(57)【要約】  本発明は、リグノセルロース系材料などのバイオマスからフラン系生成物などの変換生成物を生産するためのシステム、方法およびプロセスに関する。このプロセスは、セルロースパルプをヒドロキシメチルフルフラールに変換するためのプロセスであって、５％以下の量のナトリウムイオンを含むリグニン枯渇加水分解物ストリームを分離する工程であって、それによって水およびヒドロキシメチルフルフラールを含む第１のストリーム；水およびグルコースを含む第２のストリーム；ならびに水およびセロビオースを含む第３のストリームを生産する工程と、前記第２のストリーム中の前記グルコースを異性化する工程であって、それによってフルクトースを生産する工程と、前記フルクトースを脱水する工程であって、それによって前記ヒドロキシメチルフルフラールを含む反応生成物を生産する工程とを含み得る。
2017537119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースパルプをヒドロキシメチルフルフラールに変換するためのプロセスであって、
５％以下の量のナトリウムイオンを含むリグニン枯渇加水分解物ストリームを分離する工程であって、それによって水およびヒドロキシメチルフルフラールを含む第１のストリーム；水およびグルコースを含む第２のストリーム；ならびに水およびセロビオースを含む第３のストリームを生産する工程と、
前記第２のストリーム中の前記グルコースを異性化する工程であって、それによってフルクトースを生産する工程と、
前記フルクトースを脱水する工程であって、それによって前記ヒドロキシメチルフルフラールを含む反応生成物を生産する工程と
を含むプロセス。
【請求項２】
溶媒中で前記セルロースパルプを調整する工程であって、それによって調整されたパルプを生成する工程と、
酸触媒を含む水溶液中で前記調整されたパルプを加水分解する工程であって、それによって加水分解物ストリームを生産する工程と、
前記加水分解物ストリームから少なくとも一部のリグニンを除去する工程であって、それによって前記リグニン枯渇加水分解物ストリーム、およびリグニン濃縮組成物を生産する工程であって、前記水溶液のｐＨを制御するステップ、および前記水溶液を水で希釈するステップを含む工程と
をさらに含み、
前記調整する工程、前記加水分解する工程および前記除去する工程を、前記分離する工程、前記異性化する工程および前記脱水する工程に先行して実施する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記溶媒がイオン液体を含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記第２のストリームがイオン液体を含み、前記第３のストリームがイオン液体を含む、請求項１、２または３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記分離する工程、前記異性化する工程および前記脱水する工程に先行して、前記リグニン枯渇加水分解物ストリームを第１の容器から第２の容器へ迂回させる工程をさらに含む、請求項１、２、３または４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記反応生成物をリサイクルさせる工程であって、前記脱水する工程からの前記反応生成物を前記分離する工程へ導入するステップを含む工程をさらに含む、請求項１、２、３、４または５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記ヒドロキシメチルフルフラールを前記反応生成物から捕捉する工程であって、前記反応生成物からの前記ヒドロキシメチルフルフラールを非官能性ポリマー上に吸着させるステップを含む工程と、
前記ヒドロキシメチルフルフラールを回収する工程であって、溶媒脱着を含む工程とをさらに含む、請求項１、２、３、４、５または６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記反応生成物が有機酸を含む、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記捕捉する工程が、水および有機アニオンが前記非官能性ポリマー上に吸着されないように、前記反応生成物のｐＨが前記有機酸のｐＫａを上回るように制御するステップをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記反応生成物の前記ｐＨを５．８超に制御する、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記イオン液体が、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドまたは１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドから選択される、請求項３または４に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記イオン液体を水酸化物形態のイオン液体に変換する工程であって、前記イオン液体を含む水性イオン液体溶液を水酸化物形態の強塩基性アニオン交換樹脂と接触させるステップを含む工程をさらに含む、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記異性化する工程が、ｐＨを制御するステップであって、塩基として前記水酸化物形態のイオン液体を使用することを含むステップを含む、請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記異性化する工程が、前記水酸化物形態のイオン液体によって触媒される、請求項３、４または１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記水酸化物形態のイオン液体が、前記脱水する工程のために使用されるクロリド形態のイオン液体を生成する、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
閉プロセスループ中でイオン液体をリサイクルさせる方法であって、
イミダゾリウムカチオンを含む希薄水性ストリームを樹脂と接触させる工程であって、前記イミダゾリウムカチオンを前記樹脂上に吸着させるステップを含み、前記樹脂が脱プロトン化形態の弱酸性カチオン交換樹脂である工程と、
前記イミダゾリウムカチオンを脱着させる工程であって、前記樹脂を、塩酸を含む溶液と接触させるステップを含む工程と、
さらなる使用のために、前記溶液およびイミダゾリウムカチオンを前記閉プロセスループに再導入する工程とを含む方法。
【請求項１７】
前記閉プロセスループを、異性化反応と脱水反応を連結させるために使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記異性化反応が、グルコースを異性化してフルクトースを生成するステップを含み、前記脱水反応が、フルクトースを脱水してヒドロキシメチルフルフラールを生成するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
グルコースをヒドロキシメチルフルフラールに変換するシステムであって、
５％以下の量のナトリウムイオンを含むストリームを第１のストリーム、第２のストリームおよび第３のストリームに分離するように構成されたクロマトグラフィー分離ユニットであって；前記第１のストリームが水およびヒドロキシメチルフルフラールを含み；前記第２のストリームが水およびグルコースを含み；前記第３のストリームが水およびセロビオースを含む、クロマトグラフィー分離ユニットと、
グルコースのフルクトースへの異性化を実施するように構成された異性化ユニットであって、前記異性化が、前記第２のストリームを塩基で処理し、それによって塩基処理された第２のストリームを生産することを含む、異性化ユニットと、
前記フルクトースを脱水してヒドロキシメチルフルフラールにするように構成された脱水ユニットと
を含むシステム。
【請求項２０】
前記第２のストリームがイオン液体を含み、前記第３のストリームがイオン液体を含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２のストリームの分離を実施し、それによってグルコースを含む生成物ストリームを生産するように構成された第２のクロマトグラフィー分離ユニットをさらに含む、請求項１９または２０に記載のシステム。
【請求項２２】
グルコースを含む前記生成物ストリームを精製してグルコース生成物にするように構成されたグルコース精製ユニットをさらに含み、前記グルコース精製ユニットが、強酸性カチオン樹脂、アニオン交換体、活性炭樹脂または蒸発ユニットから選択される少なくとも１つのユニットを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
グルコースを含む前記生成物ストリームが、少なくとも６０％のグルコース（重量／重量）を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
セルロースをヒドロキシメチルフルフラールに変換するプロセスであって、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして少なくとも６０ｇのヒドロキシメチルフルフラールを生産する工程を含むプロセス。
【請求項２５】
少なくとも６３ｇのヒドロキシメチルフルフラールが、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして生産される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２６】
少なくとも６５ｇのヒドロキシメチルフルフラールが、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして生産される、請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
少なくとも６７ｇのヒドロキシメチルフルフラールが、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして生産される、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記セルロースを加水分解する工程であって、少なくとも８０％のグルコース（重量／乾燥固体）を含む第１の糖ストリームにする工程をさらに含む、請求項２４、２５、２６または２７に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記加水分解する工程をイオン液体中で行う、請求項２８に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記イオン液体が、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドまたは１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドから選択される、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記第１の糖ストリームが、セロビオース、ヒドロキシメチルフルフラールおよび有機酸を含む、請求項２８または２９に記載のプロセス。
【請求項３２】
ヒドロキシメチルフルフラール、セロビオース、イオン液体、グルコースおよびフルクトースを含む第２の糖ストリームをクロマトグラフィーにより分離する工程であって；逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーを使用するステップを含む工程をさらに含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記クロマトグラフィーにより分離する工程が、第１のアウトプットストリーム、第２のアウトプットストリームおよび第３のアウトプットストリームを生産し；前記第１のアウトプットストリームがヒドロキシメチルフルフラールを含み；前記第２のアウトプットストリームがイオン液体およびグルコースを含み；前記第３のアウトプットストリームがイオン液体およびセロビオースを含む、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーが、少なくとも３００ミクロンのビーズサイズを含む工業グレードの樹脂を使用する、請求項３３に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記第２のアウトプットストリームを塩基で処理する工程であって、前記グルコースの少なくとも一部をフルクトースに異性化するステップであって、それによって塩基処理された第２のストリームを生産するステップを含む工程をさらに含む、請求項３３に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記塩基が前記イオン液体を含み、前記イオン液体が水酸化物形態である、請求項３５に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記塩基処理された第２のストリームを処理する工程であって、前記フルクトースを脱水してヒドロキシメチルフルフラールに脱水するステップであって、それによって脱水された第２のストリームを生産するステップを含み、前記脱水するステップが脱水剤を使用することを含む工程をさらに含む、請求項３５に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記塩基処理された第２のストリーム中に存在する前記グルコースの１０％以下が前記脱水剤と反応する、請求項３７に記載のプロセス。
【請求項３９】
ヒドロキシメチルフルフラールを単離する工程であって、
前記脱水された第２のストリームを処理するステップであって、疎水性樹脂使用し、それによってヒドロキシメチルフルフラールを捕捉することを含むステップ、
捕捉された前記ヒドロキシメチルフルフラールを前記疎水性樹脂から脱着させるステップであって、ロードされた樹脂を溶媒Ｓ２と接触させることを含むステップ、
有機溶媒を添加するステップ、および
共沸蒸留を使用して前記溶媒Ｓ２を蒸留するステップ
の少なくとも１つを含む工程をさらに含む、請求項３８に記載のプロセス。
【請求項４０】
溶媒Ｓ２が酢酸エチルである、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記イオン液体をリサイクルさせる工程であって、
イオン液体ストリームの第１の部分を弱酸性カチオン交換樹脂で処理するステップであって、それによって弱酸性カチオン交換樹脂処理されたストリームを生成するステップと、
溶媒を前記弱酸性カチオン交換樹脂で処理されたストリームに添加するステップと、
前記溶媒および水を蒸留するステップであって、それによって脱水されたイオン液体ストリームを生成するステップと、
前記脱水されたイオン液体ストリームからの前記イオン液体を前記プロセス中に導入するステップとを含む工程をさらに含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記脱水されたイオン液体ストリームからの前記イオン液体を、セルロースを含む反応器中に導入し、前記セルロースは前記反応器中で加水分解してグルコースになる、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記イオン液体をリサイクルさせる工程であって、イオン液体を含むストリームを弱酸性カチオン交換樹脂で処理するステップであって、それによってイオン液体を含む樹脂処理されたストリームを生産するステップと；前記樹脂処理されたストリームからの前記イオン液体を前記プロセス中に再導入するステップとを含む工程をさらに含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項４４】
前記樹脂処理されたストリームからの前記イオン液体を、少なくとも７０％のグルカン（重量／乾燥固体）を含む組成物に再導入する、請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記イオン液体の少なくとも９９％をリサイクルさせ、それによってリサイクルされたイオン液体を生産する、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記リサイクルされたイオン液体がグルコースまたはセロビオースを含む、請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４７】
少なくとも５％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）および９５％以下の量の溶媒（重量／重量）を含む組成物であって、前記溶媒が２−ブタノール、２−プロパノール、テトラリンもしくは水またはそれらの組合せから選択される組成物。
【請求項４８】
酢酸エチル、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、レブリン酸、ギ酸、グルコース、フルクトースまたはマンノースから選択される少なくとも５０ｐｐｂのマーカー分子を含む、請求項４７に記載の組成物。
【請求項４９】
ｉ）少なくとも９５％のイオン液体（重量／重量）、
ｉｉ）０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）、
ｉｉｉ）０．１％以下の量のフルクトース（重量／重量）、
ｉｖ）０．１％以下の量のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）、
ｖ）４％以下の量の水（重量／重量）、および
ｖｉ）２％以下の量の溶媒Ｓ３（重量／重量）
を含む組成物。
【請求項５０】
以下の特徴：
ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）、
ｉｉ）０．１％以下の量のマンノース（重量／重量）、
ｉｉｉ）０．１％以下の量のレブリン酸（重量／重量）、および
ｉｖ）０．１％以下の量のギ酸（重量／重量）
の少なくとも１つを含む、請求項４９に記載の組成物。
【請求項５１】
以下の特徴：
ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）、
ｉｉ）０．１％以下の量のマンノース（重量／重量）、
ｉｉｉ）０．１％以下の量のレブリン酸（重量／重量）、および
