5-羟甲基糠醛选择性加氢制备2,5-二甲基呋喃的研究进展

鉴于2,5-二甲基呋喃(DMF)优良的理化性质、重要的应用价值和广阔的市场前景,着重从氢气、甲酸、醇类和水等不同氢供体的角度入手,系统归纳和总结了自2007年以来5-羟甲基糠醛(HMF)选择性加氢制备DMF的催化反应体系及其最新的研究进展,并对今后HMF选择性加氢制备DMF的研究前景进行了展望。     

5-羟甲基糠醛制备及其应用研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)被认为是最重要的生物质基平台分子之一,广泛应用于制备精细化学品、关键医药中间体、功能聚酯、溶剂和液体燃料等多功能化合物。目前,HMF的制备是生物质领域研究的热点,大量的研究使得制备HMF的原料和方法得到不断扩展。简单介绍了HMF的主要制备方法及其反应机理,系统综述了制备HMF的催化体系,包括催化过程中所使用的催化剂(无机酸、离子液体、金属氯化物、固体酸及其他催化剂)种类及制备HMF的溶剂体系。归纳了HMF重要衍生物的制备路径及应用,总结了目前研究中所存在的问题,并展望了未来的研究方向。     

碱金属盐对γ-戊内酯/水体系固体酸催化制5-羟甲基糠醛的作用

对新型反应体系γ-戊内酯(GVL)/H_2O中添加碱金属盐类促进固体酸Amberlyst 36催化降解葡萄糖制备5-羟甲基糠醛(HMF)进行了研究。重点探讨了碱金属盐的种类与浓度、反应时间、温度、催化剂用量以及体系溶剂比等因素对HMF产率的影响。结果表明:140℃条件下,催化剂用量0.2g、NaCl浓度0.3 mol/L、溶剂比V(GVL)∶V(H_2O)=5∶1、反应60 min,此时HMF产率最高,达47.5%;除硝酸盐对HMF的生成有抑制作用外,加入的其他碱金属盐均能促进葡萄糖催化转化,使HMF产率明显提高;高温、过量的固体酸及过长的反应时间不利于HMF生成;生物质原料如木糖渣在该体系下可直接降解制备HMF,产率可达32.5%,表明该反应体系具有潜在的工业化价值。     

葡萄糖催化制备5-羟甲基糠醛研究新进展

平台化合物的制备对于生物质资源的高效利用具有重要意义。5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)作为重要的生物质平台化合物,可以转化成生物燃料和众多高附加值的化学品(乙酰丙酸、2,5-呋喃二甲酸、γ-戊内酯等),在生物炼制中占据极其重要的地位。因此,开发低成本、可规模化生产5-HMF的路线成为生物质催化转化领域的热点。纤维素水解可以得到大量葡萄糖,因此由葡糖糖脱水制备5-HMF具有原料资源丰富的优势。为了实现葡萄糖到5-HMF的高效转化,催化体系的设计和选择是关键因素。催化体系主要包括反应溶剂和反应催化剂,其中反应溶剂体系主要包括一元体系(水相或有机相)、二元体系(水-有机或有机-有机)、多元体系和离子液体体系等。反应催化剂主要分为均相催化剂(无机酸、有机酸和金属盐)、非均相催化剂和金属有机骨架材料等。目前在葡萄糖制备5-HMF过程中,高效催化体系的开发依然存在诸多挑战。笔者主要就近年来国内外催化葡萄糖制备5-HMF的催化体系最新研究进展加以综述,重点概述了葡萄糖制备5-HMF的形成机理、溶剂体系以及催化剂类型,并对葡萄糖制备5-HMF的发展前景进行...     

木质纤维生物质的电化学催化研究进展

电催化是一种可以将电能转化为化学能的清洁、高效转化技术。在生物质精炼的各种策略中,电催化主要通过电子从电极表面转移到反应底物,在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应,将生物质衍生物转化为高附加值的产品。总结了几种代表性的木质纤维生物质衍生物,如糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、木质素及其衍生物等,通过电催化反应转化为高附加值化学品的最新进展。其中,在生物质衍生物的电还原反应中,糠醛的电还原产物主要是糠醇和2-甲基呋喃,HMF的电还原产物主要包括2,5二甲基呋喃和2,5-二羟甲基四氢呋喃等;酚类化合物通过加氢脱氧可还原为高碳氧比、稳定的芳香烃类化学品;在生物质衍生物的电氧化反应中,糠酸是糠醛主要的电氧化产物,HMF主要的电氧化产物是为2,5-呋喃二羧酸;木质素可以通过电催化氧化转化为香兰素、愈创木酚等。讨论了电催化过程中的催化剂和反应参数(如电极电位、pH等)对生物质衍生物电催化效率的影响以及相应的反应机理,并对电催化应用于生物质高值化利用领域的发展趋势进行了展望。     

