Cellulose Preferentially Dissolved over Xylan in Ionic Liquids through Precise Anion Interaction Regulated by Bulky Cations

溶解 纤维素 木聚糖 离子液体 化学 结晶度 溶剂 离子键合 氢键 聚合物 无机化学 化学工程 有机化学 高分子化学 离子 分子 催化作用 结晶学 工程类
作者
Riki Kadokawa,Takatsugu Endo,Yoshiro Yasaka,Kazuaki Ninomiya,Kenji Takahashi,Kosuke Kuroda
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (26): 8686-8691 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c02492
摘要

Due to its crystallinity, cellulose is one of the least soluble natural polymers. There are no solvents that can dissolve cellulose while not dissolving its readily soluble analogues, such as xylan. In this study, ionic liquids were selected as the solvent because the solvent–polysaccharide interaction can be precisely regulated by bulky cations. The bulky ionic liquids dissolved cellulose but not xylan at 100 °C within 60 min. Further investigation revealed that difference in dissolution behavior, and while the dissolution time of cellulose depended only on diffusivity, that of xylan depended on cation bulkiness as well as diffusivity. Molecular dynamics simulations and subsequent analyses showed that polysaccharides cannot form the most stable state in bulky ionic liquids because of the disorder of hydrogen bonds, supporting the difference in dissolution behavior. Our protocol for preferential dissolution is applicable to other natural materials.

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