ｉｖ）０．１％以下の量のギ酸（重量／重量）
の少なくとも２つを含む、請求項４９に記載の組成物。
【請求項５２】
以下の特徴：
ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）、
ｉｉ）０．１％以下の量のマンノース（重量／重量）、
ｉｉｉ）０．１％以下の量のレブリン酸（重量／重量）、および
ｉｖ）０．１％以下の量のギ酸（重量／重量）
の少なくとも３つを含む、請求項４９に記載の組成物。
【請求項５３】
前記溶媒Ｓ３がシクロヘキサノールである、請求項４９、５０、５１または５２に記載の組成物。
【請求項５４】
少なくとも９０％のモノサッカリド（重量／乾燥固体）；およびイオン液体カチオン、イミダゾール、イミダゾール誘導体、イミダゾール−糖アジュバント、ヒドロキシメチルフルフラールまたは溶媒Ｓ３から選択される少なくとも１００ｐｐｂのマーカー分子を含む組成物。
【請求項５５】
少なくとも９５％のＣ６炭水化物（重量／乾燥固体）をさらに含む、請求項５４に記載の組成物。
【請求項５６】
少なくとも９０％のグルコース（重量／乾燥固体）；および少なくとも１つの非グルコースＣ６炭水化物をさらに含み、前記非グルコース炭水化物の少なくとも９０％がマンノース（重量／重量）である、請求項５４に記載の組成物。
【請求項５７】
ｉ）少なくとも７７％のＣ６糖対固体の比、
ｉｉ）１５％以下の量のリグニン含量、
ｉｉｉ）６％以下の量の灰分、および
ｉｖ）２％以下の量のＣ５糖対固体の比
を含む組成物。
【請求項５８】
ｉ）前記Ｃ６糖対固体の比が少なくとも９０％であり、
ｉｉ）前記リグニン含量が６％以下の量であり、
ｉｉｉ）前記灰分が３％以下の量である、請求項５７に記載の組成物。
【請求項５９】
ｉ）前記Ｃ６糖対固体の比が少なくとも９３％であり、
ｉｉ）前記リグニン含量が５％以下の量であり、
ｉｉｉ）前記灰分が１％以下の量であり、
ｉｖ）前記Ｃ５糖対固体の比が１％以下の量である、請求項５７に記載の組成物。
【請求項６０】
ｉ）前記Ｃ６糖対固体の比が少なくとも９６％であり、
ｉｉ）前記リグニン含量が３％以下の量であり、
ｉｉｉ）前記灰分が０．１％以下の量であり、
ｉｖ）前記Ｃ５糖対固体の比が０．１％以下の量である、請求項５７に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１４年１２月１２日に出願された米国仮出願番号第６２／０９１，３１９号および２０１４年１２月２２日に出願された米国仮出願番号第６２／０９５，６７３号の利益を主張しており、これらの仮出願は、それらの全体がすべての目的のために参考として本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）および二置換フラン誘導体は、再生可能な炭素供給源、例えばリグノセルロース系バイオマスをもとにした生産チェーンにおける主要中間体化学物質である。ヒドロキシメチルフルフラールおよび二置換フラン誘導体を生産するための、リグノセルロース系バイオマスを交収率で利用する効率的でスケールアップ可能なプロセスおよび方法が所望される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（発明の要旨）
本開示は、ヒドロキシメチルフルフラール、二置換フラン誘導体およびサッカリドを生産するのにバイオマスを効率的に利用するためのプロセス、方法、システムおよび組成物を提供する。
【０００４】
セルロースパルプのヒドロキシメチルフルフラールへの変換のためのプロセスが本明細書で提供される。このプロセスは、５％以下の量でナトリウムイオンを含むリグニン枯渇（lignin-depleted）加水分解物ストリームを分離する工程であって、それによって水およびヒドロキシメチルフルフラールを含む第１のストリーム；水およびグルコースを含む第２のストリーム；ならびに水およびセロビオースを含む第３のストリームを生産する工程と；第２のストリーム中のグルコースを異性化する工程であって、それによってフルクトースを生産する工程と；フルクトースを脱水する工程であって、それによってヒドロキシメチルフルフラールを含む反応生成物を生産する工程とを含むことができる。
【０００５】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、溶媒中でセルロースパルプを調整する工程であって、それによって調整されたパルプを生成する工程と；酸触媒を含む水溶液中で調整されたパルプを加水分解する工程であって、それによって加水分解物ストリームを生産する工程と；加水分解物ストリームから少なくとも一部のリグニンを除去する工程であって、それによってリグニン枯渇加水分解物ストリーム、およびリグニン濃縮組成物を生産し、ここで、この除去する工程は、水溶液のｐＨを制御するステップと、水溶液を水で希釈するステップを含む工程とをさらに含むことができ；ここで、上記調整する工程、上記加水分解する工程および上記除去する工程は、上記分離する工程、上記異性化する工程および上記脱水する工程に先行して実施される。
【０００６】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、溶媒は、イオン液体を含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、第２のストリームはイオン液体を含み、第３のストリームはイオン液体を含む。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、分離する工程、異性化する工程および脱水する工程に先行して、リグニン枯渇加水分解物ストリームを第１の容器から第２の容器へ迂回させる工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、反応生成物をリサイクルさせる工程であって、脱水する工程からの反応生成物を分離する工程へ導入するステップを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、ヒドロキシメチルフルフラールを反応生成物から捕捉する工程であって、反応生成物からのヒドロキシメチルフルフラールを非官能性ポリマー上に吸着させるステップを含む工程と；ヒドロキシメチルフルフラールを回収する工程であって、溶媒脱着を含む工程とをさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、反応生成物は有機酸を含むことができる。
【０００７】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、捕捉する工程は、水および有機アニオンが非官能性ポリマー上に吸着されないように、反応生成物のｐＨが有機酸のｐＫａを上回るように制御するステップをさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、反応生成物のｐＨを５．８超に制御することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、イオン液体は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドまたは１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドから選択することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、イオン液体を水酸化物形態のイオン液体に変換する工程であって、イオン液体を含む水性イオン液体溶液を、水酸化物形態の強塩基性アニオン交換樹脂と接触させるステップを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、異性化する工程は、ｐＨを制御するステップであって、塩基として水酸化物形態のイオン液体を使用することを含むステップを含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、異性化する工程は、水酸化物形態のイオン液体によって触媒されてもよい。本明細書で開示されるプロセスにおいて、水酸化物形態のイオン液体は、脱水する工程のために使用されるクロリド形態のイオン液体を生成することができる。
【０００８】
閉プロセスループ中でイオン液体をリサイクルさせる方法が本明細書で提供される。この方法は、イミダゾリウムカチオンを含む希薄水性ストリームを樹脂と接触させる工程であって、イミダゾリウムカチオンを樹脂上に吸着させるステップを含み、樹脂が脱プロトン化形態の弱酸性カチオン交換樹脂である工程と；イミダゾリウムカチオンを脱着させる工程であって、樹脂を、塩酸を含む溶液と接触させるステップを含む工程と；さらなる使用のために、溶液およびイミダゾリウムカチオンを閉プロセスループに再導入する工程とを含むことができる。
【０００９】
本明細書で開示される方法において、この閉プロセスループは、異性化反応を脱水反応と連結させるために使用することができる。本明細書で開示される方法において、異性化反応はグルコースを異性化する工程であって、フルクトースを生成する工程を含むことができ、脱水反応は、フルクトースを脱水する工程であって、ヒドロキシメチルフルフラールを生成する工程を含む。
【００１０】
グルコースをヒドロキシメチルフルフラールに変換するためのシステムが本明細書で提供される。このシステムは、５％以下の量でナトリウムイオンを含むストリームを第１のストリーム、第２のストリームおよび第３のストリームに分離するように構成されたクロマトグラフィー分離ユニットであって；第１のストリームが水およびヒドロキシメチルフルフラールを含み；第２のストリームが水およびグルコースを含み；第３のストリームが水およびセロビオースを含むクロマトグラフィー分離ユニットと；グルコースのフルクトースへの異性化を実施するように構成された異性化ユニットであって、異性化が第２のストリームを塩基で処理し、それによって塩基処理された第２のストリームを生産することを含む異性化ユニットと；フルクトースを脱水してヒドロキシメチルフルフラールにするように構成された脱水ユニットとを含むことができる。
【００１１】
本明細書で開示されるシステムにおいて、第２のストリームはイオン液体を含むことができ、第３のストリームはイオン液体を含む。本明細書で開示されるシステムにおいて、このシステムは、第２のストリームの分離を実施し、それによってグルコースを含む生成物ストリームを生産するように構成された第２のクロマトグラフィー分離ユニットをさらに含むことができる。本明細書で開示されるシステムにおいて、このシステムは、グルコースを含む生成物ストリームを精製してグルコース生成物にするように構成されたグルコース精製ユニットをさらに含むことができ、グルコース精製ユニットは、強酸性カチオン樹脂、アニオン交換体、活性炭樹脂または蒸発ユニットから選択される少なくとも１つのユニットを含む。本明細書で開示されるシステムにおいて、グルコースを含む生成物ストリームは、少なくとも６０％のグルコース（重量／重量）を含むことができる。
【００１２】
セルロースをヒドロキシメチルフルフラールに変換するためのプロセスが本明細書で開示される。本プロセスは、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして、少なくとも６０ｇのヒドロキシメチルフルフラールを生産する工程を含むことができる。
【００１３】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、少なくとも６３ｇのヒドロキシメチルフルフラールを、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして生産することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、少なくとも６５ｇのヒドロキシメチルフルフラールを、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして生産することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、少なくとも６７ｇのヒドロキシメチルフルフラールを、インプットとして提供される各１００ｇセルロースに対するアウトプットとして生産することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、セルロースを加水分解する工程であって、少なくとも８０％のグルコース（重量／乾燥固体）を含む第１の糖ストリームにする工程を含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、加水分解する工程は、イオン液体中で行うことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドまたは１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドから選択することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、第１の糖ストリームは、セロビオース、ヒドロキシメチルフルフラールおよび有機酸を含むことができる。
【００１４】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、ヒドロキシメチルフルフラール、セロビオース、イオン液体、グルコースおよびフルクトースを含む第２の糖ストリームをクロマトグラフィーにより分離する工程であって；逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーを使用するステップを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、クロマトグラフィーにより分離する工程は、第１のアウトプットストリーム、第２のアウトプットストリームおよび第３のアウトプットストリームを生産することができ；第１のアウトプットストリームはヒドロキシメチルフルフラールを含み；第２のアウトプットストリームはイオン液体およびグルコースを含み；第３のアウトプットストリームはイオン液体およびセロビオースを含む。本明細書で開示されるプロセスにおいて、逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーは、少なくとも３００ミクロンのビーズサイズを含む工業グレードの樹脂を使用することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、第２のアウトプットストリームを塩基で処理する工程であって、グルコースの少なくとも一部をフルクトースに異性化するステップであって、それによって塩基処理された第２のストリームを生産するステップを含む工程を含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、この塩基は、水酸化物形態であるイオン液体を含むことができる。
【００１５】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、塩基処理された第２のストリームを処理する工程であって、フルクトースを脱水するステップであって、ヒドロキシメチルフルフラールにし、それによって脱水された第２のストリームを生産するステップを含み、脱水ステップが脱水剤を使用することを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、塩基処理された第２のストリーム中に存在するグルコースの１０％以下が脱水剤と反応し得る。
【００１６】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、ヒドロキシメチルフルフラールを単離する工程であって、脱水された第２のストリームを処理するステップであって、疎水性樹脂を使用することであって、それによってヒドロキシメチルフルフラールを捕捉することを含むステップ；捕捉されたヒドロキシメチルフルフラールを疎水性樹脂から脱着させるステップであって、ロードされた樹脂を溶媒Ｓ２と接触させることを含むステップ；有機溶媒を添加するステップ；および共沸蒸留を使用して溶媒Ｓ２を蒸留するステップの少なくとも１つを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、溶媒Ｓ２は酢酸エチルであってよい。
【００１７】
本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、イオン液体をリサイクルさせる工程であって、イオン液体ストリームの第１の部分を弱酸性カチオン交換樹脂で処理するステップであって、それによって弱酸性カチオン交換樹脂処理されたストリームを生成するステップと；溶媒を弱酸性カチオン交換樹脂処理されたストリームに添加するステップと；溶媒および水を蒸留するステップであって、それによって脱水されたイオン液体ストリームを生成するステップと；脱水されたイオン液体ストリームからイオン液体をプロセス中に導入するステップとを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、脱水されたイオン液体ストリームからのイオン液体を、セルロースを含む反応器中に導入することができ、セルロースは反応器中で加水分解してグルコースになる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、本プロセスは、イオン液体をリサイクルさせる工程であって、イオン液体を含むストリームを弱酸性カチオン交換樹脂で処理し、それによってイオン液体を含む樹脂処理されたストリームを生産するステップと；樹脂処理されたストリームからのイオン液体をプロセス中に再導入するステップとを含む工程をさらに含むことができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、樹脂処理されたストリームからのイオン液体を、少なくとも７０％のグルカン（重量／乾燥固体）を含む組成物に再導入することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、イオン液体の少なくとも９９％をリサイクルさせ、それによってリサイクルされたイオン液体を生産することができる。本明細書で開示されるプロセスにおいて、リサイクルされたイオン液体はグルコースまたはセロビオースを含むことができる。
【００１８】
