3。7 底物浓度的影响 14

结论 16

参考文献 17

致谢 18

1 前言

1。1 5-羟甲基糠醛（HMF）

5-羟甲基糠醛（HMF）（化学结构式见图 1），又名 5-羟甲基-2-呋喃甲醛或 5-羟甲基-2-糠醛。HMF 可通过取代、酯化以及聚合等化学反应用于抗菌剂、抗腐蚀剂、医药用品、 塑料和柴油燃料添加物等的合成[1]。HMF 是一种暗黄色针状结晶，具有甘菊花味，有吸湿 性，易液化，需避光低温密封保存。HMF 的化学参数见表 1。论文网

HMF 的化学结构式 表 1 HMF 的化学参数

1。2 果糖脱水制备 HMF 的研究进展

目前，全球煤、石油和天然气等化石燃料的逐渐减少以及其燃烧对环境造成了的不 可恢复的伤害，因而，寻求一种可持续利用能源的需求越来越迫切。现在全球都在关注可 再生能源的开发与利用，因此大大促进了该项科学研究工作的发展。通过图 1 我们可以知 道，HMF 化学结构式中含有醛基、羟甲基和呋喃环，因此 HMF 化学性质活跃，可以在燃 料、塑料聚合物的生产中得到广泛应用[2]。早期，果糖脱水合成 HMF 工艺大都采用均相酸 作为催化剂，但是这种催化剂活性较低，不可回收，排出废液会对环境产生污染，不符合 绿色化学原理。固体酸由于具有可调节的酸性酸量及孔道结构，不但能够提高 HMF 的产 率，而且能够进行重复利用，符合绿色化学的要求[3]。现如今，获得 HMF 的途径主要是直 接以植物纤维为原料，通过酸催化水解合成。但此工艺副反应多，产率低，能耗高，产物 复杂，杂质多，不利于大量生产[4]。 与其他糖类化合物比较，以果糖为原料在固体酸催化 剂催化作用下可以使 HMF 产率最大化，后续处理工作简单，利于工业化生产[5]。现如今， 利用果糖脱水合成 HMF 工艺已经成为生物质利用研究的一大热点[6]，并取得了一系列研究 成果。其中，邓清莲等[7]制备了磺酸化的碳质固体酸催化剂，通过不断优化其制备条件研

究了对果糖脱水合成 HMF 的影响，结果发现在有机溶剂四氢呋喃和水组成的两相体系中， 在 160 °C 下反应 1 h 后，HMF 得率可以高达 80%以上。还有，孙春蕾[8]等以几种常规酸催 化果糖脱水合成 HMF，研究发现，在 2 g 果糖、0。3 g 对甲苯磺酸、15 mL 正丁醇、反应 温度 180 °C 和反应时间 5 min 的反应条件下，HMF 得率能够高达 91。3%。

1。3 选题背景和意义

步入新世纪以来，能源危机和环境污染问题日益严重，要求人们去探索和开发能够 逐步替代化石资源的新能源，为人类生存和发展提供化学品和燃料。生物质是地球上惟一 以有机碳形式存在的可再生资源，其中，碳水化合物约占 75%，它们的有效转化和利用对 于缓解能源危机和减轻环境污染具有十分重要的意义。经过长时间多方面的详细验证，将 碳水化合物转化为平台化合物尤其是 HMF 被认为是连接生物质资源和化石资源最有效的 途径之一。与葡萄糖、淀粉和纤维素相比，果糖由于具有五元环的呋喃型结构使其比较容 易发生脱水反应生成 HMF，是目前制备 HMF 最理想的原料。传统的研究采用的催化剂大 多是无机酸如 HCl、H2SO4、H3PO4 和 HNO3[8]等，它们虽然价美物廉且易得，催化活性较 高，但是它们的腐蚀性较大且会对环境造成严重污染，违背了绿色化学，这在很大程度上 限制了它们的使用[9]。近几年，由于固体超强酸具有较强的酸性、较大的比表面积和较强 的热稳定性的化学性质以及无污染、无腐蚀性且可以重复使用等优点现已经在醚化、酯化 和水解等反应中得到了广泛的应用。鉴于 HMF 制备过程中存在的问题和缺陷和固体超强 酸的良好的理化性质，因而本文选用磺酸化的二氧化锡为催化剂在二甲亚砜为溶剂中研究 对果糖制备 HMF 的脱水效果，并考察各种反应条件对 HMF 得率的影响，希望可以为果糖 脱水催化剂的合成与 HMF 制备工艺的优化提供一定的理论指导和技术支撑。