5-氯甲基糠醛水解制备5-羟甲基糠醛的工艺优化及反应动力学研究

研究了5-氯甲基糠醛（CMF）在纯水或水/丙酮体系中水解生成5-羟甲基糠醛（HMF）,探究了水解反应条件（如溶剂体系、碱中和剂、温度和CMF添加量等）对CMF水解的影响,并分析了其水解反应动力学。研究结果表明：水/丙酮体系有助于减少HMF的副反应,加入连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄）可以进一步阻止腐殖质的产生;1 g CMF在10 mL水/丙酮体积比为1∶4的混合液中,添加0.35 g的CaCO₃,温度353.15 K下保温反应28 min,此优化水解条件下CMF转化率为97%,HMF得率可达85%,副产物乙酰丙酸（LA）得率为6%;添加Na₂S₂O₄后,HMF的分离得率可由50%提高到86%。动力学研究结果表明：在水/丙酮体系中CMF水解反应活化能为12.3 kJ/mol,水解速率常数k₁=5.56exp（-1.23×10⁴/RT）。     

蔗糖脱水制备5-羟甲基糠醛的研究

研究了Brnsted-Lewis复合催化体系催化蔗糖脱水制备5-羟甲基糠醛,考察了反应条件对5-羟甲基糠醛收率的影响,最佳反应条件为:蔗糖2.0 g,复合催化体系HCl-CrCl3(质量比5∶1)0.8 g,二甲基亚砜20 mL,反应时间30 min,反应温度200℃。在上述较佳反应条件下,蔗糖转化率为100%,5-羟甲基糠醛的收率达72.7%。此外,CrCl3对产物5-羟甲基糠醛具有良好的稳定性,在一定程度上可避免产物继续发生水合/脱羧反应而生成甲酸和乙酰丙酸。     

乙酰丙酸及其酯类合成γ-戊内酯的最新研究进展

在众多生物质平台分子中,γ-戊内酯(GVL)作为一种新型的生物质基化合物具有广泛的应用价值。首先介绍了由生物质平台分子乙酰丙酸(LA)及其酯类通过氢化作用制备GVL的反应途径及其最新研究进展,在这个反应过程中,氢源对不同催化体系有重要的影响,因此,着重归纳总结了非均相催化剂(氢源:氢气、甲酸和醇类),在多种类型催化体系下催化合成GVL的合成路线和方法,为探索更加绿色、经济、高效、可持续的GVL合成途径,发展新的转化技术梳理思路并提供参考。     

合成1-(β,γ-环氧丙氧甲基)-7-异丙基-4-甲基反应影响因素探讨

研究了7-异丙基-4-甲基-1-甲醇和环氧氯丙烷在碱性催化条件下反应合成1-(β,γ-环氧丙氧甲基)-7-异丙基-4-甲基这一新化合物的影响因素,结果表明影响反应和得率的主要因素为催化剂、碱浓度、反应温度及反应时间.在浓KOH-H2O溶液、惰性有机溶剂、相转移催化剂、40～80 ℃水浴等反应条件下,反应可在2～3 h内完成,得率达64 %.     

糠酸制备生物质基2,5-呋喃二甲酸的研究进展

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为一种绿色的生物基平台化合物，可广泛应用于聚酯、塑化剂、消防及医药等领域。目前，根据合成FDCA的原料区分，FDCA合成路线分为5-羟甲基糠醛(HMF)路线、糠酸路线和其他原料路线。其中糠酸可由大宗生物质基化学品糠醛氧化制备，糠醛工业化生产使得糠酸制备FDCA路线具有绿色、经济性高的优势。据此，综述了糠酸制备FDCA的4种方法：歧化法、羰基化法、C—H羧基化法以及生物催化法的研究现状，对比分析了各方法的优劣及研究进展。通过对比分析表明：C—H羧基化法是一种反应条件温和、绿色环保的工艺，具有实现规模化生产的潜力。     