フルフラール生成物組成物が本明細書で提供される。フルフラール生成物組成物は、少なくとも５％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）および９５％以下の量の溶媒（重量／重量）を含むことができ、溶媒は、２−ブタノール、２−プロパノール、テトラリンもしくは水またはそれらの組合せから選択される。本明細書で開示されるフルフラール生成物組成物では、フルフラール生成物組成物は、酢酸エチル、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、レブリン酸、ギ酸、グルコース、フルクトースまたはマンノースから選択される少なくとも５０ｐｐｂのマーカー分子をさらに含むことができる。
【００１９】
イオン液体ストリーム組成物が本明細書で提供される。イオン液体ストリーム組成物は、ｉ）少なくとも９５％のイオン液体（重量／重量）；ｉｉ）０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下の量のフルクトース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下の量のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）；ｖ）４％以下の量の水（重量／重量）；およびｖｉ）２％以下の量の溶媒Ｓ３（重量／重量）を含むことができる。
【００２０】
本明細書で開示されるイオン液体ストリーム組成物において、イオン液体ストリーム組成物は、以下の特徴：ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；ｉｉ）０．１％以下の量のマンノース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下の量のレブリン酸（重量／重量）；およびｉｖ）０．１％以下の量のギ酸（重量／重量）の少なくとも１つをさらに含むことができる。本明細書で開示されるイオン液体ストリーム組成物において、イオン液体ストリーム組成物は、以下の特徴：ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；ｉｉ）０．１％以下の量のマンノース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下の量のレブリン酸（重量／重量）；およびｉｖ）０．１％以下の量のギ酸（重量／重量）の少なくとも２つをさらに含むことができる。本明細書で開示されるイオン液体ストリーム組成物において、イオン液体ストリーム組成物は、以下の特徴：ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；ｉｉ）０．１％以下の量のマンノース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下の量のレブリン酸（重量／重量）；およびｉｖ）０．１％以下の量のギ酸（重量／重量）の少なくとも３つをさらに含むことができる。本明細書で開示されるイオン液体ストリーム組成物において、溶媒Ｓ３はシクロヘキサノールであってよい。
【００２１】
グルコース生成物ストリーム組成物が本明細書で提供される。グルコース生成物ストリーム組成物は、少なくとも９０％のモノサッカリド（重量／乾燥固体）；およびイオン液体カチオン、イミダゾール、イミダゾール誘導体、イミダゾール−糖アジュバント、ヒドロキシメチルフルフラールまたは溶媒Ｓ３から選択される少なくとも１００ｐｐｂのマーカー分子を含む。グルコース生成物ストリーム組成物では、グルコース生成物ストリーム組成物は、少なくとも９５％のＣ６炭水化物（重量／乾燥固体）をさらに含むことができる。本明細書で開示されるグルコース生成物ストリーム組成物では、グルコース生成物ストリーム組成物は、少なくとも９０％のグルコース（重量／乾燥固体）；および少なくとも１つの非グルコースＣ６炭水化物をさらに含むことができ、非グルコース炭水化物の少なくとも９０％はマンノース（重量／重量）である。
【００２２】
セルロース残余パルプ（cellulose  remainder  pulp）組成物が本明細書で提供される。セルロース残余パルプ組成物は、（ｉ）少なくとも７７％のＣ６糖対固体の比；（ｉｉ）１５％以下の量のリグニン含量；（ｉｉｉ）６％以下の量の灰分含量；および（ｉｖ）２％以下の量のＣ５糖対固体の比を含むことができる。本明細書で開示されるセルロース残余パルプ組成物では、（ｉ）Ｃ６糖対固体の比は少なくとも９０％であってよく；（ｉｉ）リグニン含量は６％以下の量であってよく；（ｉｉｉ）灰分含量は３％以下の量であってよい。本明細書で開示されるセルロース残余パルプ組成物では、（ｉ）Ｃ６糖対固体の比は少なくとも９３％であってよく；（ｉｉ）リグニン含量は５％以下の量であってよく；（ｉｉｉ）灰分含量は１％以下の量であってよく；（ｉｖ）Ｃ５糖対固体の比は１％以下の量であってよい。本明細書で開示されるセルロース残余パルプ組成物では、（ｉ）Ｃ６糖対固体の比は少なくとも９６％であり；（ｉｉ）リグニン含量は３％以下の量であってよく；（ｉｉｉ）灰分含量は０．１％以下の量であってよく；（ｉｖ）Ｃ５糖対固体の比は０．１％以下の量であってよい。
参照による組み込み
【００２３】
本明細書において言及するすべての刊行物、特許および特許出願は、それぞれの個別の刊行物、特許および特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別的に示されているのと同じ程度に参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、精製グルコースの任意選択の同時生産を伴う、バイオマスをヒドロキシメチルフルフラールに変換する例示的な変換プロセスの概略ダイアグラムを表す図である。
【００２５】
【図２】図２は、ヒドロキシメチルフルフラールを種々の変換生成物に変換するための例示的な逐次変換プロセスの概略ダイアグラムを表す図である。
【００２６】
【図３】図３は、イオン液体の回収、および精製グルコースの任意選択の同時生産を伴ったセルロースパルプをヒドロキシメチルフルフラールへ変換するための例示的なプロセスの概略ダイアグラムを表す図である。このプロセスは、図４、図５、図６、図７および図８においてさらに詳述される。
【００２７】
【図４】図４は、イオン液体媒体中でのセルロースパルプのモノサッカリドへの加水分解のため、ならびに残留リグニンの除去および回収のための例示的なプロセスの概略ダイアグラムを表す図である。
【００２８】
【図５】図５は、クロマトグラフィー分離、異性化および脱水ステージによる例示的な変換プロセスの概略ダイアグラムを表す図である。
【００２９】
【図６】図６は、ヒドロキシメチルフルフラールの分離に加えてグルコースの任意選択の分離を伴う、クロマトグラフィー分離、異性化および脱水ステージによる例示的な変換プロセスの概略ダイアグラムを表す図である。
【００３０】
【図７】図７は、溶媒、例えば２−ブタノール中の溶液としてのヒドロキシメチルフルフラールの水溶液からの回収のための例示的なプロセスの概略ダイアグラムを表す図である；水相中に存在する有機酸は水相中に留まる。
【００３１】
【図８】図８は、イオン液体を乾燥し、さらに使用するためにそれをリサイクルさせるための例示的なプロセスの概略ダイアグラムを表す図である。
【００３２】
【図９】図９は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、サッカリドおよびヒドロキシメチルフルフラールのクロマトグラフィーによる分離を示すパルス試験の結果を表す図である。
【００３３】
【図１０】図１０は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、サッカリド、ヒドロキシメチルフルフラールおよび有機酸の溶出を示すパルス試験の結果を表す図である。
【００３４】
【図１１】図１１は、グルコースおよび１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドのクロマトグラフィーによる分離を示すパルス試験の結果を表す図である。
【００３５】
【図１２】図１２は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドおよび１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヒドロキシドを含む溶液における、グルコースのフルクトースへの異性化反応の時間プロファイルを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（発明の詳細な説明）
本開示は、ヒドロキシメチルフルフラール、二置換フラン誘導体およびサッカリドを生産するのにバイオマスを効率的に利用するためのプロセス、方法、システムおよび組成物を提供する。ヒドロキシメチルフルフラールおよび二置換フラン誘導体は、バイオマスをもとにした生産チェーンにおける中間体である。バイオマスは、リグノセルロース系バイオマス、特にセルロース残余パルプを含むことができる。本明細書で開示されるプロセスおよび方法において使用されるバイオマスは、セルロース残余パルプに限定されない。セルロース残余パルプに代わるものには、ボール紙、廃ボール紙、製紙工場パルプ、溶解パルプ、綿の繊維もしくは糸くずまたはリサイクル紙が含まれる。ヒドロキシメチルフルフラールは、ヒドロキシメチルフルフラールの変換生成物への変換反応に適した溶媒中で回収することができる。ヒドロキシメチルフルフラールは、例えば本明細書で開示される変換プロセスおよび方法（変換）に従ってセルロース系糖から誘導することができる。本開示に従って生産されるヒドロキシメチルフルフラールは、多くの他の化学製品に変換することができる。開示される変換は、バイオマスからの価値ある化学物質の生産を容易にする。
【００３７】
バイオマスからの糖および糖変換生成物の生産は、本明細書で開示するようなイオン液体（ＩＬ）の使用を含むことができる。イオン液体および深共晶溶媒（ＤＥＳ）は、結晶性セルロースを含むセルロースを可溶化することができる。これらの高度に荷電された液体は、結晶性セルロースの結晶構造を開放して（open  up）、サッカリドポリマーを曝露することができ、低濃度の鉱酸（例えば、塩酸）での酸分解によるか、または酵素触媒作用によってその糖化を容易にするのを助けることができる。イオン液体の説明は、ＵＳ８，７９０，５４２、ＵＳ９，１５７，１３０；ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３９１９４；ＵＳ６，１７７，５７５；およびＵＳ２０１０／０１９６９６７にも見出すことができる。
【００３８】
セルロース残余パルプは、当該技術分野で公知のような、そしてＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３９５８５およびＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６８８２４により例示されているような、バイオ精製プロセスによって生産することができる。投入バイオマス材料、例えばセルロース残余パルプは、主にセルロース、および残留物レベルの本明細書で説明するような他のバイオマス成分を含むことが望ましい。バイオマスのセルロースパルプへの加工の間に生産され得るリグニン、灰分、ヘミセルロースおよび抽出物は、変換を妨害する可能性があり、このプロセスにおいて使用される溶媒のリサイクルに起因して起こり得る蓄積（build  up）を防止するために、効率的に除去することができる。ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３９５８５およびＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６８８２４は、第１の抽出プロセスにおいて、バイオマスから、ヘミセルロース、灰分および抽出物を抽出するプロセスおよび方法を開示している。残存するリグノセルロース材料は、第２の抽出プロセスにおいて抽出されることができ、リグニンを取り除き、リグニン、ヘミセルロース、灰分および抽出物を本質的に含まない残存するセルロースパルプを残し、これは残余セルロースパルプをもたらす。セルロース残余パルプは、本明細書で説明するプロセスおよび方法によって、軟材、硬材、バガス、サトウキビの葉および茎、一年生作物、あるいは森林残渣、ピンズアンドファインズ（pins  and  fines）および農業または産業廃棄物を含む他のバイオマス原料から誘導することができる。
【００３９】
セルロース残余パルプは、公知の特性評価法によって特性評価することができる。例えば、セルロース残余パルプは、技術報告書ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６１８において、国立再生可能エネルギー研究所によって提供されている実験室分析手順（Laboratory  Analytical  Procedure  provided  by  the  National  Renewable  Energy  Laboratory  in  the  Technical  Report  NREL/  TP-510-42618）に従って特性評価することができる。簡潔に述べると、ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６１８の実験室分析手順は、硫酸中でのセルロースおよびヘミセルロースポリマーの加水分解、ならびに、バイオマス中の炭水化物の量をそれから計算できる溶解した糖の決定を含み、リグニンは残留固体であると決定される。セルロース残余パルプから得られるデータの例を本明細書で開示する。例えば、実施例１、実施例２および実施例３は、ユーカリおよびマツからのセルロース残余パルプを記載しており、実施例４は、バガスからのセルロース残余パルプを記載している。
【００４０】
本明細書で提供されるようなセルロース残余パルプは、１つまたは複数の物理的属性によって特性評価することができる。
【００４１】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）少なくとも７７％のＣ６糖対固体の比（重量／重量）；（ｉｉ）１５％（重量／重量）以下のリグニン含量；（ｉｉｉ）６％（重量／重量）以下の灰分含量；および（ｉｖ）２％（重量／重量）以下のＣ５糖対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）少なくとも９０％（重量／重量）のＣ６糖対固体の比；（ｉｉ）６％（重量／重量）以下のリグニン含量；および（ｉｉｉ）３％（重量／重量）以下の灰分含量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）少なくとも９３％（重量／重量）のＣ６糖対固体の比；（ｉｉ）５％（重量／重量）以下のリグニン含量；（ｉｉｉ）１％（重量／重量）以下の灰分含量；および（ｉｖ）１％（重量／重量）以下のＣ５糖対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）少なくとも９６％（重量／重量）のＣ６糖対固体の比；（ｉｉ）３％（重量／重量）以下のリグニン含量；（ｉｉｉ）０．１％（重量／重量）以下の灰分含量；および（ｉｖ）０．１％（重量／重量）以下のＣ５糖対固体の比によって特徴付けることができる。
【００４２】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）少なくとも７０％重量／重量のＣ６糖対固体の比；（ｉｉ）少なくとも７０％重量／重量のグルコース対固体の比；（ｉｉｉ）５％重量／重量以下のＣ５糖対固体の比；および（ｉｖ）少なくとも７５％重量／重量の全糖対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）８０、７０、６０、５０または４０％以下のアルファセルロース重量／重量；（ｉｉ）少なくとも３０、４０、５０または６０％のベータセルロース重量／重量；（ｉｉｉ）少なくとも０．２、０．５、１または１．５％のガンマセルロース重量／重量；および（ｉｖ）０．１％以下のジクロロメタン抽出物重量／重量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、（ｉ）３、２、１または０．５ｍｍ以下の平均繊維長，（ｉｉ）約２０マイクロメートルの平均繊維幅；および（ｉｉｉ）少なくとも１０、２０、３０、４０または５０％の微粒子含量（fine  content）重量／重量によって特徴付けることができる。
【００４３】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは以下の特徴：（ｉ）少なくとも８０％（重量／重量）のセルロース対固体の比；（ｉｉ）少なくとも５０％（重量／重量）の結晶性セルロース対固体の比；（ｉｉｉ）１５％（重量／重量）以下のリグニン対固体の比；および（ｉｖ）６％（重量／重量）以下のヘミセルロース炭水化物対固体の比の１つもしくは複数、２つもしくはそれ超、３つもしくはそれ超または４つもしくはそれ超によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、少なくとも８５％（重量／重量）のセルロース対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、以下の特徴：（ｉ）少なくとも８５％（重量／重量）のセルロース対固体の比；（ｉｉ）少なくとも５０％（重量／重量）の結晶性セルロース対固体の比；（ｉｉｉ）１０％（重量／重量）以下のリグニン対固体の比；および（ｉｖ）４％（重量／重量）以下のヘミセルロース炭水化物対固体の比の１つもしくは複数、２つもしくはそれ超、３つもしくはそれ超または４つもしくはそれ超によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、少なくとも９０％（重量／重量）のセルロースによって特徴付けることができる。
