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随着化石燃料等不可再生能源的递减以及全球变暖等问题的日益加重,从可再生资源尤其是碳水化合物出发制备新型平台化合物越来越引起更多人的关注。开发生物质(纤维素、蔗糖、葡萄糖、果糖)转化制备5-羟甲基糠醛(HMF)技术是解决资源和能源危机的有效途径之一。
针对纤维素绿色制备HMF中的瓶颈,即纤维素难溶解、强酸性条件下葡萄糖难转化为果糖、多相催化剂难与纤维素充分接触而均相催化剂容易带来环境污染。本文利用发烟硫酸对聚苯硫醚(PPS)进行磺化,制备具有酸碱协同作用的双活性中心催化剂,SPPS同时具备Lewis酸性(-SO3H)和Lewis碱性(S)。研究发现,SPPS酸碱协同作用有利于催化生物质转化为目标产物5-HMF,尤其是在催化葡萄糖产率中5-HMF产率可达87.2%。SPPS催化剂催化葡萄糖反应采取非异构化历程,且5-HMF在催化剂表面具有较高的稳定性。氨基酸具有酸碱共存结构,因此氨基酸在离子液体中也能催化碳水化合物制备5-HMF。其中在酪氨酸催化蔗糖制备5-HMF中,5-HMF最高产率达83.7%。COOH能有效催化果糖脱水和蔗糖水解,而NH2实现葡萄糖向果糖异构化。果糖脱水和蔗糖水解的耦合作用促进了5-HMF的合成,并抑制了5-HMF的进一步水解。