ESI-MS analysis of hydrolysis lignin alkaline destruction products

Abstract

Показано, что щелочной сольволиз технического гидролизного лигнина при 220 °С приводит к его полному переходу в водорастворимое состояние, что связано с процессом его глубокой деструкции. Чтобы оценить характер образующихся продуктов деструкции лигнина, использовали методы времяпролетной масс-спектрометрии с ионизацией в заряженных электрических полях в положительном и отрицательном режимах. Представлены результаты исследования продуктов щелочной деструкции технического гидролизного лигнина Кировского БиоХимЗавода. Проведен щелочной сольволиз гидролизного лигнина при температуре 220 °С, 5% NaOH, 2 ч. При данных условиях гидролизный лигнин полностью перешел в водорастворимое состояние. Продукты деструкции гидролизного лигнина анализировали методами ESI-MS и времяпролетной масс-спектрометрии с фотоионизацией при атмосферном давлении. Результаты ESI-MS ацетоновой фракции продуктов деструкции гидролизного лигнина в положительно заряженном поле позволили установить, что щелочной сольволиз приводит к деструкции лигнина до мономерных фенольных фрагментов. Результаты ESI-MS в отрицательно заряженном поле показали, что в продуктах деструкции содержится широкий спектр соединений в интервалах 200–700 Да, что соответствует ди-, три-, тетра- и пентамерным соединениям. Идентифицированы точные брутто-формулы этих соединений. На основе установленных брутто-формул сделано предположение о возможных структурах соединений, содержащихся в продуктах деструкции, с молекулярной массой, соответствующей тетрамерам. Показано, что данные соединения могут обладать структурами, характерными для лигнина, включающими β–O–4 связи, фенилкумарановые структуры и др., что свидетельствует об устойчивости данных образований при процессе кислотного гидролиза и последующих щелочных обработках. It was shown, that hydrolysis lignin alkali solvolysis at temperature 220 C leads to its complete conversion into water-soluble products, caused by destruction reactions. For determination of lignin destruction products were used time of flight mass-spectrometry in electric field with negative and positive modes. This paper presents results of analysis of technical hydrolysis lignin alkali solvolysis products. The alkali solvolysis was performed at temperature 220 °C with 5% NaOH during 2 hours. This treatment conditions leads to complete conversion into water-soluble products. The lignin destruction products were analyzed by ESI-MS in positive and negative electric field modes. The ESI-MS results of destruction products acetone soluble fraction obtained in positive mode showed, that alkali solvolysis leads to aromatic monomers formation. The results of ESI-MS obtained in negative mode showed, that lignin destruction products contain compounds with masses of 200–700 Da which corresponds to di-, three-, tetra- and pentamers. The exact masses and chemical formulas were identified by ESI-MS. Possible chemical structures of compounds corresponding with tetramers were supposed on a basis of its chemical formulas. It was found, that this compounds may have structures typical for hydrolysis lignin, which contains β–O–4 bonds, phenilcoumarin structures, and others. That indicates about stability of this structures despite of conditions of acid hydrolysis followed by alkali solvolysis.