【００４４】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは、以下の特徴：（ｉ）少なくとも７０％（重量／重量）のＣ６糖対固体の比；（ｉｉ）少なくとも７０％（重量／重量）のグルコース対固体の比；（ｉｉｉ）５％（重量／重量）以下のＣ５糖対固体の比；（ｉｖ）少なくとも７５％（重量／重量）の全糖対固体の比；（ｖ）１０ｐｐｍ以下の微量Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｚｎ；および（ｖｉ）２００ｐｐｍ以下の微量Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ａｌ、Ｃｒの１つもしくは複数、２つもしくはそれ超、３つもしくはそれ超、４つもしくはそれ超、５つもしくはそれ超または６つもしくはそれ超によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、以下の特徴：（ｉ）２．０〜５．０％または１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５もしくは５．０％の乾燥損失；（ｉｉ）０．２９〜０．３６ｇ／ｃｃまたは０．２、０．２５、０．２９、０．３、０．３５、０．３６もしくは０．４ｇ／ｃｃのかさ密度；（ｉｉｉ）食品用公定化学品集（Food  Chemical  Codex）（ＦＣＣ）（第５版、２００４年）における識別試験ＡおよびＢに合格（試験Ａでは、２５５ｍＬの水中４５ｇのセルロースの分散液１００ｍＬを高速パワーブレンダー（１８，０００ｒｐｍ）中で５分間混合し、１００ｍＬメスシリンダー中で３時間静置した後、表面で上澄み液を形成しない白色不透明の泡のない分散液が得られ、試験Ｂでは、２０ｍＬの分散液を数滴のヨウ素試液と混合し、淡紫色〜青色または青色が生じない）；（ｉｖ）３５０単位以下の重合度；（ｖ）５．５〜７．０または５．０、５．５、６．０、６．５、７．０もしくは７．５のｐＨ；（ｖｉ）７５μＳ／ｃｍ以下の伝導率；（ｖｉｉ）０．０５％（重量／重量）以下の強熱残分；（ｖｉｉｉ）水溶性物質は１２．５ｍｇ／５ｇ以下である；（ｖｉｉｉ）エーテル可溶性物質は５．０ｍｇ／１０ｇ以下である；（ｉｘ）重金属は０．００１％（重量／重量）以下である；（ｘ）銅テトラミンヒドロキシド中での溶解性；（ｘｉ）２５０ミクロン未満の粒子サイズが少なくとも１０％（重量／重量）；ならびに（ｘｉｉ）１５０ミクロン未満の粒子サイズが少なくとも５０％（重量／重量）の１つもしくは複数、２つもしくはそれ超、３つもしくはそれ超、４つもしくはそれ超、５つもしくはそれ超、または６つもしくはそれ超、７つもしくはそれ超、８つもしくはそれ超、９つもしくはそれ超、１０もしくはそれ超、１１もしくはそれ超または１２もしくはそれ超によって特徴付けることができる。
【００４５】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは、以下の特徴：（ｉ）少なくとも９０％（重量／重量）のセルロース対固体の比；（ｉｉ）少なくとも５０％（重量／重量）の結晶性セルロース対固体の比；（ｉｉｉ）１０％（重量／重量）以下のリグニン対固体の比；および（ｉｖ）４％（重量／重量）以下のヘミセルロース炭水化物対固体の比の１つもしくは複数、２つもしくはそれ超、３つもしくはそれ超、４つもしくはそれ超によって特徴付けることができる。
【００４６】
いくつかの例では、Ｃ６糖対固体の比は１００％（重量／重量）以下である。いくつかの例では、Ｃ６糖対固体の比は７７〜１００％（重量／重量）である。いくつかの例では、Ｃ６糖対固体の比は少なくとも４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８３、８５、９０、９５、９９または１００％（重量／重量）である。いくつかの例では、リグニン含量は少なくとも０．００１％（重量／重量）である。いくつかの例では、リグニン含量は０．００１〜１５％（重量／重量）である。いくつかの例では、リグニン含量は、１５、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５または０．０５％（重量／重量）以下である。いくつかの例では、灰分含量は少なくとも０．００１％（重量／重量）である。いくつかの例では、灰分含量は０．００１％〜６％（重量／重量）である。いくつかの例では、灰分含量は５、４、３、２、１、０．５または０．０５％（重量／重量）以下である。いくつかの例では、Ｃ５糖対固体の比は少なくとも０．００１％（重量／重量）である。いくつかの例では、Ｃ５糖対固体の比は０．００１〜２％（重量／重量）である。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０、５、４、３、２、１、０．５または０．０５％（重量／重量）以下のＣ５糖対固体の比によって特徴付けることができる。
【００４７】
いくつかの例では、グルコース対固体の比は、少なくとも４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８３、８５、９０、９５または９９％（重量／重量）である。いくつかの例では、全糖対固体の比は、少なくとも４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８３、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８または９９％（重量／重量）である。いくつかの例では、残留リグニンは、少なくとも８５、９０または９５％の酸不溶性リグニン（不溶性リグニン重量／全リグニン重量）によって特徴付けることができる。
【００４８】
セルロース系残余パルプ試料中の無機不純物の量は、誘導結合プラズマ原子発光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）によって測定することができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００または１００ｐｐｍ以下の微量硫黄の量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００または１００ｐｐｍ以下の微量カルシウムの量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００または１００ｐｐｍ以下の微量鉄の量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、１００または５０ｐｐｍ以下の微量カリウムの量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、５００、４００、３００、２００、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０または１０ｐｐｍ以下の微量マグネシウムの量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、５００、４００、３００、２００、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０または１０ｐｐｍ以下の微量ナトリウムの量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、５００、４００、３００、２００、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０または１０ｐｐｍ以下の微量クロムの量によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０ｐｐｍ以下のＭｇ、Ｍｎ、ＮａおよびＺｎならびに２００ｐｐｍ以下の微量Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、ＡｌおよびＣｒの量によって特徴付けることができる。
【００４９】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは、少なくとも８０、８５、９０、９２、９４、９６、９８または９９％のセルロースによって特徴付けることができる。乾燥損失は、セルロース残余パルプを固体から乾燥固体へ乾燥させた場合の材料損失重量／重量のパーセントであってよい。セルロース残余パルプは、乾燥するまでの時間の間、加熱することができる。セルロース残余パルプは、乾燥するまでの時間の間、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０または３０℃以下の温度に加熱することができる。乾燥するまでセルロース残余パルプを加熱する時間は、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４８、４０、３０、２４、２０、１６、１２、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、１または０．５時間以下であってよい。
【００５０】
いくつかの例では、セルロース残余パルプは、高いセルロース対固体の比、低いリグニン対固体の比および低いヘミセルロース炭水化物対固体の比によって特徴付けることができる。一部の態様では、セルロース組成物は、高い結晶性セルロース対固体の比によって特徴付けられる。一部の態様では、セルロース組成物は、高いセルロース対固体の比、低いリグニン対固体の比、高い結晶性セルロース対固体の比および低いヘミセルロース炭水化物対固体の比によって特徴付けられる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、少なくとも９０、９２、９４、９６、９８または９９％（重量／重量）のセルロース対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、少なくとも５０、６０、７０、８０、９０％（重量／重量）の結晶性セルロース対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、１０、９、８、７、６、５、４、３、２または１％（重量／重量）以下のリグニン対固体の比によって特徴付けることができる。いくつかの例では、セルロース残余パルプは、４、３、２または１％（重量／重量）以下のヘミセルロース炭水化物対固体の比によって特徴付けることができる。
【００５１】
本明細書で開示される実施形態による、ヒドロキシメチルフルフラールへの、例示的なセルロースパルプの逐次的な加水分解、異性化および脱水の概観を図１、図２および図３に示す。図１に示されているように、（１）セルロースパルプ１０００はバイオ精製所（biorefinery）においてバイオマスから抽出され精製される；（２）セルロースパルプ１０００は、イオン液体中に可溶化され、酸分解１０５０により糖化される；（３）モノサッカリド、オリゴサッカリドおよびポリマーサッカリドを含む得られたイオン液体溶液を変換１１００にかけ、それによってヒドロキシメチルフルフラール１１００−Ｐ１および任意選択でグルコース１１００−Ｐ２を生産する。図２に示されているように、（４）ヒドロキシメチルフルフラールは、（４）（ｉ）ヒドロキシメチルフルフラールの２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）１３００−Ｐ１への酸化１３００；（４）（ｉｉ）２，５−ジメチルフラン（ＤＭＦ）１６００−Ｐ１およびメチルエチルケトン（ＭＥＫ）１６００−Ｐ２を生成するための、水素供与体としての２−ブタノールでのヒドロキシメチルフルフラールの水素化１６００；（５）ｐ−キシレン１７００−Ｐ１を生成するための、エチレンでの２，５−ジメチルフランの付加環化１７００；または（４）（ｉｉｉ）開環反応１５００による２，５−ジメチルフランの１，６−ヘキサンジオール１５００−Ｐ１への変換を含んで、変換生成物へさらに変換する。ステップ（１）、（２）、（３）および（４）（ｉ）は、中間体生成物の単離なしで連続的に実行することができる。ステップ（１）、（２）、（３）および（４）（ｉｉ）は、中間体生成物の単離なしで連続的に実行することができる。ステップ（１）、（２）、（３）、（４）（ｉｉ）および（５）は、中間体生成物の単離なしで連続的に実行することができる。ステップ（１）、（２）、（３）および（４）（ｉｉｉ）は、中間体生成物の単離なしで連続的に実行することができる。
【００５２】
図３は、ヒドロキシメチルフルフラールをセルロースパルプから生産するための段階的プロセスの概略図を提供する。セルロースパルプ１０００を、調整ユニット１００において、イオン液体中で最初に調整して、可溶化されたセルロースを提供することができる。イオン液体中のモノサッカリド、ジサッカリドおよびヒドロキシメチルフルフラールの溶液が提供されるように、塩酸および水を加えて加水分解を促進させることができる。塩基および水を加えて溶液２５１を中和することができ、フミンと残留リグニンを分離することができる。塩基は、水酸化物形態のイオン液体２５２であってよい。水酸化物形態のイオン液体２５２はイオン液体アニオン交換体２５０で作製することができ、したがって、そのプロセスにおいて形成される塩の量を減少させることができる。例えば、ナトリウムイオンは、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５または５．５％以下の量で存在することができる。サッカリド、ヒドロキシメチルフルフラール、有機酸、水およびイオン液体を含む脱酸溶液のストリーム１０１を、変換プロセス３００のためのフィードとすることができる。ストリーム１０１をクロマトグラフィーで分離して：（ｉ）ヒドロキシメチルフルフラールおよび有機酸を含む水性ストリーム３０１；（ｉｉ）モノサッカリドを含むイオン液体／水性ストリーム３０２；および（ｉｉｉ）ジサッカリドを含むイオン液体／水性ストリーム３０３を得ることができる。以下でさらに詳述し、図５および図６に示すように、モノサッカリドを含むストリーム３０２は、異性化３３０〜脱水３５０ステージを通してリサイクルさせることができる。
【００５３】
ストリーム３０１を、ヒドロキシメチルフルフラール回収プロセス４００に移すことができ、ここで、水を除去することができ、ヒドロキシメチルフルフラールを有機酸および水から分離し、さらに下流での変換に適した溶媒中の溶液として単離することができる。ストリーム３０３を、イオン液体回収５００に移すことができ、ここで、水を、蒸発、共沸蒸発または吸着、あるいは組合せにより除去することができる。セロビオースは、イオン液体で分画することができ、さらなる加水分解および逐次的変換のために戻すことができる。以下でさらに詳述し、そして図６に示すように、モノサッカリドを含むストリーム３０２を、第２のクロマトグラフィー分離３１５で分離して：（ｉ）グルコースを含む水性ストリーム３１６、および（ｉｉ）グルコースを含むイオン液体／水性ストリーム３１７を得ることができる。ストリーム３１７を、異性化３３０〜脱水３５０ステージを通してリサイクルさせることができる。ストリーム３１６をグルコース回収に移し、精製することができ、そこで、グルコースを、蒸発、強酸性カチオン（ＳＡＣ）樹脂、アニオン交換体、混床（ＭＢ）樹脂または活性炭（ＡＣ）との接触を含む方法の少なくとも１つによって回収し、精製することができる。これらのそれぞれを本明細書でさらに詳細に説明する。
【００５４】
本明細書で数値の範囲が挙げられている場合、別段の記述のない限り、その範囲は、その端点ならびにその範囲内のすべての整数および分数を含むものとする。範囲を定義する場合、本発明の範囲を、挙げられている特定の値に限定しようとするものではない。本明細書で指定されるすべての値は、「約」その値かまたは正確にその値であってよく、この「約」という用語は、生じ得る報告数量の変動を指す。この「約」という用語は、報告数値の１０、９、８、７、６、５、４、３、２または１％以内を意味する。
【００５５】
本明細書で使用される場合、「糖（sugar）」および「サッカリド（saccharide）」という用語は互換的に使用される。
【００５６】
本明細書で使用される場合、「含む（comprises）」、「含むこと（comprising）」、「含む（includes）」、「含むこと（including）」、「有する」、「有すること」、「含有する」もしくは「含有すること」という用語またはそれらの任意の他の変形体は、非排他的包含をカバーするものとする。本明細書で使用される場合、「〜からなる」という用語は、排他的包含をカバーするものとする。本明細書で使用される場合、「〜から本質的になる」という用語は、特許請求事項の基本的な新規の特徴に実質的に影響を及ぼさない材料、ステップまたは成分に限定された排除をカバーするものとする。本明細書で使用される場合、「含む」という用語は、「含む」、「〜から本質的になる」および「〜からなる」を包含する。例えば、要素のリストを含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品または装置は、必ずしもそれらの要素だけに限定されず、明白には挙げられていないまたはそのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品もしくは装置に固有のものではない他の要素を包含することができる。さらに、それとは反対の明白な記述がない限り、「または」は包含的な「または」を指し、排他的な「または」は指さない。
Ｉ．セルロースパルプ可溶化および加水分解
ａ）セルロースパルプ可溶化
【００５７】
セルロースパルプを可溶化し、それを加水分解してグルコースにするための例示的なプロセスの概略図を図４に示す。セルロースパルプ１０００を、適切な液体中で調整１１０して、それを可溶化し、セルロースの結晶構造を開放し、それを加水分解にアクセスできるようにすることができる。この調整する工程は、制御された時間および温度で、パルプと液体を撹拌することによって実施することができる。適切な液体は、イオン液体または深共晶溶媒から選択することができる。その適切な液体は、セロビオースを含むリサイクルされたイオン液体を含むことができる。本明細書でさらに詳細に説明するように、リサイクルされたイオン液体ストリームを処理して、過剰な水および不純物を除去することができる。そのようなリサイクルは、前の反応サイクルからの未反応セロビオースのさらなる加水分解を可能にすることができ、したがって、セルロースからの全ヒドロキシメチルフルフラール収率を最大化することができる。任意選択で、ストリーム１１１を、別の反応容器に移して加水分解１２０を実施することができる。代替的にまたは組み合わせて、加水分解１２０を、加水分解ステップ１００と同じ容器内で実施することができる（図３を参照されたい）。加水分解１２０は、ストリーム１１１への酸および水の添加によって開始させることができる。加水分解が完了した後、例えば水酸化物形態のイオン液体によってｐＨを増大させることができ、水をストリーム１２１に添加して、セルロースが可溶化され得る間に同時溶解されるリグニン残渣の沈殿を引き起こすことができ、このリグニンを１３０で濾過することができ、そして高純度リグニン１２００を収集するために、そのリグニンが濾過されたストリーム１３１を、１４０において回収し精製することができる。ｐＨの増大は、溶媒として使用される塩基形態のイオン液体の添加によって行う（affect）ことができる。ｐＨを変更する前に、フミンを除去するための追加的な濾過を実施することができる。
