离子液体中金属氯化物催化糖脱水制备5-羟甲基糠醛

论文摘要

随着能源危机的日益严重和不可再生资源的迅速消耗,利用可再生资源代替不可再生资源越来越引起全世界的关注。5-羟甲基糠醛可从生物质资源制备,通过进一步反应可以直接转化为燃料,同时具有较好的反应特性,可以衍生出数量众多的下游产品,成为科学家们关注的焦点之一。早期研究表明,5-羟甲基糠醛可以通过酸催化由果糖脱水生成。但是,该方法存在原料价格昂贵、对设备腐蚀严重、副产物多、废水排放量大等问题,不符合化学工业绿色化的发展方向。本文研究了以[BMIm]Cl为溶剂、金属氯化物为催化剂,葡萄糖脱水制备5-羟甲基糠醛的过程。首先以N-甲基咪唑和1-氯丁烷为原料合成氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐[BMIm]Cl。利用硝酸银滴定法测定[BMIm]Cl的纯度,通过UV-Vis、IR表征对[BMIm]Cl进行定性分析。实验结果表明:摩尔比N-甲基咪唑∶1-氯丁烷=1∶1.05、温度90℃、反应48h时,[BMIm]Cl的收率为84%、纯度为98.8%。其次,研究以[BMIm]Cl为溶剂、金属氯化物为催化剂,葡萄糖脱水制备5-羟甲基糠醛的反应条件。考察金属氯化物种类,催化剂含量,反应时间,反应温度,葡萄糖含量等因素对葡萄糖转化率和5-羟甲基糠醛收率的影响。通过实验确定葡萄糖脱水制备5-羟甲基糠醛的最佳工艺条件为:反应温度120℃,反应时间3h,10wt%葡萄糖,CrCl3与[BMIm]Cl的摩尔比1?10。在该条件下,葡萄糖的转化率为98.2%,5-羟甲基糠醛的收率为77.4 %。最后,通过5-羟甲基糠醛在离子液体中的稳定性实验和竞争性实验,结合葡萄糖高温水热降解机理,探讨了葡萄糖在离子液体中制备5-羟甲基糠醛的反应机理。推测葡萄糖中的半缩醛首先与[BMIm]CrCl4结合发生烯醇化反应,再通过两种途径生成5-羟甲基糠醛:（1）中间体直接脱水生成5-羟甲基糠醛;（2）中间体先异构化为果糖,再由果糖脱水生成5-羟甲基糠醛。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 生物质
• 1.1.1 生物质资源的利用
• 1.1.2 生物质能的发展现状
• 1.2 5-羟甲基糠醛
• 1.2.1 5-羟甲基糠醛研究进展
• 1.2.2 5-羟甲基糠醛的制备
• 1.2.3 己醣脱水制备5-羟甲基糠醛的催化剂
• 1.2.4 5-羟甲基糠醛的应用
• 1.3 离子液体
• 1.3.1 离子液体的研究进展
• 1.3.2 离子液体在化学反应中的应用
• 1.3.3 离子液体在萃取中的应用
• 1.4 5-羟甲基糠醛的检测方法
• 1.4.1 分光光度法
• 1.4.2 高效液相色谱法
• 1.5 课题的意义及研究内容
• 第二章 咪唑类离子液体的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 [BMIm]Cl的合成路线
• 2.1.3 实验装置
• 2.1.4 实验步骤
• 2.1.5 [BMIm]Cl的纯度分析
• 2.1.6 [BMIm]Cl的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 [BMIm]Cl的紫外分析
• 2.2.2 [BMIm]Cl的红外分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 离子液体中糖脱水制备5-羟甲基糠醛
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 实验步骤
• 3.1.3 产品分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 果糖脱水制备5-HMF
• 3.2.2 葡萄糖脱水制备5-HMF的工艺条件优化
• 3.3 本章小结
• 第四章 葡萄糖脱水制备5-羟甲基糠醛反应机理
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与仪器
• 4.1.2 甘油醛的合成
• 4.1.3 离子液体中5-HMF的稳定性实验
• 4.1.4 竞争实验
• 4.1.5 表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 [BMIm]Cl/金属氯化物红外分析
• 4.2.2 5-HMF的稳定性实验实验结果
• 4.2.3 竞争实验结果
• 4.3 葡萄糖脱水制备5-羟甲基糠醛的反应机理
• 4.3.1 葡萄糖在酸催化作用下高温水热降解机理
• 4.3.2 离子液体中葡萄糖脱水制备5-HMF的反应机理
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