Klubnika

1.

2.

Задача 8 - Ягодная нефть
В прошлой задаче вам уже удалось разделить нефть на
несколько новых фракций, не желаете ли вы полакомиться
полученным? Мы предлагаем Вам использовать первичные
нефтяные продукты для весьма необычных целей.
Всеми любимые ягоды содержат в своем составе характерные
органическое вещества, отвечающие за вкус и аромат. Выберите
любимую ягоду и, используя нефть в качестве единственного
источника атомов углерода, попробуйте получить
соответствующий ягодный вкус, формируемый минимум тремя
веществами в определенном соотношении (обязательно
укажите его в своём решении!) с помощью химических
превращений.

3.

Клубника
Что даёт вкус ягоде?
Кислый вкус фруктов и ягод обусловлен содержанием органических
кислот, сладкий зависит от содержания низкомолекулярных
углеводов, терпкость создают танины и/или их низкомолекулярные
формы – катехины и флавонолы. Среди кислот в растительном сырье
наибольшее влияние на вкус оказывают три оксикарбоновые кислоты
– яблочная, винная и лимонная. В процессе переработки и хранения
могут появляться в продукции уксусная и молочная кислоты. Сладость
определяют, в основном, углеводы — обширный класс органических
соединений с сильно различающимися свойствами. Соединения этого
класса составляют около 80 % сухой массы растений и около 10 %
фруктово-ягодных соков. Среди углеводов решающими вкусовыми
свойствами обладают моносахариды (глюкоза и фруктоза) и
дисахарид – сахароза. Причем, эти соединения вносят различный
вклад в создание ощущения сладости.
Таким образом минимальное требование – 3 соединения должны
включать сахар (глюкоза/фруктоза/сахароза), кислоту
(щавелевой/винной/яблочной/уксусной/лимонной) и
катехин/эпикатехин.

4.

Первичные фракции нефти, их состав:
1. Петролейная фракция (пентаны и гексаны)
2. Бензиновая фракция (до C )
3. Лигроиновая фракция (C -C )
4. Керосиновая фракция (C -C )
5. Дизельная фракция (С -С , высшие алканы)
6. Мазут (Высшие алканы)
7. Гудрон (парафиновые, нафтеновые, ароматические
углеводороды)
11
12
8
14
9
16
18

5.

1. Синтез фруктозы
1.1 Получение метана крекингом гексана из петролейной фракции
Также метан содержится в попутном газе при добыче
нефти.
1.2. Получение формальдегида
Получение формальдегида возможно непосредственно в
одном реакторе на смеси катализаторов или на
бифункциональном катализаторе, через метанол:

6.

1.3. Получение глюкозы из формальдегида
присутствии гидроксида кальция:
в
1.4. Получение фруктозы из глюкозы
При синтезе полиоловым путем сначала происходит
гидрирование
глюкозы
с
восстановлением
альдегидной группы до первичной спиртовой, а затем
во фруктозу.

7.

Под действием фермента получается фруктоза:

8.

2. Синтез лимонной кислоты
Лимонную кислоту получают путем микробного синтеза из
глюкозы, которая ранее была получена из нефти. В качестве
продуцентов могут использоваться дрожжи рода Candida (C.
lipolytica, C. parapsilosis), мутантные штаммы Aspergillus
niger. С помощью цикла Кребса грибы Aspergillus
niger участвуют в биосинтезе лимонной кислоты. Она
образуется в результате конденсации оксалоацетата и
ацетил-КоА в присутствии цитратсинтазы.
+
=

9.

Цикл Кребса

10.

3. Синтез катехина
3.1 Синтез бензола (C6H6) из нефти
Из нефти получают бензол методом каталитического риформинга.
Структурная формула бензола:
3.2 Окисление бензола до фенола (C6H5OH)
Бензол окисляют до фенола через кумольный метод:
C6​H6​+C3​H6​+O2​→C6​H5​OH+CH3​COCH3
Структурная формула фенола:

11.

3.3 Окисление фенола до катехола (C6H4(OH)2 ​)
Фенол окисляют до катехола с помощью перекиси водорода:
C6​H5​OH+H2​O2​→C6​H4​(OH)2​+H2​O
Структурная формула катехола:
3.4 Алкилирование катехола
Катехол алкилируется пропеном для получения 3-аллилкатехола:
C6​H4​(OH)2​+C3​H6​→C6​H3​(OH)2​CH2​CH=CH2
3.5 Циклизация и гидрирование 3-аллилкатехола до катехина
C6​H3​(OH)2​CH2​CH=CH2​+H2​→C15​H14​O6​
Структурная формула катехина:

12.

Соотношение ингредиентов
Среднее содержание веществ, определяющих вкус клубники:
Общая масса = 0.83 г + 5.5 г + 45 г = 51.33 г
Теперь составим пропорцию, учитывая, что общая масса равна 51.33 грамма:
0.83 : 5.5 : 45 = x : y : z
где x, y и z - части общей массы, приходящиеся на первое, второе и третье вещества соответственно.
Из этой пропорции можно выразить неизвестные части:
x = 0.83 / 51.33 ≈ 0.016 г (или 1.6%) y = 5.5 / 51.33 ≈ 0.107 г (или 10.7%) z = 45 / 51.33 ≈ 0.876 г (или 87.6%)
Фруктоза будет 87,6%
Лимонная кислота будет 10.7%
Катехин будет 1.7 %

13.

Литературные и интернет источники
1. https://new-disser.ru/_avtoreferats/01000252908.pdf
2. https://www.medsovet.info/articles/3519
3. https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-dinamiki-invertaznoy-aktivnosti-pri-biotransformatsiimnogokomponentnyh-uglevodnyh-substratov-mikromitsetom/viewe
4. https://biblioteka.sibsau.ru/pdf/izdv/izdv_sibgtu/Litovka_Promyishlennaya_2022.pdf
5. И.Д. Кормацкий, В.А. Локтев, "Каталитические процессы переработки нефти и природного газа",
2018.
6. Уильям Саймонс, "Процессы окисления в нефтехимии", 2016.
7. В.А. Тюрин, "Реакции алкилирования в органическом синтезе", 2019.