【００５８】
パルプを、溶融塩溶液中、イオン液体または深共晶溶媒の融点を超える温度で混合することによって、セルロースパルプをイオン液体または深共晶溶媒中に可溶化させることができる。少なくとも５、１０、１５、２０または２５重量／重量のセルロースパルプを溶融イオン液体または深共晶溶媒に添加することができ、それを、１００〜１５０℃の温度で少なくとも３０、４５、６０、９０、１２０  １８０、２４０、３００または３６０分間混合する。
【００５９】
イオン液体中での可溶化に先行して、セルロースパルプを前処理して、残留量のリグニンまたは灰分を除去することができる。残留リグニンは、少なくとも８５、９０、９５または９９％の酸不溶性リグニン重量／全リグニン重量を含むことができる。これらに限定されないが、水または塩基性溶液もしくは酸性溶液での洗浄、任意の酸化剤による漂白あるいは溶媒溶液での洗浄を含む、そのような不純物をさらに除去するのに適した任意のプロセスを適用することができる。
【００６０】
イオン液体は、室温で結晶というよりもむしろ液体である塩である。多くのイオン液体を、本開示の前処理プロセスにおいて使用することができる。イオン液体は、バイオマスの前処理、および熱安定性のセルラーゼによるセルロースの加水分解に適し得る。適切なイオン液体の非限定的な例は、ChemFiles（２００６年）６巻（９号）（これらはＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ；Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩから市販されている）に教示されている。適切なイオン液体には、これらに限定されないが、１−アルキル−３−アルキルイミダゾリウムアルカネート、１−アルキル−３−アルキルイミダゾリウムアルキルスルフェート、１−アルキル−３−アルキルイミダゾリウムメチルスルホネート、１−アルキル−３−アルキルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェート、１−アルキル−３−アルキルイミダゾリウムチオシアネートおよび１−アルキル−３−アルキルイミダゾリウムハライドが含まれ、ここで、「アルキル」は１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０個の炭素原子を含むアルキル基であり、「アルカネート（alkanate）」は１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０個の炭素原子を含むアルカネートである。「アルキル」は、１、２、３または４個の炭素原子を含むアルキル基であってよい。「アルキル」は、メチル基、エチル基またはブチル基であってよい。「アルカネート」は、１、２、３または４個の炭素原子を含むアルカネートであってよい。「アルカネート」はアセテートであってよい。ハライドはクロリドであってよい。
【００６１】
イオン液体は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（ＥＭＩＭアセテート）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド（ＥＭＩＭ  Ｃｌ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェート（ＥＭＩＭ  ＨＯＳＯ３）、１−エチル−ｒ−メチルイミダゾリウムメチルスルフェート（1-ethyl-r-methylimidazolium  methylsufate）（ＥＭＩＭ  ＭｅＯＳＯ３）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムエチルスルフェート（ＥＭＩＭ  ＥｔＯＳＯ３）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート（ＥＭＩＭ  ＭｅＳＯ３）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミネート（1-ethyl-3-methylimidazolium  tetrachloroalumnate）（ＥＭＩＭ  ＡｌＣｌ４）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアネート（ＥＭＩＭ  ＳＣＮ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド（ＢＭＩＭ  Ｃｌ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェート（ＢＭＩＭ  ＨＯＳＯ３）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（ＢＭＩＭ  ＭｅＳＯ３）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムメチルスルフェート（ＢＭＩＭ  ＭｅＯＳＯ３）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミネート（ＢＭＩＭ  ＡｌＣｌ４）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアネート（ＢＭＩＭ  ＳＣＮ）、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムエチルスルフェート（ＥＤＩＭ  ＥｔＯＳＯ３）、トリス（２−ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムメチルスルフェート（ＭＴＥＯＡ  ＭｅＯＳＯ３）、１−メチルイミダゾリウムクロリド（ＭＩＭ  Ｃｌ）、１−メチルイミダゾリウムハイドロジェンスルフェート（ＭＩＭ  ＨＯＳＯ３）、１，２，４−トリメチルピラゾリウムメチルスルフェート、トリブチルメチルアンモニウムメチルスルフェート、酢酸コリン、サリチル酸コリンなどを含むことができる。
【００６２】
イオン液体はクロリドイオン液体を含むことができる。イオン液体はイミダゾリウム塩であってよい。イオン液体は１−アルキル−３−イミダゾリウムクロリド、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドまたは１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド（1-butyl-3-methlimidazolium  chloride）であってよい。
【００６３】
イオン液体は、ピリジニウム塩、ピリダジニウム塩、ピリミジニウム塩、ピラジニウム塩、イミダゾリウム塩、ピラゾリウム塩、オキサゾリウム塩、１，２，３−トリアゾリウム塩、１，２，４−トリアゾリウム塩、チアゾリウム塩、イソキノリウム塩、キノリニウム塩、イソキノリニウム塩、ピペリジニウム塩およびピロリジニウム塩を含むことができる。イオン液体の例示的なアニオンには、これらに限定されないが、ハロゲン（例えば、クロリド、フルオリド、ブロミドおよびヨージド）、擬ハロゲン（pseudoholgen）（例えば、アジドおよびイソシアネート）、アルキルカルボキシレート、スルホネート、アセテートおよびアルキホスフェートが含まれる。
【００６４】
イオン液体は、クロリド形態の場合、それが、弱いルイス酸であり、その水酸化物形態では弱いルイス塩基であるように選択することができる。
【００６５】
イオン液体は、１つの化合物、または化合物の混合物を含むことができる。
【００６６】
セルロースパルプ材料をイオン液体と接触させるステップは、１００〜１６０℃の温度で実施することができる。例えば、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０または１６０℃の温度で。イオン液体と接触させるステップは、０．５時間〜１６時間の期間、または１時間〜１２時間の期間または１時間〜６時間の期間実施することができる。
【００６７】
セルロースパルプは、塩化コリン−クエン酸−クエン酸一水和物系を含む深共晶溶媒に溶解させることができる。溶解のために使用できる塩化コリン−クエン酸−クエン酸一水和物系は、塩化コリン、クエン酸およびクエン酸一水和物を４：１：１（重量）の比で、８５〜９５℃で混合することによって調製することができる。
ｂ）酸加水分解
【００６８】
加水分解は、可溶化されたセルロースの加水分解のための触媒としての酸を添加することによって実施することができる。酸触媒の添加の前に、可溶化されたセルロースを含むイオン液体溶液の温度を調節することができる。この調節は、その溶液を１００、１０５、１１０または１１５℃に冷却することを含むことができる。
【００６９】
酸触媒は、酸性水溶液を含むことができる。酸性水溶液には、これらに限定されないが、塩酸溶液、硫酸溶液およびそれらの混合物が含まれる。酸性水溶液は塩酸溶液であってよい。酸性水溶液は、２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有することができる。酸性水溶液は、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、３または２Ｍ以下の酸濃度を有することができる。酸性水溶液は、２Ｍ以下の酸濃度を有することができる。２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する酸性水溶液を、イオン液体中のセルロースパルプ材料の溶液に添加することができる。２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する酸性水溶液は、イオン液体中のセルロースパルプ材料の溶液に、少なくとも２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する酸性水溶液および水を独立に添加して２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する水溶液を得ることによって形成させることができる。少なくとも２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する酸性水溶液および水を、分割量で、イオン液体中のセルロースパルプ材料の溶液に添加することができる。少なくとも２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する酸性水溶液および水を、ポンプまたは連続添加用の他の手段によって、イオン液体中のセルロースパルプの溶液に連続的に添加することができる。
【００７０】
イオン液体中にセルロースパルプ材料を含む溶液に酸性水溶液を添加することは、６０〜１１０℃の温度で実施することができる。この添加するステップは、０．５〜６時間の期間実施することができる。
【００７１】
イオン液体溶液中の酸濃度は、適切な量の酸および水を、反応の過程にわたって徐々に添加することによって維持することができる。２．０Ｍ〜１２Ｍの濃度を有する酸性水溶液を、イオン液体中のセルロースパルプ材料の溶液に添加することができる。酸性水溶液は、一括でまたは段階的に添加することができる。酸性水溶液は、ポンプまたは連続添加用の他の手段によって、イオン液体中のセルロースパルプの溶液に連続的に添加することができる。
【００７２】
イオン液体中のセルロースパルプ材料の溶液への酸性水溶液の添加は、８０〜１４０℃の温度で実施することができる。
【００７３】
加水分解の最後でのイオン液体溶液は、出発セルロースの少なくとも５０％のグルコース重量収率（weight  yield）、出発セルロースの少なくとも５％のセロビオース重量収率、および出発セルロースの少なくとも１％までのヒドロキシメチルフルフラール重量収率を含むことができる。そのような溶液は、ＵＳ８，７２２，８７８またはＷＯ２０１３／１６６２３７に記載されている。セルロースのグルコースへの加水分解の１００モル収率％は、１１０重量収率％と同等であることに留意すべきである。イオン液体溶液は、少なくとも５０、６０、７０、８０、９０または９５％の、出発セルロースからのグルコースの重量収率を含むことができる。加水分解反応の最後で、イオン液体相中の溶解固形物は、少なくとも９４％のグルコース、少なくとも５〜１０％のセロビオース、少なくとも７〜１２％のヒドロキシメチルフルフラール、１．５％以下のレブリン酸、および１．５％以下のギ酸（すべて重量／重量％乾燥固体）を含むことができる。生成物のセルロース、セロビオース、ヒドロキシメチルフルフラール、レブリン酸およびギ酸の物質収支は、反応混合物をサンプリングし、水で１０倍希釈し、濾過し、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７ＨカラムでのＨＰＬＣに注入することによって定量される。理論重量収率が１１０％である場合、測定される重量収率は少なくとも１０５、１０７、１０９または１１０重量収率％であり得る。説明されている被分析物の高い物質収支は、レブリン酸およびギ酸の検出量以外の、副生成物へのセルロースの有意の損失がないことを示すことができる。この溶液は少量のフミンを含み得る。溶液を、任意のタイプの適切なフィルターで濾過して、固体粒子として存在するフミンを捕捉し除去することができる。
【００７４】
セルロースパルプはリグニン残渣を含むことができ、したがってこのリグニンは、イオン液体溶液中に溶解または半溶解して存在することができる。そのようなリグニンを溶液から除去することが所望され得る。イオン液体溶液は水で１：１〜４：１の比で希釈することができ、水酸化物形態のイオン液体の添加によって、ｐＨを３．３〜４、または〜３．５に調節することができる。例えば、溶媒として使用されるイオン液体が１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドである場合、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヒドロキシドを添加し；溶媒として使用されるイオン液体が１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドである場合、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヒドロキシドを添加するなどである。ｐＨ調節および水での希釈後、リグニンを沈殿させ、適切な任意の濾過ユニットによって濾別することができる。濾液をメチルエチルケトンと水の８０：２０溶液で洗浄し、沈殿物のメチルエチルケトン相中への溶解を引き起こすことができる。その溶液を、強酸性カチオン交換体と接触させて、残留するすべてのイオン液体カチオンを樹脂上に捕捉することができる。次いで、溶解したリグニンを、ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３９５８５およびＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６８８２４に開示されているように回収することができる。
【００７５】
イオン液体の水溶液を水酸化物形態の強塩基性樹脂と接触させることによって、イオン液体をその塩基形態に変換することができる。適切な市販のＳＢＡ樹脂は、Ｆｉｎｅｘ（ＡＳ５１０ＧＣタイプＩ、強塩基性アニオン、ゲル形態）から購入することができる。同様のグレードのものを、Ｌａｎｘｅｓｓ  ＡＧ、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｌｔｄ．（またはＲｏｈｍ＆Ｈａａｓ、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ｃｏｍｐａｎｙ）を含む他の製造業者から購入することができる。マクロ多孔質ＳＢＡ樹脂を、代替的にまたは組み合わせて使用することができる。この樹脂は、水酸化ナトリウム溶液との定期的な接触によって水酸化物形態に再生することができる。イオン液体のその塩基形態へのこの変換は、異なるプロセスステップのｐＨ制御のための必要な塩基のすべてを提供することができ、したがって、イオン液体サイクルにおいて塩を形成することになる水酸化ナトリウムまたは他の塩基を導入する必要性を排除することができる。イオン液体サイクルにおいて形成される塩が増大し、そのサイクルから除去しようとする大きなチャレンジが提起される恐れがあるので、これは有利である可能性がある。
ＩＩ．加水分解物のヒドロキシメチルフルフラールへの変換
【００７６】
本明細書で説明されるような、セルロース加水分解物のヒドロキシメチルフルフラールへの変換プロセスは、ヒドロキシメチルフルフラールを高収率で生産することができる。加水分解物は、クロリドでのイオン液体、水酸化物形態のイオン液体、グルコース、セロビオース、ヒドロキシメチルフルフラール、有機酸および水を含むことができる。この変換プロセスは、ヒドロキシメチルフルフラールの目標高収率を達成するために協働して行われる少なくとも３つのプロセスステップを含むことができる。理論的に、ヒドロキシメチルフルフラールの最高重量収率は、１００モル収率％（炭素収率）と等価な７７．７％重量／重量のセルロースである。本明細書で開示される変換プロセスは、少なくとも５５、６０、６２、６４、６６または６８％重量／重量である、セルロースからのヒドロキシメチルフルフラールの全収率を提供することができる。全体の変換プロセスの例を、図５に概略的に示す。加水分解物からヒドロキシメチルフルフラールへの変換プロセスは、少なくとも以下のステップ：（１）クロマトグラフ分離３１０；（２）異性化３３０；および（３）脱水３５０を含むことができる。この変換プロセスは、これらに限定されないが、濾過、ｐＨ調節、温度制御、加熱もしくは冷却、蒸発または希釈を含む追加のステップを含むことができる。
ａ）クロマトグラフ分離
【００７７】
図６に示されているように、セロビオース、グルコース、ヒドロキシメチルフルフラールおよび有機酸ならびに水およびイオン液体を含む脱酸されたストリーム２５１（図３を参照されたい）を、クロマトグラフ分離３１０へのフィードとすることができる。グルコースの濃度は少なくとも６、７、８、９または１０％であってよく、セロビオースの濃度は１％以下であってよく、ヒドロキシメチルフルフラールの濃度は３％以下であってよく、レブリン酸およびギ酸の濃度はそれぞれ１．５、１、０．１、０．０５％以下であってよく、水の濃度は２０〜３０％（すべて重量／重量）であってよい。グルコースの濃度は２〜５％であってよく、セロビオースの濃度は１％以下であってよく、ヒドロキシメチルフルフラールの濃度は２％以下であってよく、レブリン酸の濃度は０．１％以下であってよく、ギ酸濃度は０．１％以下であってよく、水の濃度は７０％（すべて重量／重量）以下であってよい。
