醇介質中纖維素的催化轉化

《醇介質中纖維素的催化轉化》是依託廈門大學，由鄧衛平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：醇介質中纖維素的催化轉化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄧衛平
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

有效地開發利用自然界豐富的可再生生物質資源，特別是非食用的纖維素具有重要的意義。目前對纖維素催化轉化的研究大多以水為介質開展，主要反應包括水解制葡萄糖，氫解制山梨醇及乙二醇等。據申請人最近研究發現在甲醇、乙醇等醇介質中以酸催化纖維素可製備甲基或乙基葡萄糖苷等化學品，並且相同條件下，纖維素在醇介質中的轉化比在水介質中的水解轉化更加容易。然而以醇為介質進行纖維素催化轉化的研究卻很少。本項目將充分利用纖維素在醇介質中相對容易轉化的特點，結合離子液體具有較好的溶解纖維素的性能及酸性可調的特點，開展負載型離子液體和新型的固體酸材料催化的醇介質中纖維素高選擇性轉化製備甲基/乙基/丙基/丁基葡萄糖苷等反應的研究。同時依據酸可催化纖維素與甲醇反應製得乙醯丙酸甲酯的相關研究，本項目還將通過控制負載型離子液體催化劑的酸類型等方面開展纖維素醇介質中催化轉化制乙醯丙酸甲酯/乙酯等化合物的反應研究。

結題摘要

將豐富且不可非食用的纖維素資源選擇性轉化為高附加值化學品具有重要意義。在本項目的資助下，我們開展了溫和條件下，醇介質中催化轉化纖維素制有機酸酯的研究。發展了簡單金屬離子催化纖維素及其衍生碳水化合物轉化制甲酸酯和乳酸酯的催化體系。研究發現VIV在有氧條件下，水介質中可催化轉化纖維素制甲酸，其最高收率約為50%，其主要副產物為CO2（收率~50%），而在含甲醇或乙醇的介質中實施纖維素催化轉化，所得甲酸(酯)可達到70%以上，且甲醛的收率達到10%。針對特定模型分子氧化斷裂C-C鍵的研究發現，CO2來源於反應中間產物中羧基的氧化斷裂，甲酸來源於反應中間產物中醛基的氧化斷裂。體系中甲醇或乙醇可以通過與反應中間產物中的醛基形成相對穩定的半縮醛，避免了其深度氧化為羧基，有效地抑制CO2的生成，從而顯著提高了甲酸(酯)的收率。研究還發現在醇介質中，無氧條件下VIV, PbII，AlIII, SnII等離子可催化纖維素及其衍生碳水化合物還可轉化為乳酸(酯)。動力學研究和理論計算探明纖維素催化轉化經歷了水解，異構，反羥醛縮合，氫轉移等多步串聯反應。期望這些研究結果可為纖維素等生物質在轉化過程中化學鍵的選擇性活化和斷裂提供重要信息並為生物質高效利用提供有價值的參考。在本項目資助下共發表SCI收錄論文8篇，申請發明專利2項，較好地完成項目研究任務。