA，2002，17-21中的“Cellulose to Ethanol：A General Review”， P.C.Badger中有描述。稀酸处理在高温、压力下进行(例如，在237℃使 用1％硫酸)。浓酸处理通常以10％的初始酸浓度开始，该浓度在100℃和 环境压力下通过脱水升高到70％。

由于与这些已知方法相关联的低收率和/或极端条件，仍然需要通过化 学手段使纤维素水解的改进方法。具体地，需要可以在相对温和的条件下 进行以提供足够高的成糖转化率的相对快速反应。

已知纤维素可以被溶解在某些离子液体中。例如，美国专利6,824,599 公开了可以将纤维素溶解在基本上不存在水或含氮碱的亲水性离子液体 中，从而形成混合物，随后将其搅拌直到溶解完全，而WO 2005/017001 公开了可以在微波辐射下和/或在压力下，将木材、麦秆和其它天然木质纤 维素材料溶解在某些离子液体中。本发明人现已发现某些含有某些特定阴 离子的离子液体可以被用于纤维素水解的方法中。

因此，本发明提供一种用于制备水溶性纤维素水解产物的方法，所述 方法包括：混合纤维素以及能够将至少一些所述的纤维素溶剂化或溶解的 离子液体，所述离子液体为仅包含阳离子和阴离子的化合物，所述化合物 在150℃以下的温度以液态形式存在，并且其中所述阴离子选自卤化物和 氰酸根；和在水的存在下，将所得到的溶剂化物或溶液用酸处理，所述酸 在25℃的水中具有小于2的pKa。

本发明方法的优选实施方案提供用于制备水溶性纤维素水解产物的 方法，所述方法包括：将纤维素与其中纤维素至少具有一定溶解度的离子 液体混合，所述离子液体为仅包含阳离子和阴离子的化合物，所述化合物 在150℃以下的温度以液态形式存在，并且其中阴离子选自卤化物和氰酸 根；和在水的存在下，将所得到的溶液用酸处理，所述酸在25℃的水中具 有小于2的pKa。

除了上下文另有要求以外，在整个说明书和权利要求中，术语“纤维 素”应被理解为包括未处理形式或纯化形式的纤维素本身和含有纤维素的 材料。被水解的纤维素可以是已被精制到任何所需程度的纤维素，或者其 可以是未处理或经部分处理的纤维素材料，如纤维素生物质或城市垃圾。 其可以以任何经得起被液体润湿的形式使用。例如，纤维素可以存在于或 来源于：木材(特别是，木屑或木浆)、棉、人造纤维、醋酸纤维素、纸、 棉绒、草如玉米秸秆或柳枝稷(switch grass)、或甘蔗渣(甘蔗残渣)。