离子液体中Lewis酸催化糖类反应制备5-羟甲基糠醛的研究

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5-羟甲基糠醛(HMF)是一种链接可再生生物质资源与燃料化合物及化学中间体的重要新型平台化合物。传统制备HMF的原料主要为果糖,但是果糖价格昂贵;葡萄糖和纤维素可由资源丰富的木质纤维素水解而成,从来源上来说更易制备,价格也更便宜;此外葡萄糖和微晶纤维素结构简单,可作为模型化合物用于研究糖类制备HMF的机理。因此研究从葡萄糖、纤维素出发制备5-羟甲基糠醛具有重要意义。本文主要对离子液体[BMIM]Cl体系中,一系列酸强度不同的Lewis酸催化葡萄糖和纤维素制备HMF的性能进行研究;并考察了几种催化葡萄糖和微晶纤维素较优的催化剂对于催化木质纤维素制备HMF的效果,对Lewis酸为催化剂、离子液体[BMIM]Cl为溶剂、相思木木屑为原料,高温(170oC200oC)快速制备HMF和糠醛的反应过程进行了研究。并对Lewis酸催化剂种类、盐酸(HCl)添加量、反应温度及离子液体在反应体系中的稳定性等因素进行考察,优化了反应条件。实验结果表明Lewis酸强度在催化纤维素及葡萄糖制备HMF中并不是唯一重要的因素,强Lewis酸AlCl3和FeCl3催化活性要明显低于Lewis酸性较弱的催化剂CrCl3·6H2O,CrCl3,CrCl2,SnCl4·5H2O,其催化葡萄糖转化为果糖的选择性低是主要原因。与文献报道的在低温下纤维素降解的反应相比,高温条件可使木质纤维素为原料制备HMF的反应过程得到强化,其中以CrCl3·6H2O为催化剂,190oC下反应4min时产物HMF及糠醛的收率分别可达54.58%和14.84%,且连续两次回收利用后HMF收率并无明显下降。该高温反应过程反应快速、产物收率高,离子液体稳定可用于再次回收利用,且在整个反应过程中无需木质纤维素原料的预处理操作,为工业上简单快速制备HMF提供了一种可行方法。
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