葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的溶剂体系及转化机理

五羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是近年来最具发展性和潜力的新型平台化合物。纤维素水解经由葡萄糖中间步骤进而转化为5-HMF是生物质资源制备能源平台化合物的主要利用途径之一,理解葡萄糖转化为5-HMF的过程具有重要意义。本文介绍了由葡萄糖制备5-HMF过程中的不同溶剂体系及外场对目标产物得率的影响,综述了由葡萄糖向5-HMF的转化机理,包括葡萄糖异构为果糖、果糖脱水生成5-HMF。目前,葡萄糖制备5-HMF的溶剂体系包括单相体系、离子液体、双相体系和低共熔溶剂体系,其中由离子液体和有机溶剂构成的双相反应体系是葡萄糖转化制5-HMF最有优势的反应体系,可以使生成的5-HMF迅速从反应相转移到有机相,减少副反应从而提高5-HMF得率;超声振荡、微波辐射和外加压力场通过与反应溶剂的协同作用加速传质、传热,大大缩短反应时间,提高反应效率。目前关于提高5-HMF得率以及中间产物的稳定和控制有待进一步深入研究。     

分级有序多孔磺化碳催化果糖转化制5-羟甲基糠醛

采用双模板自组装、炭化、氢氟酸蚀刻和磺化等手段制备了具有分级有序多孔结构的磺化碳(SCHOP),并分别在500、600和700℃考察了炭化温度对分级有序多孔碳微观结构的影响;以催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)为探针反应,评价了SCHOP的催化效果。结果表明,500℃焙烧所制备的SCHOP具有最高的催化活性。SEM、TEM和N2吸附-脱附表明,所制备的催化剂具有规整的分级有序孔结构,但过高的炭化温度会降低炭材料微观结构的有序性;FT-IR、EDS和-SO3H含量测定表明,通过磺化可在碳基体上有效引入磺酸基,炭化温度过高会降低炭材料的芳香性,不利于磺酸基的引入。130℃下反应20 min,果糖的转化率和5-HMF的收率分别高达96.1%和93.4%,表明SCHOP是一种高效固体酸催化剂。     

果糖低温快速热解制备5-羟甲基糠醛的机理研究

提出了一种利用果糖低温快速热解制备5-羟甲基糠醛(HMF)并联产糠醛(FF)副产物的方法。通过Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)实验,研究果糖快速热解的产物分布特性以及温度对HMF生成的影响。结果表明,HMF是果糖低温快速热解的最主要产物,在350 ℃下可获得最大产率,在250 ℃下可获得最高纯度,相对峰面积含量高达81.2%。此外,通过密度泛函理论计算,研究果糖热解形成HMF的五条可能反应途径。计算结果表明,果糖热解形成HMF的能量最优途径为路径1,即果糖首先发生C2位羟基与C1位氢的脱水,再发生C3位羟基与C1位羟基氢的脱水,最后发生C4位羟基与C5位氢的脱水而形成HMF。     

果糖脱水制备5-羟甲基糠醛

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的生物基材料单体,具有非常广泛的应用价值。果糖等己糖选择性脱水是制备5-羟甲基糠醛的主要方法之一。本文首先从催化剂的角度出发,介绍了近年来不同均相和多相酸性催化剂在该反应中的应用。按照反应溶剂体系进行分类,总结了近年来该领域中不同溶剂体系的研究进展,包括双相溶剂体系、亚/超临界流体溶剂体系和离子液体溶剂体系等。最后,指出了新型多相酸性催化剂以及高效溶剂体系的开发和改进是该领域将来主要的研究方向。     

碳水化合物降解为5-羟甲基糠醛的研究*

由生物质制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）是生物质资源综合利用的研究热点之一。本文综述了近年来碳水化合物降解为5-HMF的研究成果,重点探讨了碳水化合物的降解机理和产物分布、催化剂体系、溶剂体系及产物5-HMF的分离方法等,并对今后的研究方向进行了展望。目前,碳水化合物降解最有优势的催化体系是Cr/氯化咪唑基离子液体等,然而产物5-HMF的分离值得关注,尤其是从离子液体催化体系中分理出5-HMF可使离子液体得以重复使用。     

甲基2,3-O-磺酰-α-D-葡萄糖苷合成5-羟甲基糠醛(5-HMF)及其衍生物的新方法

为解决现有的以生物质为起始原料制备5-羟甲基呋喃甲醛(5-HMF)工业化所存在的问题,本研究开发了一种新颖的5-HMF的制备方法。该制备方法以最重要的生物质——纤维素的酸水解得到的无水D-葡萄糖单体为起始原料,经甲苷化、异丙叉化、环硫酸酯化和高温脱水反应,最终获得5-HMF。该方法中,各步所获得的中间体无需纯化即可用于后续制备过程,制备中所涉及到的各类型试剂廉价易获取,因此该方法具有较好的工业应用前景。     

