При помощи компьютерной модели ученые определили, какие процессы на молекулярном уровне протекают в древесине при ее высокотемпературной обработке в бескислородной среде, то есть при пиролизе. Как известно, основой стенок древесных клеток является целлюлоза. Это неэластичный, жесткий материл, образованный специфическими полисахаридными цепями. Именно в виде целлюлозы в большей степени и существует «извлекаемая» из древесины энергия.
Компьютерные расчеты позволили предложить самый вероятный механизм процесса пиролиза целлюлозы. Оказалось, что он во многом схож с процессом разложения глюкозы, только скорости процессов и продукты разложения существенно различаются. Более того, различные стадии пиролиза имеют разную важность для целлюлозы и глюкозы. Интересно также и то, что катализатором реакции разложения выступает обычная вода.
Авторы исследования предсказали и смогли «рассчитать» такие реакции, как ретроальдольная конденсация, открытие и закрытие фуранозных и пиранозных колец, дегидратация и кето-енольная таутомерия. В результате дегидратации образуется бициклическое соединение, которое превращается в левоглюкозан и дегидратированную глюкофуранозу. Реакции, для катализа которой требуется одна молекула Н2О, присуща более высокая энергия активации, чем той, которой в качестве катализатора необходимы две молекулы.
Детальное понимание процессов, происходящих при пиролизе целлюлозы, позволит ученым оценивать сложность извлечения энергии из деревьев, выращенных на различных почвах.
Олена
Anna