《由碳水化合物合成5-羥甲基呋喃甲醛及其重要衍生物研究》是依託四川大學，由胡常偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：由碳水化合物合成5-羥甲基呋喃甲醛及其重要衍生物研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡常偉
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
5-羥甲基呋喃甲醛（HMF）是連線石油化學和生物質化學的重要平台化合物，可用作聚合物單體、或衍生為新單體或高熱值液態燃料。開展以價廉易得的葡萄糖、蔗糖、澱粉、纖維素等碳水化合物以及原生生物質為原料，高選擇性合成HMF、並利用HMF為原料高選擇性合成其重要衍生物的研究，對於應對資源和環境的雙重挑戰，開發利用可再生資源，合成具有高附加值的精細化學品，豐富合成化學，具有重要的理論和實際意義。本項目擬研究新的合成策略，研究製備新的環境友好的催化劑，最佳化獲得低熔點、低粘度的溶劑體系，研究溶劑、溶劑與催化劑的配合等對HMF及其重要衍生物合成過程的影響，研究共溶劑、助劑等在HMF合成反應中的作用規律，採用理論方法和實驗方法相結合，研究HMF合成反應的機理或基元過程。積累和總結由碳水化合物高選擇性合成HMF及其重要衍生物的規律性認識。
結題摘要
將碳水化合物高選擇性轉化為高附加值化學品是實現生物質有效利用的重要環節。本項目開展了以價廉易得的葡萄糖、蔗糖、纖維素以及原生生物質等碳水化合物為原料，高選擇性催化合成5-羥甲基糠醛（HMF）及其重要衍生物5-乙基氧甲基糠醛（EMF）、2,5-呋喃二甲醛（DFF）、糠醛等的研究。構建了廉價低毒高效的AlCl3-THF-H2O兩相催化體系，研究並掌握了溶劑體系、添加劑、加熱方式、碳水化合物及生物質種類等對HMF收率的影響規律。發現水-有機溶劑兩相體系的配合，能夠實時將產物HMF萃取到有機相中，避免其深度轉化；水相中NaCl的引入，提高了HMF在有機相和水相中的分配係數，既抑制了乳酸的生成又抑制了HMF轉化為乙醯丙酸；結合微波加熱，促進了反應傳熱，提高了合成效率。該體系對葡萄糖、麥芽糖、纖維二糖、澱粉、纖維素轉化合成HMF均有效，對各種原生生物質（玉米秸稈、松木、軟枝草、白楊木）轉化為糠醛有效。發展了新型固體超強酸鹼(SO42-/MxOy)催化劑體系，考察了催化劑組成、反應條件對HMF收率的影響規律，建立了催化劑表面的酸、鹼性與碳水化合物水解至葡萄糖、葡萄糖異構至果糖、果糖脫水為HMF等過程的構效關係。發現具有較高酸性和中等強度鹼性的SO42-/ZrO2-Al2O3固體超強酸鹼（Zr/Al摩爾比為1:1）具有最高的催化活性，反應體系中適量的水的引入能夠促進澱粉水解為葡萄糖。固體酸鹼催化劑及含鋁金屬鹽催化劑，已成為實現葡萄糖高效轉化為HMF反應中的兩個主要催化劑體系。開發了CrCl3∙6H2O/NaBr-NaVO3、磷鎢雜多酸、含鉬雜多酸等多功能催化劑體系，利用催化劑將HMF的生成及衍生過程整合，實現了由碳水化合物不經分離HMF而“一鍋”合成EMF和DFF的過程強化。結合理論計算和光譜研究，掌握了水溶液中AlCl3催化葡萄糖異構化為果糖、果糖脫水為5-羥甲基糠醛的反應機理。該項目成果可為碳水化合物的高效轉化利用提供理論基礎和技術支撐，具有重要的理論意義和社會意義。