果糖催化合成5-羟甲基糠醛研究的新进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种具有重要应用价值的原材料和中间体,以果糖脱水合成HMF具有实现生物质转化利用的重大意义。本文综述了近三年来果糖制备HMF过程的两大关键因素:催化剂和反应介质的重要进展。固体酸(特别是杂多酸及其盐)、离子液体(ILs)中添加卤化物或ILs作为催化剂是近几年来研究的热点,固体酸的优点是可多次重复使用且易于分离,而ILs中果糖的降解条件较温和,副反应较少。目前,用于果糖转化HMF的反应溶剂优、缺点并存。最后对该反应存在的问题和今后的研究进行了总结和展望。     

氧化石墨烯催化果糖-氯化胆碱低共熔物脱水制5-羟甲基糠醛

研究了氧化石墨烯(GO)催化果糖-氯化胆碱低共熔物脱水制取5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应过程。采用改进的Hummers法制备GO,通过FT-IR、XRD和SEM等手段对GO结构进行了表征。考察了原料量、催化剂量、反应温度和时间等对5-HMF产物收率的影响。结果表明:果糖与氯化胆碱形成低共熔溶剂提高了果糖与GO的接触效率,脱水速率显著提高;在温度110℃,反应时间4h,GO与果糖质量比为1∶50的条件下,5-HMF液相色谱收率达到74. 5%,几乎没有检测到副产物。GO分子中的羧基基团担负着果糖的脱水过程。GO循环使用六次,仍具有较好的催化效果,5-HMF收率基本不变,说明GO重复使用性能良好。     

由果糖催化合成5-羟甲基糠醛的研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种具有重要应用价值的原材料和中间体,以果糖脱水合成HMF具有实现生物质转化利用的重大意义。本文综述了近三年来果糖制备HMF过程的两大关键因素:催化剂和反应介质的重要进展。固体酸(特别是杂多酸及其盐)、离子液体(ILs)中添加卤化物或ILs作为催化剂是近几年来研究的热点,固体酸的优点是可多次重复使用且易于分离,而ILs中果糖的降解条件较温和,副反应较少。目前,用于果糖转化HMF的反应溶剂优、缺点并存。最后对该反应存在的问题和今后的研究进行了总结和展望。     

离子液体催化制备5-羟甲基糠醛的研究进展

本文综述了离子液体催化制备5-羟甲基糠醛的研究进展。运用离子液体作为反应溶剂和催化剂,与常规合成HMF的方法相比,其反应在常压、低温下进行,更易于操作控制;副反应数量明显减少,HMF的产率稳定,可达90%;离子液体催化活性稳定,可重复利用,减少了有机溶剂的使用量;利用离子液体作为媒介,能将反应原料从单一的果糖扩展到葡萄糖和纤维素等廉价原料,降低了生产成本。由此可见,运用离子液体催化制备HMF将是今后研究的重点和发展的必然趋势。     

离子液体中树脂催化转化果糖为5-羟甲基糠醛

开发了以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)为溶剂, 固体酸离子交换树脂NKC-9为催化剂转化果糖为5-羟甲基糠醛的绿色工艺. 在此催化体系中, 100 ℃下反应10 min时5-HMF的产率达到78.0%, 其反应时间远远小于已有文献报道的长达数小时的反应时间. 在此催化体系中, 果糖起始浓度的增加对5-HMF产率影响不大, 因而此工艺同样适用于处理高浓度的果糖溶液. 离子液体[BMIM]Cl和树脂组成的催化体系可以循环使用, 经过9次重复使用后仍能保持稳定的催化活性.     

生物质基糠醛和5-羟甲基糠醛加氢转化研究进展

近年来,利用生物质基平台化合物转化制备各种燃料及高值化学品引起研究人员的广泛关注.5-羟甲基糠醛(HMF)和糠醛(FFR)作为一类重要的生物质衍生平台化合物,分子结构中醛基和呋喃环等官能团赋予其独特的化学性质.本综述针对HMF和FFR在氢气、低碳醇、甲酸和硅烷等不同氢源中的催化加氢反应研究现状进行了阐述,对加氢转化过程...     

离子液体介导制备5-羟甲基糠醛

5-羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是一种非常重要的平台化合物。利用离子液体介导制备5-HMF的研究已经引起了人们越来越广泛的重视,并取得了较为理想的研究成果。本文对离子液体介导制备5-HMF的研究成果进行了系统的归纳和总结,着重介绍了离子液体作为反应溶剂和催化剂在5-HMF制备过程中的应用以及离子液体介导制备5-HMF的形成机理和影响因素,并对离子液体介导制备5-HMF的研究前景进行了展望,以期为5-HMF的进一步研究提供思路和参考。     

