Ученые улучшили методику сульфатирования лигнина, добавив в неё твердые катализаторы. Это увеличило количество сульфатных групп в составе вещества, что потенциально расширяет возможности его применения. Полученные соединения могут быть востребованы в фармацевтике и медицине. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.

Лигнин является наиболее перспективным возобновляемым источником углерода на Земле. Уникальная структура делает его потенциальным источником ценных ароматических и фенольных веществ, таких как ванилин, сиреневый альдегид и фенол. Эти вещества могут применяться в фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности. Также растительную биомассу рассматривают в качестве альтернативы традиционного нефтяного сырья при синтезе различных химических продуктов. Особо перспективным считается получение производных лигнина, содержащих сульфатные группы. Этот процесс делает растительный полимер водорастворимым и повышает его биоразлагаемость.

Сульфатированные производные лигнина могут не только заменить распространенные продукты химической модификации полисахаридов, но и найти применение в фармацевтике в качестве потенциального нового класса противовирусных препаратов и антикоагулянтов. Поэтому перед учеными стоит задача расширения возможностей химической переработки возобновляемого растительного сырья. Ранее красноярские исследователи предложили наиболее эффективную, простую и безопасную методику сульфатирования лигнина при помощи сульфаминовой кислоты и мочевины. Однако серьезным недостатком этой методики является невозможность рециркуляции и повторного использования активаторов процесса.

В новом исследовании международный коллектив ученых из России, Турции, Туниса и Китая, под руководством исследователей ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработал способ сульфатирования содового лигнина соломы пшеницы при помощи сульфаминовой кислоты и твердых катализаторов. В частности, на модифицированных углеродных катализаторах и оксидах титана и алюминия. Они оценивали влияние катализатора на степень сульфатирования, состав и строение полученных веществ. По результатам исследования наиболее результативным оказалось использование углеродных модифицированных катализаторов. В результате получен лигнин с повышенным содержанием сульфатных групп, который потенциально может иметь большую антикоагулянтную активность по сравнению с известными сульфатами лигнина.

«Лигнин является побочным продуктом содового процесса получения целлюлозы из травянистого сырья. Поскольку метод промышленной переработки лигнина такого типа до сих пор отсутствует, мы работали над решением этой проблемы. Мы предложили проводить реакцию сульфатирования лигнина сульфаминовой кислотой в среде 1,4-диоксана с добавлением твердых катализаторов. В результате нами был получен сульфатированный лигнин с более высоким, по сравнению с известным, содержанием серы, а, следовательно, и большим содержанием сульфатных функциональных групп. Наличие сульфатной группы в структуре лигнина было подтверждено комплексом физико-химических исследований. Разработанный нами метод позволяет, во-первых, снизить стоимость проведения процесса, благодаря регенерации катализатора, во-вторых, в перспективе масштабировать процесс от колб до опытных, в том числе промышленных, установок», — рассказал один из авторов исследования кандидат химических наук старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН доцент СФУ Александр Казаченко.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского краевого фонда науки (проект № 20-43-242906).