離子液體中糖類催化轉(zhuǎn)化制備5-羥甲基糠醛.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴重，要求人們?nèi)ヌ剿骱烷_發(fā)能替代化石資源的可再生資源。生物質(zhì)，地球上唯一以有機碳形式存在的可再生資源，近年來被認為是最有前途的可再生石化替代能源。儲量豐富的生物質(zhì)在生產(chǎn)高附加值平臺化合物上有廣闊的前景。糖類作為生物質(zhì)的主要組成部分，為實現(xiàn)生物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化與利用，其關(guān)鍵是開發(fā)環(huán)境友好型的將糖類轉(zhuǎn)化為高附加值化學品的技術(shù)。
　　 以糖類為原料制備5-羥甲基糠醛( HMF)，是實現(xiàn)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的重要途徑。H

2、MF是最理想的生物質(zhì)平臺化合物，由它可以合成一系列生物燃料、精細化學品、溶劑、聚合物材料等，是一種重要的從可再生生物質(zhì)資源制取燃料和化學品的中間化合物。目前關(guān)于HMF的研究制備大多以果糖為原料，由于成本高昂，不便于實現(xiàn)工業(yè)化，而以纖維素、蔗糖等為代表的生物質(zhì)來源廣泛，因此，將生物質(zhì)基糖類轉(zhuǎn)化為平臺化合物HMF具有重大的理論與現(xiàn)實意義。
　　 本課題的研究內(nèi)容及成果包括以下兩部分:
　　 1.三氯化鉻催化纖維素制備HMF。

3、采用微波輻射和油浴加熱兩種加熱方式，分別考察了催化劑類型、催化劑用量、微波功率/反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等對HMF產(chǎn)率的影響，最后對兩種加熱方式進行了比較。結(jié)果表明:
　　 (1)采用微波加熱方式，在路易斯酸、無機酸和固體酸中，CrCl3的催化效果最好。以0.1g纖維素為原料，1g離子液體[BMIM]Cl為溶劑，6mol％CrCl3（基于纖維素中葡萄糖單元）為催化劑，在300W微波輻照下，僅需7min，HMF產(chǎn)率便能達到60％;

4、>　　 (2)采用油浴加熱方式，在130℃加熱4h，HMF產(chǎn)率最高值僅為23％;
　　 (3)通過對兩種加熱方式的比較，發(fā)現(xiàn)微波加熱方式不僅能極大地縮短反應(yīng)時間，而且能顯著提高HMF產(chǎn)率。微波加熱作為一種新型的綠色環(huán)保加熱技術(shù)，必將越來越廣泛地應(yīng)用于化學研究。
　　 2.固體酸和固體堿催化葡萄糖和蔗糖制備HMF。考察了催化劑類型、催化劑用量、反應(yīng)時間和溫度等對HMF產(chǎn)率的影響，并研究了催化體系的重復(fù)利用性能。結(jié)果表明:

5、
　　 (1)以離子液體[BMIM]Cl為溶劑，固體酸Amberlyst-15陽離子交換樹脂和固體堿717陰離子交換樹脂為催化劑的催化體系對葡萄糖和蔗糖的催化效率很高，HMF最高產(chǎn)率分別為51％和63％;
　　 (2)證實了葡萄糖向HMF轉(zhuǎn)化的反應(yīng)機理:葡萄糖向HMF的轉(zhuǎn)化首先要在堿性條件下異構(gòu)化為果糖，果糖再在酸條件下脫水為HMF;
　　 (3)以0.2g葡萄糖為原料，2g離子液體[BMIM]Cl為溶劑，0.1