2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是一种合成生物基高性能聚酯、聚酰胺、环氧树脂的生物基单体,拥有广阔的市场前景,但当前FDCA的合成仍处于实验室研究阶段,未能实现大规模工业化生产。本文从当前研究最深入、最有希望实现FDCA工业化合成的5-羟甲基糠醛(HMF)路线出发,为避免不稳定中间体HMF的分离提纯问题,从溶剂角度入手,设计了从原料果糖到目标产物FDCA的“一锅两步法”合成体系,即以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,进行第一步“果糖脱水合成HMF”反应,分离催化剂后,原液中直接加入碱、水、DMSO和催化剂,构建H2O/DMSO反应系统,进行第二步HMF氧化反应,氧化产物经过滤、浓缩、酸化、纯化得到FDCA产品。文中系统研究了溶剂种类、催化剂种类、催化剂用量、反应温度、果糖浓度等对果糖脱水反应的影响,对HMF原位氧化反应条件进行了优化,并分析了反应机理和H2O、DMSO和碱在反应中起到的作用。催化剂和溶剂筛选研究证实,Amberlyst-15和DMSO分别是果糖脱水合成HMF的高效催化剂和溶剂。对该反应体系而言,温度和果糖浓度过高均会导致严重的副反应,使得HMF产率下降。在5wt%果糖浓度、120℃下的优化条件下,反应70 min,HMF产率高达97%。果糖脱水得到的HMF原液中直接加入氧化催化剂Pt/C和碱,并不能有效氧化HMF生成FDCA,难以实现以DMSO为单一溶剂的一锅法制备FDCA。但是,在HMF原液中直接加入H2O、DMSO、碱和Pt/C催化剂,构建H2O/DMSO氧化体系,可以将HMF高效地氧化成FDCA。在HMF初始浓度0.63 wt%、碱性H2O/DMSO(3/1 w/w),K2CO3/HMF摩尔比2和温度75℃的条件下,反应12 h后FDCA液相产率可达91.1%,FDCA总液相产率(基于果糖)高达88.4%。在该反应体系中,HMF快速转化为HMFCA,后者同时快速转化为FFCA,而FFCA转化为FDCA的速率较慢,是速率控制步骤。H2O的存在有利于HMF转化为FDCA,DMSO可抑制HMF的副产物形成,也能间接促进FDCA或中间产物的副产物形成,而碱有利于HMF的醛基转化为羧基。氧化产物经过滤、浓缩、酸化得到FDCA粗产品,其分离产率与氧化反应温度和HMF起始浓度有关。提高氧化温度和HMF浓度均导致副产物增多,不利于FDCA分离,使得分离产率下降。在溶剂用量20 g的规模中,0.63 wt%-2.52 wt%HMF初始浓度、75℃下粗FDCA的分离产率达55%-74%;在200 g溶剂用量的“放大”实验中,HMF初始浓度0.63 wt%、75℃下粗FDCA分离产率最高可达82.1%,经纯化处理后,FDCA纯度可达98.2%,产物颜色呈淡黄色。“一锅两步法”具有产率高(FDCA总液相产率88.4%,分离产率最高82.1%)、条件温和(脱水步骤120℃,氧化步骤75℃、0.1 MPa)、反应时间较短(总时长13 h)的优势。该法通过设计一个简单的复配溶剂系统可实现FDCA的一锅两步连续合成,避免了不稳定中间体HMF的分离和提纯,可实现连续操作,是一种简单、高效的FDCA合成技术,但反应物浓度和氧化催化剂的耐受性仍有待提高。