乙烯焦油炭磺酸催化果糖脱水合成5-羟甲基糠醛

以蒸馏后的乙烯焦油重组分为原料,采用交联-磺化法制备了乙烯焦油炭磺酸。 利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、热重分析(TGA-DTG)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对该催化剂进行结构和性能表征。 结果表明,该催化剂呈现无定形石墨碳结构,且具有较高的酸量(4.20 mmol/g),表面的磺酸官能团是其关键活性中心。 并将该催化剂用于果糖脱水合成5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应,在130 ℃反应140 min,催化剂用量0.3 g、溶剂用量8 mL及助剂用量0.3 g的条件下,果糖转化率和5-HMF产率分别为96.2%和52.1%,分离得到的5-HMF纯度可达97.0%。催化剂循环使用5次后,果糖的转化率和5-HMF的产率分别保持在85.1%和40.8%以上。     

不同载体的磷钨酸催化剂催化果糖脱水制5-羟甲基糠醛

以磷钨酸(TPA)为活性组分,ZSM-5、ZrO₂-TiO₂、TiO₂-SiO₂为载体制备一系列负载型固体酸催化剂并研究其对果糖脱水制5-羟甲基糠醛(5-HMF)过程的影响。利用XRD、BET、TPD、SEM对催化剂的结构、比表面积、孔径、孔容、酸强度及形貌进行了表征,并考察了反应温度、反应时间、催化剂用量对5-羟甲基糠醛(5-HFM)收率的影响。结果表明:TPA/ZSM-5催化活性优于TPA/ZrO₂-TiO₂、TPA/TiO₂-SiO₂催化活性并表现出较好的稳定性,TPA/ZSM-5催化剂同时存在弱酸中心和中强酸位点,并且表面比较光滑,颗粒细小,呈现疏松多孔状结构,这些都有利于提高果糖脱水制5-HMF的收率。     

离子液体中Lewis酸催化葡萄糖和果糖脱水制备5-羟甲基呋喃甲醛

在离子液体中采用不同的Lewis酸催化葡萄糖和果糖脱水制备5-羟甲基呋喃甲醛(5-HMF).结果表明,CrCln和SnCln均可高效催化葡萄糖转化为5-HMF.另外,Lewis酸的酸性越强,其催化果糖转化为5-HMF的产率越高.镧系金属氯化物在反应中表现出较好的催化活性和产物选择性.同时还研究了离子液体结构对催化反应的...     

ZSM-5分子筛催化1-己烯生成cis-2-己烯的理论研究

基于54T团簇模型, 采用ONIOM分层计算方法, 研究了1-己烯在ZSM-5分子筛上进行顺式双键异构的反应机理. 计算结果表明, 1-己烯的顺式双键异构反应通过只有分子筛Brønsted酸部分起作用的机理进行. 首先, 1-己烯与分子筛的Brønsted酸性位形成π配位复合物. 接着, 酸质子发生迁移使1-己烯的双键端基碳原子被质子化, 同时双键的另一碳原子与失去质子的Brønsted酸羟基的氧原子成键, 形成稳定的烷氧基中间体. 然后, 烷氧基中间体中的C―O共价键被打断, 同时Brønsted酸羟基的氧原子从C₆H₁₃基团提取一个氢原子还原分子筛的酸性位, 并且生成cis-2-己烯. 这一反应路径与借助于分子筛活性位的酸-碱双功能性质的反应路径是相互竞争的. 计算得到的表观活化能是59.37 kJ·mol^-1, 该值与实验值非常接近. 这一结果合理解释了双键异构过程中的能量特征, 并且扩展了对分子筛活性位本质的理解.     

金属卤化物促进糖类催化转化制备5-羟甲基糠醛

研究了碱金属卤化物对AlCl₃催化葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛（HMF）的促进作用. 结果表明,NaF对反应有显著抑制作用,而NaI和NaBr对反应有显著促进作用,而且NaI比NaBr的促进效果更明显. 在N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）中,以NaI为添加剂,130 ℃反应15 min,AlCl₃催化葡萄糖转化制备HMF,葡萄糖转化率由71%提高到86%,HMF收率由36%提高到62%. AlCl₃-NaI-DMAC体系也可用于果糖、甘露糖等单糖,蔗糖、麦芽糖、纤维二糖等二糖,以及菊粉等多糖的转化. 以蔗糖为原料,HMF收率可达63%.     

由果糖催化合成5-羟甲基糠醛的研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种具有重要应用价值的原材料和中间体,以果糖脱水合成HMF具有实现生物质转化利用的重大意义。本文综述了近三年来果糖制备HMF过程的两大关键因素:催化剂和反应介质的重要进展。固体酸(特别是杂多酸及其盐)、离子液体(ILs)中添加卤化物或ILs作为催化剂是近几年来研究的热点,固体酸的优点是可多次重复使用且易于分离,而ILs中果糖的降解条件较温和,副反应较少。目前,用于果糖转化HMF的反应溶剂优、缺点并存。最后对该反应存在的问题和今后的研究进行了总结和展望。