γ⁃戊内酯的制备及其在纤维素生物质转化方面的应用

γ-戊内酯是以木质纤维素生物质为原料制备的一种潜力巨大的平台化合物,它既可转化为高密度燃料、相关高分子材料以及其他高价值化学品,也可作为绿色溶剂促进木质生物质向其他高值方向转化。在化石能源日益紧俏、环境问题日益严重的今天,对γ-戊内酯进行深入研究显得尤为重要。但在实际生产中,仍存在产量低、除杂难等经济环保类问题需要解决。基于γ-戊内酯研究的最新进展,从γ-戊内酯的制备与应用两方面进行了论述,综述了生物质催化生产γ-戊内酯的研究进展,说明不同底物生产γ-戊内酯的理论基础与优缺点,并以贵金属和非贵金属催化剂为界,分类讨论了多种用于合成γ-戊内酯的催化剂。最后,结合γ-戊内酯在纤维素生物质转化应用方面的进展情况,探索了γ-戊内酯与其他相关有机物之间的制备关系,为γ-戊内酯的进一步开发利用提供了思路。     

木质素原料制备烃类化合物的研究进展

木质素是由烷基化的甲氧基苯酚通过氧或碳连接的高度交联的大分子,可用于制备高附加值的燃料和化学品。以来源广泛的木质素为原料制备烃类化合物具有重要的研究价值和良好的应用前景。木质素催化热解是制备烃类化合物的主要方法之一,也是木质素降解研究中的重点和难点,已经受到了人们越来越广泛的重视。笔者概述了近年来木质素原料(含模型物)制备烃类化合物的研究成果,包括木质素转化烃类化合物的催化体系、溶剂体系、烃类化合物尤其是单环芳烃(MAHs)得率和选择性的调控以及利用木质素制备烃类化合物的其他方法,着重介绍了木质素催化裂化及催化加氢脱氧制备烃类化合物的催化体系,并总结了木质素在亚/超临界流体及离子液体中烃类转化的最新成果,最后对木质素制备烃类化合物的研究前景进行了展望,以期为生物质资源的综合利用提供参考。     

半纤维素选择性催化制备糠醛及其衍生物的研究进展

生物质资源的开发利用是解决我国能源、资源与环境问题的重要途径之一。木质纤维作为生物质的主要组分,通过对其转化制备呋喃化学品是当前生物炼制领域研究的热点。糠醛是以半纤维素为直接原料的重要呋喃基平台化合物,开发其绿色制备工艺技术并大力发展高值糠醛下游产品,具有重要的现实意义。本文从催化转化角度出发,对糠醛形成的路线、近年来糠醛制备技术(水解技术和热解技术)及其重要呋喃基下游化学品的研究进展进行综述,重点介绍了非均相酸,包括分子筛、金属氧化物、离子交换树脂、黏土等催化的水解技术,以及糠醇、2-甲基呋喃、2-甲基四氢呋喃、呋喃和四氢呋喃等呋喃基衍生物的制备路线及方法,以期为绿色糠醛制备技术的建立及高值糠醛下游呋喃基化学品研发提供思路和参考。     

固体催化剂在生物质合成乙酰丙酸和乙酰丙酸酯中的应用研究进展

简单介绍了乙酰丙酸和乙酰丙酸酯的合成途径。乙酰丙酸的合成路径主要包括糠醇催化水解法、生物质直接水解法和半纤维素水解法,乙酰丙酸酯类的合成路径主要有乙酰丙酸酯化合成法、生物质直接醇解法、生物质经糠醇醇解法和5-氯甲基糠醛醇解法。综述了近年来固体催化剂在催化转化生物质合成乙酰丙酸和乙酰丙酸酯的研究进展,简要概述了用于催化生物质的固体超强酸、分子筛、杂多酸和树脂等固体催化剂类型,并展望了固体催化剂今后的发展应用。     

超低酸高温催化葡萄糖醇解产物的分布规律

以葡萄糖为原料,硫酸(≤0.1%)为催化剂,研究了在乙醇、乙醇/共溶剂体系中催化葡萄糖醇解的产物分布规律。在葡萄糖质量浓度20 g/L,反应温度200℃,硫酸质量分数0.1%的条件下反应120 min,液相主要产物为乙酰丙酸乙酯(EL),得率40.46%。比较9种乙醇/共溶剂体系对葡萄糖醇解的影响,选择正己烷作为共溶剂进一步考察了乙醇/正己烷对葡萄糖醇解过程的影响,结果表明产物分布规律与其在乙醇溶剂体系中相似,正己烷的引入不能有效提高EL的得率,但有利于中间产物5-乙氧基甲基糠醛(EMF)的积累,并减弱其进一步水合生成EL。反应温度低或高温反应时间较短时,有利于葡萄糖转化生成乙基葡萄糖苷(EG);适当提高反应温度,延长反应时间,有利于EL的生成。在整个反应过程中乙酰丙酸(LA)和5-羟甲基糠醛(HMF)的生成量较少,根据产物分布规律,提出了葡萄糖在乙醇/正己烷中超低酸催化降解的反应路径。     

