糖类物质水解生成乙酰丙酸的研究

论文摘要

乙酰丙酸具有良好的反应活性,是一种重要的绿色平台化合物。本文针对目前高温高压条件下酸法水解过程中存在的设备腐蚀问题,采用常温常压条件制备乙酰丙酸,研究了葡萄糖水解反应动力学,以及酮对水解过程中产生的腐黑物的抑制作用。采用超声-微波协同的方法对不同糖类物质水解生成乙酰丙酸进行比较。研究发现,单糖水解生成乙酰丙酸的速率与其构象有关。寡糖或多糖水解生成乙酰丙酸的速率与其自身的结构及水解为单糖速率和单糖的构象有关。以玉米淀粉为原料制备乙酰丙酸,利用中心组合设计试验优化的最佳工艺条件为:微波功率100 W,反应时间90 min,盐酸浓度4.5 mol/L,液固比为15:1（mL:g）,乙酰丙酸得率为23.17%。研究液固比、盐酸浓度、反应温度对葡萄糖水解反应动力学的影响。液固比可以控制反应动力学的级数:大于30:1（mL:g）为一级反应,小于30:1（mL:g）为零级反应。初始反应速率与盐酸浓度线性正相关。葡萄糖的转化率和乙酰丙酸的生成速率均随反应温度的升高而显著增大。葡萄糖分解反应的活化能为110.63 kJ/mol,乙酰丙酸生成反应的活化能为161.41 kJ/mol。采用酮抑制葡萄糖水解过程中产生的腐黑物,研究酮对腐黑物的抑制率和对乙酰丙酸得率的影响。同时添加5%（L:L）的丙酮和5%（L:L）的2-丁酮对腐黑物的抑制效果较好,在反应24 h时达到最大抑制率27.52%;在21 h时乙酰丙酸得率最大,为28.93%。此外,两种酮的同时加入使乙酰丙酸生成反应的活化能减少16.28 kJ/mol,有利于乙酰丙酸的生成。氯化钠的添加能起对盐酸催化剂起到活化作用,促进了葡萄糖的分解和乙酰丙酸的生成,使葡萄糖分解反应的活化能减小13.413 kJ/mol,使乙酰丙酸生成反应的活化能减小23.896 kJ/mol。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 乙酰丙酸的性质及用途
• 1.1.1 乙酰丙酸的性质
• 1.1.2 乙酰丙酸及其衍生物的用途
• 1.2 乙酰丙酸制备方法及国内外研究进展
• 1.2.1 糠醇水解法
• 1.2.2 生物质直接水解法
• 1.3 葡萄糖的水解反应机理
• 1.3.1 由葡萄糖水解生成5-羟甲基糠醛的反应机理
• 1.3.2 由5-羟甲基糠醛水解生成乙酰丙酸的反应机理
• 1.3.3 腐黑物的生成
• 1.4 立题背景及意义
• 1.5 课题研究内容
• 第二章 原料的选取及乙酰丙酸最佳制备工艺条件的选择
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 主要实验材料
• 2.2.2 主要仪器与设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.3.1 超声-微波协同萃取仪不同微波功率下反应温度随时间的变化
• 2.3.2 葡萄糖水解液中乙酰丙酸的定性和定量分析
• 2.3.3 超声-微波协同法与恒温水浴法的比较
• 2.3.4 几种单糖的水解比较
• 2.3.5 两种单糖和二糖的水解比较
• 2.3.6 一些常见寡糖及多糖的水解比较
• 2.3.7 原料的选择及各因素对乙酰丙酸得率的影响
• 2.3.8 响应面分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 葡萄糖水解生成乙酰丙酸的反应动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 主要实验材料
• 3.2.2 主要仪器与设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 葡萄糖含量的测定方法比较
• 3.3.2 超声微波协同法对葡萄糖转化率的影响
• 3.3.3 液固比对葡萄糖水解反应动力学的影响
• 3.3.4 盐酸浓度对葡萄糖水解反应动力学的影响
• 3.3.5 温度对葡萄糖水解反应动力学的影响及反应活化能的计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 葡萄糖水解产物中腐黑物抑制剂及氯化钠催化剂的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 主要实验材料
• 4.2.2 主要仪器与设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 四种酮对腐黑物的抑制
• 4.3.2 四种酮对乙酰丙酸得率的影响
• 4.3.3 同时添加丙酮和2-丁酮对反应动力学的影响
• 4.3.4 氯化钠对葡萄糖水解反应动力学的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文