【００７８】
クロマトグラフィーステップは、フィード混合物、ストリーム２５１を３つのストリーム：ヒドロキシメチルフルフラール、有機酸および水を含むストリーム３０１；グルコース、他のサッカリドおよびイオン液体を含むストリーム３０２；ならびにセロビオースおよびイオン液体を含むストリーム３０３に分離することができる。この分離は、フィード混合物中の異なる化合物に対して異なる親和性を有する適切な樹脂を選択し、シミュレーションされた移動床装置において適切なシーケンスのステップを適用することによって達成することができる。１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドおよび１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテートを含むシミュレーションされた移動床（ＳＭＢ）クロマトグラフィーの説明は、Caesによって説明されている（Catalytic  Systems  for  Carbohydrate  Conversion、６章、B.R.  Caes、R.T.  Raines監修、ウィスコンシン大学マディソン校での博士論文、およびN.L.  Maiら、Journal  of  Chromatography  A、１２２７巻（２０１２年）６７〜７２頁）。シミュレーションされた移動床によるイオン液体からのヒドロキシメチルフルフラールの分離の非限定的な例を本明細書で説明する。
【００７９】
大規模クロマトグラフ分離のための２つの方法は、逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィー（ＳＳＭＢ）およびシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーである。両方の方法には、適切な吸着剤を充填し、直列に連結した、いくつかのカラムを使用することができる。フィードおよび溶媒（リサイクルされた溶媒を含み得る）のための入口ポート、および２つまたはそれ超の生成物（または他の分離画分）のための出口ポートがあってよい。分離されるべき混合物溶液の注入は、液体の流れ方向に沿ったカラム間で定期的に切り替え、それによってポートおよび液体に対する吸着剤の連続的な動きをシミュレーションすることができる。シミュレーションされた移動床は、連続向流型の操作であってよい。逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーはより進歩した方法と考えることができ、これは逐次型操作である。シミュレーションされた移動床クロマトグラフィーより優れ、かつ他の古い方法より優れているその利点は、シミュレーションされた移動床法と比較して、逐次的なシミュレーションされた移動床法において必要とされる、より少ない数のカラムを含み得る。これは、より少ない樹脂を必要とし、大きなシステムのための付随する設置費を削減することができる。さらに、逐次的なシミュレーションされた移動床クロマトグラフィーの圧力プロファイルは他の分離技術の圧力プロファイルよりうまく制御することができ、これは、より高感度の樹脂の使用を容易にすることができる。さらに、逐次的なシミュレーションされた移動床システムを使用した場合、達成可能な回収率および／または純度は、シミュレーションされた移動床システムで得られる場合より高くなり得る。
【００８０】
混合物からのヒドロキシメチルフルフラールおよび糖の分別は、強酸性カチオン交換体を使用して遂行することができる。適切な市販の強酸性カチオン樹脂は、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  ＰＣＲ６４２Ｈ、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  ＰＣＲ４５０Ｎａ、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  ＳＳＴＰＣＲ５４１Ｃａ、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  ＰＣＲ１４５Ｎａ）またはＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｌｔｄ（Ｄｏｗｅｘ（登録商標）５０ＷＸ４、プロトン形態またはＤｏｗｅｘ  ９９Ｃａ／３２０、Ｃａ２＋形態）から購入することができ、同様のグレードのものは、Ｌａｎｘｅｓｓ  ＡＧまたはＦｉｎｅｘを含む他の製造業者から購入することができる。強酸性カチオン樹脂は３００ミクロン＋／−７５のサイズであってよい。強酸性カチオン樹脂は、グレード付けされたクロマトグラフ樹脂であってよい。樹脂の形態は、少なくとも６、７、８、９または１０ベッド体積の水の中のそれぞれのイオン液体で樹脂を最初に調整することによって、イオン液体カチオン、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウムカチオンまたは１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムカチオン形態へと交換することができる。フィードストリーム２５１のｐＨを、水酸化物形態のイオン液体の添加によって、ｐＨ３から６へ調節することができる。
ｂ）異性化
【００８１】
フルクトースは、所与の温度で、グルコースをヒドロキシメチルフルフラールへ変換させ得るより高い選択率および変換率でヒドロキシメチルフルフラールに変換することができる。したがって、セルロースからのヒドロキシメチルフルフラールの高い全収率を達成するために、グルコースのフルクトースへの異性化を加速させることが有利であり得る。グルコースのフルクトースへの異性化は、溶解されているかまたは不均一な塩基により触媒されてもよい（異性化反応について、参照により本明細書に組み込まれる：A.J.  Seusabaugh  Jr.、P.L.  Carey、CIM.、１９６７年、２４巻；ＵＳ３，６８４，５７４を参照されたい）。驚くべきことに、制御された量の水酸化物形態のイオン液体を添加することにより水／イオン液体溶液のｐＨを増大させることによって、グルコースのフルクトースへの異性化を触媒することができることが見出された。図５に示されているように、クロマトグラフ分離３１０から流出し、グルコース、水およびイオン液体を含み、７以下のｐＨを有するストリーム３０２を、溶液のｐＨを少なくとも８、９、１０、１１、１２または１３に増大させるため、混合器３２０中で、水酸化物形態のイオン液体を含むストリームおよび水と混合することができる。ｐＨ調節に先行して、ストリーム３０２を、水を蒸発させて指定濃度まで濃縮することができる。得られたストリーム３２１を異性化反応器３３０に移し、そこで、４５〜８０℃もしくは５０〜６０℃または４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０℃の温度で、０．５〜１０時間もしくは５〜７時間、または０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５もしくは１０．０時間撹拌することができる。ストリーム３２１は、１〜１０％または１、２、３、４、５、６、７、８、９、もしくは１０％（重量／重量）のグルコース；１７〜２５％または１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４もしくは２５％（重量／重量）のクロリド形態のイオン液体；および０．１〜１５％または０．１、０．５、１、３、５、７、１０もしくは１５％（重量／重量）の水酸化物形態のイオン液体を含むことができる。そのような条件下でのグルコースのフルクトースへの変換率は、７０〜８５％または７０、７５、８０もしくは８５％超の選択率で、２０〜３０％または２０、２５、２７、２９もしくは３０％（重量／重量）超であってよい。異性化の主要副生成物はマンノースであり、グルコースに対して８〜１３％または８、９、１０、１１、１２もしくは１３％の選択率で形成される。
【００８２】
同じ条件下での異性化のための代替供給源として、任意のグルコース源を使用することができる。グルコース供給源は、バイオマス、例えばコーン、メイズ、ジャガイモ、小麦、大麦、米およびキャッサバに由来する市販のブドウ糖シロップならびに代替のリグノセルロース供給源であってよい。代替のリグノセルロース供給源は、他の加水分解法により加水分解し、精製して、本明細書で開示される加水分解法によりもたらされるグルコースストリームと同様のレベルの純度にすることができる。すなわち、ヘミセルロー系サッカリド、リグニン、灰分、有機酸、抽出物およびグルコース以外の他のバイオマス関連化合物を十分に除去することができる。
ｃ）脱水
【００８３】
フルクトースのヒドロキシメチルフルフラールへの脱水は、強酸性カチオン樹脂の存在下、水／イオン液体溶液中で実施することができる。フルクトースとグルコースの両方を含む混合物を、フルクトースの少なくとも一部がヒドロキシメチルフルフラールに変換され、かつグルコースの少なくとも一部が変換されない化学反応にかけることができる。フルクトースの少なくとも５０〜９９％または５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、８９、９０、９５、９７もしくは９９％をヒドロキシメチルフルフラールに変換することができ、かつグルコースの少なくとも６０〜９９％または６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７もしくは９９％は変換されない。マクロ多孔質強酸性カチオン樹脂を使用することができる。
【００８４】
マクロ多孔質強酸性カチオン樹脂は、いくつかの供給業者、例えばＰｕｒｏｌｉｔｅ  ＰＣＲ１４５Ｋ  ＳＡＣマクロ多孔質−Ｃ１４５型、特殊グレード、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  ＮＲＷ１６００、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ２００、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ２５２およびＡｍｂｅｒｌｉｔｅ  ＦＰＣ２３ならびに他の供給業者から市販されている。強酸性カチオン樹脂の少なくとも一部はイオン液体カチオン形態であってよい。樹脂は、定期的に再生して少なくとも一部をイオン液体カチオン形態にし、連続的性能を可能にすることができる。グルコースが反応して望ましくない副生成物にならないようにしながら、フルクトースを脱水してヒドロキシメチルフルフラールにすることができる。
【００８５】
脱水に先行して、溶液のｐＨを、溶液をプロトン形態の弱酸性カチオン（ＷＡＣ）樹脂と接触させることによる酸性へのｐＨ調節３４０によって調節することができる。この接触する工程はまた、イオン液体カチオンが、樹脂によって放出されたプロトンと交換するので、その樹脂のイオン液体カチオン形態への少なくとも部分的な変化ももたらすことができる。酸を直接添加することによって、ストリーム３４１のｐＨをさらに低下させることができる。この酸は、イオン液体のアニオン部分と同じであるように選択することができる。例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドまたは１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドが使用されるイオン液体である場合、その酸は塩酸であってよい。ｐＨを調節すること３４０によるｐＨの調節は、イオン液体をリサイクルすること、およびプロセスの全体的酸消費を少なくとも３０〜６０または３０、４０、５０もしくは６０％低減することを可能にする。その理由は、ｐＨを調節すること３４０で使用された樹脂を、以下でさらに説明されるその後のプロセスストリームにおいて生成してプロトン形態に戻すことができるからである。
【００８６】
ストリーム３４１中の水の量は、水の蒸発または水の添加によって制御することができる。調節されたストリーム３４１を脱水３５０に移して脱水することができる。ストリーム３４１は、４〜１０％のグルコース、１〜４％のフルクトース、１５〜４５％の水（すべて重量／重量）を含むことができる。脱水３５０は、脱水反応の開始時に５〜１５％（重量／重量）のマクロ多孔質強酸性カチオン樹脂を含むことができる。溶液を、５０〜１００、７０〜９０、７５〜８５または５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５もしくは１００℃で、３０〜１８０、７０〜１２０または８０〜１００分間撹拌して、少なくとも７５〜９９％または７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８もしくは９９％のヒドロキシメチルフルフラールへの選択率で、少なくとも８５〜９８％または８５、９０、９５、９６、９７もしくは９８％のフルクトースの変換率を達成することができる。追加的な量の酸を脱水反応器に添加することができる。同じ条件下でのグルコースの変換率は、５、４、３、２または１％以下であってよく、物質収支において占められる全糖は、少なくとも９０、９２、９４、９６、９８または９９％であってよい。多孔質強酸性カチオン樹脂は、反応の最後に溶液から分離することができる。強酸性カチオン樹脂は、プロトンの少なくとも一部を、イオン液体カチオンと徐々に交換することができる。交換された強酸性カチオン樹脂は、塩酸溶液と接触させ、それによってイオン液体カチオンを溶液に放出させることによって再生することができる。放出されたイオン液体カチオンを含むこの消費された酸溶液を、調整する工程および加水分解１００にリサイクルして戻すことができる。このリサイクルする工程は、イオン液体の損失を防止し、プロセス全体における酸インプットを減少させることができる。
【００８７】
得られるストリーム３５１は、３〜１０％のグルコース、０．２％以下のフルクトース、１５〜４５％の水および１〜３％のヒドロキシメチルフルフラールを含むことができ、１以下のｐＨを有する酸性として特徴付けることができる。ストリーム３５１のｐＨを、少なくとも部分的にイオン液体カチオンを予めロードされた弱酸性カチオン樹脂を用いてｐＨを調節すること３４０により２〜３に調節し、こうして弱酸性カチオン樹脂をそのプロトン形態に再生することができる。脱水前に溶液のｐＨを低下させ、脱水後に溶液のｐＨを増大させるための弱酸性カチオン樹脂のこのスイング様の使用は、このプロセスの全体の酸インプットを少なくとも３０、４０、５０または６０％削減することを可能にすることができる。弱酸性カチオン樹脂を、酸を用いて定期的に再生して、連続的な性能を可能にすることができる。酸およびイオン液体カチオンを含む再生溶液を、調整する工程および加水分解１００にリサイクルさせることができる。
ＩＩＩ．グルコースの分離および精製
【００８８】
ヒドロキシメチルフルフラールへの変換以外の目的のために使用する精製グルコース生成物として、加水分解されたセルロースパルプの一部を取り込むことが所望され得る。グルコースは、発酵および化学的変換プロセスのためのフィードとして、ならびに食品のためのフィードとして、プロセスにおいて多くの用途を有している。
【００８９】
セルロースパルプのヒドロキシメチルフルフラールへの全般的な変換への追加的な生成物ストリームとして、グルコースを生産するプロセスを図６に示すが、これは、図５で示したものに対する代替的プロセスである。ストリーム３０２の一部をストリーム３１１に迂回させることによって、両方のプロセスを並行して実行することができる。ストリーム３１１は１〜８％のグルコースを含むことができ、ストリーム３１６およびストリーム３１７が得られるように、１５〜４０％のイオン液体を第２のクロマトグラフィー分離にフィードすることができる。ストリーム３１６は、水中において優勢に、５、４、３、２、１または０．５％以下のイオン液体濃度を有するグルコースであってよい。ストリーム３１７を迂回させて変換プロセス３００に戻すことができる。各クロマトグラフィー分離を、フィードの全体濃度、および分離しようとする化合物の特定の濃度について最適化することができる。第２のクロマトグラフィー分離のために使用される樹脂は、第１のクロマトグラフィー分離で使用されるものと同じであってよい。あるいは、異なる樹脂を使用することができる。さらに、グルコース生成物の全体収率または純度を増大させるために、当該技術分野で公知であるように、フローパラメーターを各クロマトグラフィー分離について変化または最適化させることができる。
【００９０】
ストリーム３１６を、グルコース精製工程へ移すことができる。精製する工程は、このストリームを、強酸性カチオン樹脂、ＷＢＡ樹脂、混床樹脂もしくは活性炭と少なくとも１回接触させるか、または蒸発によって達成することができる。ストリームを最初に強酸性カチオン樹脂と接触させて残留イオン液体カチオンを捕捉することができ、これらの残留量をプロセスにリサイクルさせることができ；ストリーム３１６をアニオン交換体と接触させて酸性を中和し、残留有機酸を除去することができる。アニオン交換体は、ＷＢＡ樹脂または液体アニオン交換体、例えばアミン抽出有機相から選択することができる。イオン交換体の選択は、このプロセスステップの効率性および経済性に基づくことができ、例えば、溶液中の有機酸の量が糖重量に対して０．１重量％超である場合、液体アニオン交換体が好ましくあり得ある。活性炭を、有機不純物を除去するために使用することができる。強酸性カチオンを、残留カチオンを除去するために使用することができる。第２のＷＢＡを、中和するために使用することができる。蒸発を使用して、３０〜５０％の溶解固形物を得ることができる。混床樹脂を、仕上げ（polish）のために使用することができる。最終的な蒸発を使用して水中７０％のグルコース溶液を得ることができる。
【００９１】
これらに限定されないが、例えば図５および図６に示されているようなグルコース生成物組成物を含む組成物が本明細書で提供される。
【００９２】
本明細書で提供される組成物は、ｉ）少なくとも９５％のＣ６炭水化物（重量／乾燥固体）；ｉｉ）少なくとも９０％のモノサッカリド（重量／乾燥固体）；ｉｉｉ）少なくとも９０％のグルコース（重量／乾燥固体）；ｉｖ）非グルコースＣ６炭水化物の少なくとも９０％がマンノース（重量／重量）である、少なくとも１つの非グルコースＣ６炭水化物；およびｖ）イオン液体カチオン、イミダゾール、イミダゾール誘導体、イミダゾール−糖アジュバント、ヒドロキシメチルフルフラールまたは溶媒Ｓ３から選択される少なくとも１００ｐｐｂのマーカー分子を含むことができる。