-蒎烯合成3-亚甲基诺蒎酮的研究

研究了以β-蒎烯为原料合成3-亚甲基诺蒎酮的反应.以丙酮为溶剂,以酸性高锰酸钾为氧化剂,β-蒎烯经选择性氧化生成诺蒎酮,研究了氧化剂体系、溶剂体系、反应温度和反应时间对β-蒎烯氧化选择性及诺蒎酮得率的影响.采用KOH为催化剂、37％甲醛水溶液为羟甲基化试剂与诺蒎酮进行羟醛缩合反应得到3-亚甲基诺蒎酮,探讨了诺蒎酮与甲醛物质的量之比、催化剂种类及用量、溶剂体系、反应温度以及反应时间等因素对反应的影响,并采用正交试验法优化了羟醛缩合反应工艺,并确定了适宜的合成工艺条件:n(甲醛)与n(诺蒎酮)为21∶1,n(KOH)与n(诺蒎酮)为1.5∶1,反应在无溶剂存在下进行,反应温度65 qc,反应时间2h.在此工艺条件下,3-亚甲基诺蒎酮得率大于92％.采用GC-MS、FT-IR、1H NMR、13C NMR等手段对合成所得产物的化学结构进行了分析测定.     

纤维素催化转化制备C5/C6烷烃燃料的反应与催化体系的研究进展

介绍了近年来纤维素催化转化制取C5/C6烷烃的反应和催化体系的研究进展,主要论述了纤维素通过水解-加氢脱氧的一锅法过程和纤维素经C6平台化合物的加氢脱氧过程,对天然木质纤维原料、纤维素、葡萄糖及山梨醇转化为烷烃的反应路径及相应的催化剂进行了总结。反应路径主要有山梨醇、异山梨醇、HMF和己内酯反应路径,催化剂主要为金属-酸多功能催化剂,酸催化剂包括金属氧化物、分子筛、杂多酸、离子液态酸性溶剂及无机酸等;金属催化剂主要有Pd、Pt、Ru、Ir、Ni等。其中金属Ru在酸性水热环境中具有良好的催化活性,研究最为广泛。通过分析各种反应途径及相应的催化剂,提出了该研究领域面临的主要问题,并从技术角度对未来应用前景进行了展望。     

固体酸催化生物质转化的研究进展

受能源危机和环境污染的影响,绿色环保的固体酸催化剂在催化生物质转化为各类化学品方面的研究已成为近期的热点.本文综述了固体酸在生物质催化转化上的研究进展,首先列举可用于生物质转化的固体酸种类,接着介绍了固体酸催化剂在催化生物质转化生成生物质燃料、生物质平台化合物和生物基材料的研究状况,然后总结了在应用中存在的问题,最后展...     

催化快速热解生物质制备高附加值化学品研究进展

生物质催化快速热解技术可以通过对催化体系的调控来定向控制热解过程,实现高附加值化学品在热解产物中高度富集。在介绍生物质快速热解的反应路径和机理的基础上,从热解产物这一角度综述了不同催化体系对生物质热解过程的定向控制,并对催化快速热解技术的前景加以分析和展望,为进一步研究提供依据和参考。     

固体酸和金属氧化物催化葡萄糖制取5－羟甲基糠醛

利用离子液体1－丁基－3－甲基咪唑氯盐为反应溶剂,强酸性阳离子交换树脂 NKC －9和 TiO2、Al2O3、ZrO23种金属氧化物为催化剂,研究了其对葡萄糖转化为5－羟甲基糠醛（5－HMF）的催化效果。考察了3种金属氧化物不同的焙烧温度以及催化剂用量、反应温度、时间对5－HM F产率以及葡萄糖转化率的影响。结果表明：Al2 O3的催化活性高于TiO2和ZrO2,其中550℃下焙烧得到的Al2 O3的催化活性最好。当NKC－9添加量为0．05g ,Al2 O3用量为0．05g ,反应温度为120℃,反应时间为1．5h时,5－HM F产率最高可达54．3％。