鹽及無(wú)機(jī)酸催化糖合成5-羥甲基糠醛及其衍生物的研究.pdf

1、由于汽車產(chǎn)業(yè)的崛起，化石燃料在二十世紀(jì)的消耗量劇增，現(xiàn)在，化石資源如煤、石油、天然氣提供了世界上75％以上的能源。然而，對(duì)化石燃料的日益增長(zhǎng)的需求在不斷減少這些非再生資源的儲(chǔ)備，使得全球的石油儲(chǔ)備僅僅能夠再使用幾十年，因而尋求新能源和開發(fā)可替代資源成為人類面臨的共同難題。在可替代資源方面，儲(chǔ)量豐富的生物質(zhì)資源可以有效地替代化石能源為人類提供燃料和各類化學(xué)品。與化石能源不同，生物質(zhì)衍生的碳水化合物在結(jié)構(gòu)上含有較多的官能團(tuán)，因而既可以轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

2、燃料，也能加工成化學(xué)品，這一領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)是如何控制最終產(chǎn)品的官能團(tuán)程度使其適用于不同方面。5-羥甲基糠醛(HMF)是公認(rèn)的最重要的平臺(tái)化合物之一，并且可由生物質(zhì)大量制備，近來(lái)由于其良好的反應(yīng)特性受到越來(lái)越多的關(guān)注。
　　 本論文研究了以乙醇和異丙醇為溶劑，無(wú)機(jī)鹽、酸以及新型BrΦnsted-acidic離子液體作為催化劑，果糖脫水生成HMF及其衍生物的過(guò)程。并對(duì)反應(yīng)條件如催化劑用量、溫度、時(shí)間等進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 首先

3、以無(wú)機(jī)鹽作為催化劑，研究了果糖在乙醇和異丙醇中的脫水過(guò)程，研究表明，氯化氨具有相對(duì)較好的催化效果，當(dāng)氯化銨與果糖的摩爾比為1:2，溫度120℃，反應(yīng)12 h時(shí)，在異丙醇中得到了68％的HMF收率和3％的異丙氧基甲基糠醛。此外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分離得到了果糖脫水的反應(yīng)中間體，并對(duì)其進(jìn)行了分析，闡述了果糖脫水生成HMF的機(jī)理。氯化銨作為催化劑，簡(jiǎn)單易得，不會(huì)像強(qiáng)酸那樣腐蝕實(shí)驗(yàn)設(shè)備，降低了對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求。
　　 其次，我們用二甲基亞砜(

4、DMSO)和常見的幾種無(wú)機(jī)酸合成了新型BrΦnsted-acidic離子液體，存對(duì)這些離子液體的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征后，研究了其在乙醇中催化果糖脫水生成HMF及其衍生物的過(guò)程。其中Hammett酸性最強(qiáng)的[DMSO]+[HSO4]-離子液體得到了最好的催化效果。乙醇作為反應(yīng)溶劑，[DMSO]+[HSO4]-離子液體與果糖的摩爾比為1:10，在140℃反應(yīng)8 h后得到了83％的乙氧甲基糠醛(EMF)和乙酰丙酸乙酯(LAEE)。作為HMF

5、的衍生物，這兩種化合物都可以直接作為生物燃料或者燃料添加劑使用。我們合成離子液體的原料價(jià)格低廉、來(lái)源豐富，極大地降低了離子液體的生產(chǎn)成本，為今后離子液體在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用提供了理論依據(jù)。作為溶劑的乙醇，不僅原料豐富，而且沸點(diǎn)較低，可直接用蒸餾的方式除去，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物與溶劑低能耗的高效分離。
　　 最后，我們采用微波加熱方式研究了果糖在乙醇中脫水生成HMF及其衍生物的過(guò)程。相比傳統(tǒng)的油浴和沙浴加熱，微波加熱方式綠色環(huán)保、能夠降低能