摘要：由生物质基5-羟甲基糠醛（HMF）经选择性加氢反应得到的2,5-二羟甲基呋喃（DHMF）被认为是一种新型的聚合材料单体，可以广泛应用于合成聚酯类、聚醚类和冠醚类等高分子材料，具有广阔的市场前景。针对目前DHMF制备过程存在的经济性低和危险系数高等问题，本文开发了一种以磁性氢氧化锆（MZHs）作为廉价催化剂并以低碳醇作为安全氢供体的Meerwein-Ponndorf-Verley（MPV）转移加氢反应体系。实验结果表明：在具有不同锆铁元素摩尔比的MZHs中，MZH(Zr/Fe=2)展现出了最高的催化活性。当以仲丁醇为氢供体时，150C反应2h，HMF的转化率和DHMF的产率分别可以高达98。4%和89。6%，这一优异的反应结果除了归因于仲丁醇具有较低的还原电势（Hf°）以外，最重要的还是归因于MZH(Zr/Fe=2)具有适宜的比表面积、孔径大小和酸碱位点含量以及它们之间的协同效应。此外，根据目前的实验结果和以往的相关文献，本文还提出了一种MZH(Zr/Fe=2)催化HMF转移加氢制备DHMF的反应机理，其中，MZH(Zr/Fe=2)的酸性位点和碱性位点对于六元环过渡结构中的氢转移反应是至关重要的。91762

毕业论文关键词：5-羟甲基糠醛，2,5-二羟甲基呋喃，仲丁醇，催化转移加氢，磁性氢氧化锆

Abstract: 2,5-Dihydroxymethylfuran (DHMF) that is prepared by the selective hydrogenation of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural (HMF) is a new monomer, which can be used for the production of resins, fibers, foams, drugs, polymers and crown ethers。 According to the presence of serious issues such as low economy and high risk in the synthesis of DHMF, this work developed an economical and effective approach for the catalytic transfer hydrogenation of HMF into DHMF by using the reaction of Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) over various magnetic zirconium hydroxides (MZHs)。 The results indicated that MZH with the moderate Zr/Fe molar ratio of 2 displayed the highest catalytic activity, resulting in 89。6% DHMF yield with 98。4% HMF conversion at 150 C for 5 h in the presence of 2-butanol that was simultaneously acted as hydrogen donor and reaction medium, which was ascribed to its appropriate specific surface area, pore size and acid-base content。 Moreover, a plausible reaction mechanism was also proposed for the catalytic transfer hydrogenation of HMF into DHMF over MHZ(Zr/Fe=2), in which the basic hydroxyl groups with the aid of acidic zirconium metal centers were considered to be responsible for the pivotal hydride transfer via a six-membered ring structure。

Keywords: 5-Hydroxymethylfurfural, 2,5-Dihydroxymethylfuran, 2-Butanol, Catalytic transfer hydrogenation, Magnetic zirconium hydroxides

目 录

1 引言 4

2 实验材料与方法 7

2。1 实验试剂 7

2。2 实验仪器 7

2。3 催化剂的制备 8

2。4 催化剂的表征 8

2。5 HMF转移加氢制备DHMF的基本程序 9

2。6 反应产物的测定 9

3 实验结果与讨论 11

3。1 催化剂的表征 11

3。2 不同催化剂催化HMF转移加氢制备DHMF的性能比较 16

3。3 不同反应条件对HMF转移加氢制备DHMF的影响规律 17

3。3。1 反应温度的影响 17

3。3。2 反应时间的影响 19

3。3。3 催化剂用量的影响 20

3。3。4 低碳醇种类的影响 21

3。3。5 催化剂的重复利用 22

3。4 HMF转移加氢制备DHMF的反应机理 25

结 论 27

参考文献 28

致 谢 32

1引言

众所周知，煤、石油和天然气等不可再生的化石资源构成了当今世界燃料、材料和化学品工业的基石，为人类社会的发展与繁荣做出了巨大的贡献[1-3]。但是近年来，随着化石资源储藏量的不断减少和化石资源价格的逐步攀升以及大量使用化石资源所造成的环境污染和气候变暖现象的日趋严重，生物质作为一种来源广泛、储量丰富且价格低廉的可再生资源已经引起了国内外科学界、工业界和政府界越来越广泛的关注[4-8]。地球上每年由光合作用合成的生物质总量超过2000亿吨，含能量达3×1018千焦，大约相当于全世界每年