葡萄糖催化转化制备5-羟甲基糠醛的研究

摘要

石油资源短缺，环境日益恶化严重影响着经济和社会的发展。如何合理开发利用可持续性资源以缓解环境和资源问题已成为目前研究的重点。生物质是可持续资源的一种，有极大的应用潜力，可作为化石基能源的替代物。其中，5-羟甲基糠醛(5-HMF)的研究备受关注，它可由糖类脱水制备而成，是化工产业中众多高附加值化学品及液体燃料的中间化合物，性质非常的活泼。因此，由己糖出发高效制备5-HMF具有重要的意义。
　　本文研究了以AlCl3·6H2O和B(OH)3为催化剂，催化葡萄糖制备5-HMF的反应。发现在以水为反应相，四氢呋喃(THF)为有机相的双相体系中，170℃油浴加热反应40min，葡萄糖完全转化，5-HMF产率接近60％。其中无机盐KCl的加入不仅提高了产物在有机相与反应相中的分配比，而且也有效的抑制了副产物的生成。金属卤化物中，低浓度的ZnCl2,CoCl2·6H2O,MnCl2·4H2O,NiCl2·6H2O,FeCl3·6H2O的催化效果较差，而ZrOCl2·8H2O,InCl3·4H2O在此反应则有较高的催化活性。B(OH)3的引入能有效的增强葡萄糖的异构反应。葡萄糖制备5-HMF的反应机理也被提出，即葡萄糖先异构为果糖，果糖脱水生成5-HMF。与其他均相催化剂(Cr/离子液体、H2SO4和HCl)比较，AlCl3-B(OH)3-NaCl-H2O/THF双相催化体系催化效果更为突出。
　　同时，本文对非均相催化剂也进行了研究。采用浸渍法制备SO42-/WO3-γ-Al2O3催化剂，用于葡萄糖脱水合成5-HMF的反应。实验发现WO3负载量为15wt%，650℃马弗炉煅烧4h的催化剂效果最好。优化实验条件后，5-HMF产率可达30.4%。最适宜的反应条件为：底物葡萄糖的量为0.04g，V(THF):V(H2O)=3.2:1，反应温度为175℃，反应时间为40min，无机盐KCl的量为2.8g，催化剂为0.24g。

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第一章 绪 论

1.1 生物质

1.2 5-羟甲基糠醛(5-HMF)的合成

1.3 5-HMF的研究状况

1.4 5-HMF制备中存在的问题

1.5本课题研究的意义

第二章 硼酸与氯化铝共催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛

2.1 实验药品及仪器

2.2 葡萄糖脱水反应

2.3 产物分析

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 SO42-/WO3-γ-Al2O3催化剂制备及催化性能研究

3.1 实验试剂及仪器

3.2 SO42-/WO3-γ-Al2O3催化剂的制备

3.3 产物分析

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果