2,5-二甲基呋喃制备高附加值化学品

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随着环境的日益恶化和化石资源的大量消耗,越来越多人开始关注环境问题。为了解决化石资源日渐枯竭的状况,人们不得不寻找一种可再生资源来代替石油/化石燃料。来自生物质的2,5-二甲基呋喃(DMF)被认为是一种极具有市场前景的液体燃料。DMF的水解产物2,5-己二酮(HD)和HD的羟醛缩合产物3-甲基-2-环戊烯-1-酮(MCP)都是重要的化工中间体。因此,由DMF制备高附加值化学品成为研究的热点。  DMF的水解为酸催化过程,选择适合的酸催化剂是DMF有效水解的关键。无机酸是一种常用的催化剂,由于其成本低廉和强酸性,被广泛应用于碳水化合物的转化,尤其用于脱水、异构化和醚化反应。另一方面,沸石分子筛是一种在工业上广泛应用的酸性催化剂。它具有强酸性、水热稳定性、无毒性及易回收等优点。分子筛作为固体酸催化剂,其催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性位点。将固体酸应用到DMF的水解反应中目前未见报道。DMF的水解产物HD可以发生进一步脱水发生羟醛缩合反应生成MCP。前人的研究结果表明,使用可溶性碱做为催化剂(如NaOH、KOH)可以得到一定产量的MCP。本论文中采用碱催化剂作为羟醛缩合反应的催化剂。  论文中,首先采用了无机酸作酸催化剂,构建了一种两相体系,可以高效、经济绿色、高收率地制备HD。选用MIBK作为有机溶剂时,产物的收率接近99%。接着选用分子筛作为固体酸催化剂水解DMF。水解反应主要发生在分子筛孔道内的活性位上。DMF的转化率最高可达85%,收率在79%以上。对于HD的进一步发生的羟醛缩合反应,考察了不同的碱催化剂对反应过程的影响,得到了最佳反应条件:以Na2SiO3碱催化剂,环己烷为溶剂,反应温度为180℃,反应时间为5.0h,可以获得高收率的MCP。总之,本课题在前人研究的基础上,对DMF的酸解反应和HD的羟醛缩合反应做了一定的深入研究。上述研究内容和获得的实验结果均为本文首次得到的探索性研究工作,采用的无机酸水解的两相体系、选用固体酸催化DMF,以及碱催化HD羟醛缩合得到的高收率的MCP,目前尚未见文献报道。本论文中初步阐明了DMF无机酸和固体酸水解、HD碱催化的羟醛缩合的物质基础和作用机制。论文研究内容具有一定的创新性,其选题不仅对拓展生物质转化利用途径、降低相关化学品的生产成本具有重要的应用参考价值,而且对深入认识呋喃类化合物催化转化反应机理也具有重要的理论研究意义。将为今后的研究工作提供了可靠的科学方法和客观数据和资料,为今后的科研工作奠定扎实的基础和技术支持。
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