【００９３】
いくつかの例では、上記組成物は、９９％以下のＣ６炭水化物（重量／乾燥固体）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、９５〜９９％または９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８もしくは９９％のＣ６炭水化物（重量／乾燥固体）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、９９％以下のモノサッカリド（重量／乾燥固体）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、９０〜９９％または９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８もしくは９９％のモノサッカリド（重量／乾燥固体）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、９９％以下のグルコース（重量／乾燥固体）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、９０〜９９％または９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８もしくは９９％のグルコース（重量／乾燥固体）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、非グルコースＣ６炭水化物（重量／重量）に対して９９％以下のマンノースを含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、非グルコースＣ６炭水化物（重量／重量）に対して９０〜９９％または９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８もしくは９９％のマンノースを含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、イオン液体カチオン、イミダゾール、イミダゾール誘導体、イミダゾール−糖アジュバント、ヒドロキシメチルフルフラールまたは溶媒Ｓ３から選択される、５０００ｐｐｍ（５，０００，０００ｐｐｂ）のマーカー分子を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、イオン液体カチオン、イミダゾール、イミダゾール誘導体、イミダゾール−糖アジュバント、ヒドロキシメチルフルフラールまたは溶媒Ｓ３から選択される、１００ｐｐｂ〜５０００ｐｐｍ（５，０００，０００ｐｐｂ）のマーカー分子を含むことができる。
【００９４】
いくつかの例では、上記組成物は、水中７０％のグルコース溶液を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、少なくとも９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６または９７％のＣ６糖を含むことができる。糖の少なくとも６０、７０、８０または９０重量／全糖重量％はグルコースであってよく、残りの糖の少なくとも９０、９５または９８％はマンノースであってよい。糖の少なくとも９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７または９８％はモノマーの形態であってよい。いくつかの例では、上記組成物は、イオン液体カチオン、イミダゾール、イミダゾール誘導体、イミダゾール−糖アジュバント、ヒドロキシメチルフルフラールまたは溶媒Ｓ３から選択される少なくとも１００ｐｐｂのマーカー分子を含むことができる。
ＩＶ．ヒドロキシメチルフルフラールの回収
【００９５】
図３、図５および図６におけるストリーム３０１は、ヒドロキシメチルフルフラールを含み得る生成物ストリームであってよい。生成物ストリーム中のヒドロキシメチルフルフラールの濃度は、低くてよく、代表的には、５、４、３、２または１％（重量／重量）以下であってよい。ストリーム３０１は、ヒドロキシメチルフルフラールまたはフルフラールの分解によって生成した残留量の有機酸、例えばギ酸およびレブリン酸を含み得る。ヒドロキシメチルフルフラールを回収し、それを、この高度に希釈された溶液から回収するための費用効率の高い方法を実行することが所望され得る。図７は、希薄ストリームからのヒドロキシメチルフルフラールの効率的かつエネルギー効果的な回収のためのシステムおよびプロセスを示す。ヒドロキシメチルフルフラールに対して高い親和性を有すると報告されている非官能性ポリマー（ＮＦ）樹脂を、希薄水溶液からヒドロキシメチルフルフラール生成物を吸着し、したがってトラップの機能を果たす吸着濃縮４１０において使用することができる。適切な非官能性ポリマー樹脂は、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  Ｈｙｐｅｒｓｏｌ−Ｍａｃｒｏｎｅｔ（登録商標）ＭＮ２００、または当該技術分野で使用される他の任意の類似の非官能性ポリマー樹脂であってよい。この非官能性ポリマー樹脂は、脱プロトン化された場合、有機酸を捕捉しない。したがって、ｐＨを有機酸の脱プロトン化ｐＨより高く制御することによって、濯ぎ液でこれらの有機酸を溶出させながら、ヒドロキシメチルフルフラールを捕捉する。溶液のｐＨは、非官能性ポリマー樹脂と接触させる前に、水酸化物形態のイオン液体を混合することによって６．５〜７．５に調節することができる。その樹脂がほぼ全容量または全容量に達したら、捕捉されたヒドロキシメチルフルフラールを、８０：２０〜９９：１の比のずっと少ない体積の溶媒Ｓ２：水溶液で、樹脂から脱着させることができる。
【００９６】
溶媒Ｓ２は、ヒドロキシメチルフルフラールを可溶化させる能力を有することにより特徴付けることができる。溶媒Ｓ２は、共沸混合物の沸点が、最大で９０℃であり、溶媒Ｓ２の沸点より低い、水との不均一共沸混合物の形成により特徴付けることができる。溶媒中の水溶解度は低く、かつ水相中の溶媒溶解度は低いことが好ましい。溶媒Ｓ２は、酢酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロパノール、１−ブタノール、２−ブタノールまたはそれらの組合せから選択することができる。溶媒Ｓ２は酢酸エチルであってよい。
【００９７】
非官能性ポリマー樹脂を、ヒドロキシメチルフルフラールを回収し、有機酸を除去するために使用することができ、そこで酢酸エチルは再生媒体の役割を果たすことができる。ストリーム３０１と比較してストリーム４１１の溶媒重量を２、４、６、８、１０、２０、５０または１００分の１削減できるので、また、水と酢酸エチルの相対部数を１００％重量／重量から３〜４％重量／重量へ削減することもできるので、４１０の吸着−脱着作用は、ヒドロキシメチルフルフラールを回収するためのエネルギーコストを、少なくとも５、７、１０、１５または２０分の１削減することができる。ストリーム４１１を蒸留４２０へ移し、そこで、酢酸エチルを７０．４または７０、７０．４、７０．５もしくは７１℃で沸騰留去（boiled  off）させることができる。蒸気ストリーム４２１をデカンティング４３０に移して、水を溶媒から分離することができる。得られたストリーム４３２は９７：３の酢酸エチル：水を含むことができ、次いで、さらなる使用のためにリサイクルさせることができる。水相４３１を、ストリッパー４１５に移して、ストリーム４１７を介して残留量の溶媒を蒸発させることによって除去することができる。ストリーム４１６を、プロトン形態の弱酸性カチオン樹脂と接触させてカチオン交換４４０で残留イオン液体カチオンを捕捉することができ、これを、その弱酸性カチオン樹脂を酸と接触させて再生し、イオン液体カチオンを加水分解へリサイクルすることができる。イオン液体カチオンをストリッピングされた水性ストリームを排水処理プラントへ移送することができ、そこで有機酸を発酵させてメタンを生成させることができる。蒸留の前、その間またはその後に、より高い沸点の溶媒を、ヒドロキシメチルフルフラールの使用の次のステージのために必要となる、ヒドロキシメチルフルフラールのための適切な共溶媒として添加することができる。より高い沸点の溶媒は、２−ブタノール、２−プロパノール、テトラリンもしくは水またはそれらの組合せから選択することができる。より高い沸点の溶媒は２−ブタノールであってよい。生成物１１００は、少なくとも５、１０、１５、２０、２５または３０％のヒドロキシメチルフルフラールを含むことができる。生成物１１００はまた、酢酸エチル、水、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、グルコース、フルクトース、マンノース、または糖およびイオン液体カチオンの付加物から選択される少なくとも５０ｐｐｂのマーカー分子を含むことができる。生成物１１００は、酢酸エチル、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、グルコース、フルクトースまたはマンノースから選択される少なくとも５０ｐｐｂのマーカー分子も含むことができる。
【００９８】
これらに限定されないが、例えば図７に示されているような生成物１１００を含む組成物が、本明細書で提供される。
【００９９】
本明細書で提供される組成物は、少なくとも５％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）および９５％以下の溶媒（重量／重量）を含むことができ、溶媒は、２−ブタノール、２−プロパノール、テトラリンもしくは水またはそれらの組合せから選択される。いくつかの例では、上記組成物は、酢酸エチル、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、レブリン酸、ギ酸、グルコース、フルクトースまたはマンノースから選択される少なくとも５０ｐｐｂのマーカー分子を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、５０％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、５〜５０％または５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５もしくは５０％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、１０％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、５〜１０％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、酢酸エチル、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、レブリン酸、ギ酸、グルコース、フルクトースまたはマンノースから選択される５０００ｐｐｍ（５，０００，０００ｐｐｂ）のマーカー分子を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、酢酸エチル、イオン液体カチオン、フルフラール、レブリン酸アニオン、ギ酸アニオン、レブリン酸、ギ酸、グルコース、フルクトースまたはマンノースから選択される５０ｐｐｂ〜５０００ｐｐｍ（５，０００，０００ｐｐｂ）のマーカー分子を含むことができる。
Ｖ．イオン液体のリサイクル
【０１００】
それらは代表的には揮発性または可燃性ではないので、また、一部のイオン液体がそれらの低い環境毒性に起因して環境的に安全であるので、イオン液体は、従来の溶媒より反応媒体としての利点を有している。特定のイオン液体は、結晶性セルロースを溶解させるのに非常に効果的であり得る。イオン液体の潜在的な欠点は高いコストであり得る。イオン液体の浪費、および付随するコストの増大を回避するために、本明細書で開示されるプロセスでのイオン液体の非常に効果的なリサイクルを設計することが有益であり得る。イオン液体を捕捉および／またはリサイクルする方法およびプロセスが本明細書で提供される。
ａ）希薄水性ストリームにおけるイオン液体カチオンの捕捉
【０１０１】
イオン液体を捕捉する工程および／またはリサイクルする工程は、イオン液体カチオン、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウムカチオンまたは１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムカチオン形態の吸着を引き起こすために、各希薄水性ストリーム（例えば、廃棄物処理に向けられる希薄水性ストリーム）を弱酸性カチオン樹脂で処理するステップを含むことができる。イオン液体カチオンは、樹脂を酸ストリームと接触させることによって再生することができるか、あるいは、そのプロセスにおける水および酸の全体的な使用を低減するために、そのようなストリームは、過剰のプロトンを有する強酸性カチオン樹脂溶出液ストリームであってよい。
ｂ）セルロース可溶化のためのイオン液体のリサイクル
【０１０２】
本明細書で開示されるプロセスは水を使用することを含むことができ、セルロースが加水分解される前に水がセルロースを沈殿させるので、セルロース可溶化のためのリサイクルの間にイオン液体から水を除去することが所望され得る。水の除去は、イオン液体および水と混合し、水と不均一共沸混合物を形成する溶媒Ｓ３を添加することによって遂行することができ、その共沸混合物の沸点は１００ｍｍＨｇで１００℃以下であってよく、水との溶媒混和性は１％以下であってよい。溶媒Ｓ３は、ヒドロキシ、オキソ、ニトリルまたはハライドから選択される少なくとも１つの置換基で置換された直鎖状または分枝状Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１またはＣ１２アルキルであってよい。溶媒Ｓ３は、ヒドロキシ、オキソ、ニトリルまたはハライドから選択される少なくとも１つの置換基で置換された直鎖状または分枝状Ｃ５、Ｃ６またはＣ７アリールであってよい。溶媒Ｓ３は、シクロヘキサノール、２−エチル−１−ヘキサノール、塩化ヘキシル、ブチロニトリル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジイソブチルケトン、ジプロピルケトン、メシチルオキシド、メチルアミルケトン、２，４−ペンタンジオン（2,4-pentandione）、２，３−ジクロロプロパノール、ジクロロペンタジエン、エチルベンゼン、スチレンまたはキシレンから選択することができる。共沸混合物蒸留は、減圧下、１００、８０または６０℃以下で実施することができる。１ｋｇの水を蒸発させるためのエネルギー必要量を、イオン液体相から水を直接蒸発させるのに要するエネルギーの８０、７０、６０、５０または４０％以下に削減することができる。
【０１０３】
これに限定されないが、例えば図８に示されているようなストリーム５０１を含む組成物が本明細書で提供される。
【０１０４】
本明細書で提供される組成物は、ｉ）少なくとも９５％のイオン液体（重量／重量）；ｉｉ）０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下のフルクトース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）；ｖ）４％以下の水（重量／重量）；およびｖｉ）２％以下の溶媒Ｓ３（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、上記組成物は、ｉ）少なくとも９５％のイオン液体（重量／重量）；ｉｉ）０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下のフルクトース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）；ｖ）４％以下の水（重量／重量）；ｖｉ）２％以下の溶媒Ｓ３（重量／重量）；ならびに以下の特徴：ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；ｉｉ）０．１％以下のマンノース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のレブリン酸（重量／重量）；およびｖ）０．１％以下のギ酸（重量／重量）の少なくとも１つを含むことができる。
【０１０５】
いくつかの例では、上記組成物は、ｉ）少なくとも９５％のイオン液体（重量／重量）；ｉｉ）０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下のフルクトース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）；ｖ）４％以下の水（重量／重量）；ｖｉ）２％以下の溶媒Ｓ３（重量／重量）；ならびに以下の特徴：ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；ｉｉ）０．１％以下のマンノース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のレブリン酸（重量／重量）；およびｖ）０．１％以下のギ酸（重量／重量）の少なくとも２つを含むことができる。
【０１０６】
いくつかの例では、上記組成物は、ｉ）少なくとも９５％のイオン液体（重量／重量）；ｉｉ）０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）；ｉｉｉ）０．１％以下のフルクトース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）；ｖ）４％以下の水（重量／重量）；ｖｉ）２％以下の溶媒Ｓ３（重量／重量）；ならびに以下の特徴：ｉ）０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；ｉｉ）０．１％以下のマンノース（重量／重量）；ｉｖ）０．１％以下のレブリン酸（重量／重量）；およびｖ）０．１％以下のギ酸（重量／重量）の少なくとも３つを含むことができる。
【０１０７】
いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも９４、９５、９６、９７、９８または９９％のイオン液体（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、９９．７％以下のイオン液体（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、９５〜９９．７％のイオン液体（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも０．００１％のフルクトース（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．００１〜０．１％または０．００１、０．００５、０．０１、０．０５もしくは０．１％のフルクトース（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも０．００１％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．００１〜０．１％または０．００１、０．００５、０．０１、０．０５もしくは０．１％のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも０．４％の水（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．４〜４％または０．４、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５もしくは４％の水（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも０．２％の溶媒Ｓ３（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．２〜２％または０．２、０．５、１、１．５もしくは２％の溶媒Ｓ３（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも０．００１％のマンノース（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．００１〜０．１％または０．００１、０．００５、０．０１、０．０５もしくは０．１％のマンノース（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、少なくとも０．００１％のレブリン酸（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．００１〜０．１％または０．００１、０．００５、０．０１、０．０５もしくは０．１％のレブリン酸（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．００１％のギ酸（重量／重量）を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．００１〜０．１％または０．００１、０．００５、０．０１、０．０５もしくは０．１％のギ酸（重量／重量）を含むことができる。
【０１０８】
いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、セロビオース、グルコース、フルクトース、マンノース、ヒドロキシメチルフルフラール、レブリン酸、ギ酸、水または溶媒Ｓ３から選択される少なくとも１つの化合物を含むことができる。いくつかの例では、本明細書で提供される組成物は、０．１〜２％のセロビオース（重量／重量）；０．１〜３％のグルコース（重量／重量）；０．１、０．０５または０．０１％以下のフルクトース（重量／重量）；０．１、０．０５または０．０１％以下のマンノース（重量／重量）；０．１、０．０５または０．０１％以下のヒドロキシメチルフルフラール（重量／重量）；０．１、０．０５、０．０１、０．００５または０．００１％以下のレブリン酸（重量／重量）；０．１、０．０５、０．０１、０．００５または０．００１％以下のギ酸（重量／重量）；０．１、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５または４％の水（重量／重量）；および２、１、０．５、０．１または０．０５％以下の溶媒Ｓ３（重量／重量）を含むことができる。
【０１０９】
いくつかの例では、溶媒Ｓ３は、シクロヘキサノールである。
【実施例】
【０１１０】
本発明の好ましい実施形態を本明細書で示し説明してきたが、そのような実施形態は単に例として示されていることは当業者に明らかである。本発明を逸脱することなく、多くの改変、変更および置換がここで当業者に想起されよう。本明細書で説明される本発明の実施形態に対する様々な代替案を、本発明の実践において使用することができることを理解すべきである。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を定義するものであり、これらの特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内の方法および構造はそれによってカバーされるものとする。
（実施例１）
マツおよびユーカリから誘導されたセルロース残余パルプの組成
【０１１１】
新鮮な木材チップを高圧反応器に供給し、０．３〜０．５％のＨ２ＳＯ４および０．２％のＳＯ２を含む溶液中、１３５〜１４５℃で１〜３時間加熱した。残留した固体を、ヘミセルロース糖、灰分、有機酸、酸可溶性リグニンおよび抽出物を含む液体から分離した。固体を新しい酸溶液で洗浄し乾燥した。
【０１１２】
次いで、残留するリグノセルロース物質を、１：１のメチルエチルケトン：水および０．５〜１．５％（重量／重量）の酢酸を含む溶液中、１６０〜２１０℃で１〜３時間加熱した。残留するパルプを収集し、水飽和メチルエチルケトンで洗浄し乾燥した。得られたセルロースパルプの組成物を、ＮＲＥＬ法ＴＰ−５１０−４２６１８に従って特性評価した。灰分は、ＮＲＥＬ法ＴＰ−５１０−４２６２２に従って決定した。
【表１Ａ】
2017537119.tif 000003
【表１Ｂ】
2017537119.tif 000004
（実施例２）
ユーカリから誘導されたセルロース残余パルプの組成
【０１１３】
実施例１に記載されているように、ユーカリ原料を処理して、ヘミセルロース糖、灰分および酸可溶性リグニンを抽出した。リグノセルロース系残留物をミリングして約１４００ミクロンの粉末を得た。約２０ｇの５％水分のミリングした粉末を加圧反応器へ投入した。１００ｇの水および８０ｇのメチルエチルケトンを反応器に加え、全液体に対して酢酸０．５％〜２．５％ｗｔ／ｗｔを加えた。反応器を１６０〜１９０℃で１〜３時間加熱した。反応器を冷却し、固体と液体を分離した。固体を、追加量の飽和ＭＥＫ水溶液で洗浄し、真空下で乾燥させた。
【０１１４】
残留固体中のセルロースおよびリグニンの量を、ＮＲＥＬ／ＴＰ−５１０−４２６１８に従って測定した。結果は、リグニンの抽出における反応条件の高い効率を示しており、最適条件下で、５％未満のリグニン（重量／重量）固体を残して、２％もの低い値も達成可能である。
【表２】
2017537119.tif 000005
（実施例３）
ユーカリから誘導されたセルロース残余パルプの組成
【０１１５】
実施例２の手順を１５倍スケールアップして、７リットル加圧反応器にした。ヘミ枯渇（hemi-depleted）ユーカリを粉砕し、種々の反応条件を試験し、得られたパルプの組成を特性評価した。結果を表３にまとめる。
【表３】
2017537119.tif 000006
（実施例４）
バガスから誘導されたセルロース残余パルプの組成
【０１１６】
バガスを、複数サイクルのせん断処理にかけることによって脱灰し、高圧で洗浄して石、砂および灰分を除去した。得られた脱灰バイオマスを、０．５％のＨ２ＳＯ４（１６：１重量／重量）で、１３５〜１４５℃で０．５〜３時間加熱してヘミセルロース、ＡＳＬ、有機酸および残留灰分を抽出した。次いで、残留リグノセルロース物質を、１：１メチルエチルケトン：水および０．５〜１．５％（重量／重量）の酢酸を含む溶液中、１６０〜２１０℃で１〜３時間加熱した。残留パルプを収集し、水飽和メチルエチルケトンで洗浄し乾燥した。得られたセルロースパルプの組成を、ＮＲＥＬ法ＴＰ−５１０−４２６１８に従って特性評価した。灰分は、ＮＲＥＬ法ＴＰ−５１０−４２６２２に従って決定した。
【表４】
2017537119.tif 000007
（実施例５）
セルロース残余パルプの溶解特性
【０１１７】
パルプを、Ａｖｉｃｅｌ  ＰＨ−２００との比較において、水およびエーテル中へのそれらの溶解度により特性評価した。結果を表５にまとめる。
【表５】
2017537119.tif 000008
*オンラインで公開されている:  http://www.signetchem.com/downloads/datasheets/Fmc-biopolymer/Avicel-Ph-200-Specifications.pdf
（実施例６）
バガスおよびユーカリから誘導されたセルロース残余パルプの組成
【０１１８】
最初にヘミセルロースを抽出し、次いでリグニンを抽出するために、バガスおよびユーカリ原料を実施例１と同様に処理した。セルロース残余パルプを特性評価した。結果を表６にまとめる。
【表６】
2017537119.tif 000009
（実施例７）
ヒドロキシメチルフルフラール／グルコース／セロビオース／イオン液体のクロマトグラフィー分離
【０１１９】
グルコース、ヒドロキシメチルフルフラール、セロビオースおよび１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドの混合物を、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム形態の樹脂ＰＣＲ−６４２に通した。２．５ｃｍの直径で２４０ｍＬの体積を使用して、稼働を６０℃で実行した。カラムを、脱イオン水で８ｍｌ／分の速度で溶出させた。合計６００ｍＬについて、１０ｍＬの画分を収集し、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７ＨカラムでＨＰＬＣにより分析した。得られたプロファイルは図９で見られる。
（実施例８）
グルコースのフルクトースへの異性化
【０１２０】
水中の２２％の１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドおよび３％のグルコース溶液を、１０％の１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヒドロキシドストック溶液を用いて所望ｐＨまで滴定した。３．０ｇのストック溶液を、撹拌子および気密キャップを備えた５つのガラス容器に量り込んだ。反応物を、取りあげた１つの容器で加熱し、毎回冷却した。各水性試料を０．１Ｍ塩酸溶液（水中）で１０倍に希釈して、塩基を中和し、試料をＡｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｈカラムおよび／またはＤｉｏｎｅｘ  ＣａｒｂｏＰａｃ  ＳＡ−１０カラムＨＰＡＥに注入するために濾過し、パルスアンペロメトリー検出器（ＰＡＤ）により検出した。結果を表６にまとめる。Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｈカラムは、フルクトース、マンノースおよびキシロース（糖中のＣ５不純物）を分離しない。高い非グルコース糖選択率を有する試料をＤｉｏｎｅｘ上で分離してフルクトース、マンノースおよびキシロースを区別した。
【表８】
2017537119.tif 000010
（実施例９）
フルクトースのヒドロキシメチルフルフラールへの脱水
【０１２１】
フルクトース、グルコース、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドおよび水を含む溶液の脱水反応を、触媒として強酸性カチオン樹脂を使用して実施した。反応条件および生成物を表９にまとめる。データは、フルクトースのヒドロキシメチルフルフラールへの高い特異的変換を示しており、グルコースはほとんど変化していないことを示す。試験した強酸性カチオン樹脂は、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ  ＣＴ２７５ＤＲ  ＳＡＣ樹脂またはＲｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ  Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ−１５であった。
【表９】
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（実施例１０）
ヒドロキシメチルフルフラールの回収および精製
【０１２２】
約３０ｍＬのＰｕｒｏｌｉｔｅ  Ｈｙｐｅｒｓｏｌ−Ｍａｃｒｏｎｅｔ（登録商標）ＭＮ２００、５３５±８５μｍ、非官能性樹脂をビーカー中、脱イオン水で３０分間洗浄した。１５ｍＬの洗浄された樹脂を２５ｍＬカラムに充填した。樹脂を、２ベッド体積（ＢＶ）の水を用いて、０．８ｍＬ／分でフラッシュした。フィード溶液を表１０に従って作製し、そのフィード溶液をｐＨ７に調節した。フィードを０．８ｍＬ／分でカラムにロードした。合計２０ＢＶをカラムに通過させ、１ＢＶの試料に分画した。試料を濾過し、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｈカラムを備えたＨＰＬＣにより分析した。有機酸は、樹脂により吸着されることなくカラムを通過した。ＢＶ３後での有機酸濃度は、フィード中の濃度と一致していた。カラム中に残っていた濯ぎ洗浄液により希釈されていたため、最初の２ベッド体積中の有機酸濃度はフィードより低かった。ＢＶ１７まで、さらにはより高いＢＶまで、溶出液中でヒドロキシメチルフルフラールは検出されなかった。これは、樹脂の容量が完全にロードされていたことを示している。
【表１０】
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（実施例１１）
ヒドロキシメチルフルフラール／グルコース／セロビオース／イオン液体／有機酸のクロマトグラフィー分離
【０１２３】
表１１に示すような組成を有するグルコース、ヒドロキシメチルフルフラール、セロビオースおよび１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドの８ｍｌの混合物を、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム形態の樹脂ＰＵＲＯＬＩＴＥ  ＰＣＲ６４２Ｈに通した。２．５ｃｍの直径で２５０ｍＬの体積を使用して、稼働を６０℃で実行した。カラムを、脱イオン水で８ｍｌ／分の速度で溶出させた。合計６００ｍＬについて、１０ｍＬの画分を収集し、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７ＨカラムでＨＰＬＣにより分析した。得られたプロファイルは図１０で見られる。
【表１１】
2017537119.tif 000013
（実施例１２）
グルコースと１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドのクロマトグラフィー分離
【０１２４】
グルコースと１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドの混合物を、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム形態の樹脂ＰＣＲ−６４２Ｈに通した。２．５ｃｍの直径で２４０ｍＬの体積を使用して、稼働を６０℃で実行した。カラムを、脱イオン水で８ｍｌ／分の速度で溶出させた。合計６００ｍＬについて、１０ｍＬの画分を収集し、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７ＨカラムでＨＰＬＣにより分析した。得られたプロファイルは図１１で見られる。
（実施例１３）
グルコースの回収および精製
【０１２５】
１〜８％のグルコース、１５〜４０％の１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、約１％のレブリン酸および約１％のギ酸の混合物を、強酸性カチオン樹脂クロマトグラフィーユニットに供給する。０．５〜５％の低い１−エチル−３−メチルイミダゾリウム濃度を有する溶液を作製し、続いて第２の強酸性カチオン樹脂クロマトグラフィーユニットと接触させて、残留する１−エチル−３−メチルイミダゾリウムカチオンを捕捉する。得られた混合物のｐＨを６〜７に中和し、アミン抽出有機相を使用して残留するレブリン酸およびギ酸を除去する。活性炭を使用して残留有機不純物を除去する。混合物を蒸発ユニット中で蒸発させて４０％の溶解固形物、および水中９０％のグルコースの溶液を得る。
（実施例１４）
セルロース可溶化のためのイオン液体のリサイクル
【０１２６】
２−エチル−１−ヘキサノールを、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、水および糖のストリームに添加する。このストリームを蒸留ユニットに供給し、そこで、圧力を１２５トールに調節するために真空ポンプを使用して、共沸蒸留を実施して１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムを除去する。２−エチル−１−ヘキサノールの沸点は１８５℃であり、水と２−エチル−１−ヘキサノールの両方の共沸沸点は９９．１℃である。共沸混合物中の２−エチル−１−ヘキサノールの組成は２０％（重量／重量）であり、水は残りの８０％である。１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムをセルロース残余パルプ前処理へリサイクルさせる。リサイクルされた１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムの組成を表１４に示す。
【表Ａ】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017537119.tif 000021
【図８】
2017537119.tif 000022
【図９】
2017537119.tif 000023
【図１０】
2017537119.tif 000024
【図１１】
2017537119.tif 000025
【図１２】
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【国際調査報告】
2017537119.tif 000027
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2017537119.tif 000029