3。5  不同反应时间对 HMF 得率的影响 12

3。6  不同催化剂用量对 HMF 得率的影响 13

3。7  水分对 HMF 得率的影响 14

结论 ·· 16

参考文献 17

致谢 ·· 19

1 前言

1。1 5-羟甲基糠醛

5-羟甲基糠醛的英文缩写为 HMF，化学式为 C6H6O3。HMF 是一种暗黄色的 针状结晶，有吸湿性，易液化，需避光低温密封保存。HMF 分子中含有一个醛 基、一个羟甲基以及一个呋喃环（图 1），可以通过水合反应转换为工业上有用 的化学物质如乙酰丙酸等。HMF 还可作为食品的新鲜度和质量的重要参数，被 应用于不同类样本的分析比如谷物，婴儿食品，咖啡，软饮料和醋等。HMF 可 以通过氧化、酯化、加氢、水解、卤化聚合以及其它化学反应合成许多有用化合 物和新型高分子材料，应用于新型燃料添加物以及医学药物领域[1-5]。

HMF 结构式

1。2 果糖脱水制备 HMF 的研究进展

近年来，随着煤、石油和天然气等不可再生资源的日益枯竭以及社会快速 发展所需能源的需求增大，供需矛盾严重失衡，而且化石燃料带来的各种空气和 环境的污染愈演愈重。所以，新的绿色可再生能源的开发迫在眉睫。目前，以生 物质为原料制备 HMF 是利用生物质最有效的方式之一。HMF 本身化学结构上只 有碳氢氧三种元素且有环状化学键作为燃料添加剂后只有 CO2 和 H2O 的无害产 物，HMF 可被有效的直接转化为可用的酸类和醛类以及可运输燃料 DMF。近年 来很多人投身到果糖制取 HMF 的绿色环保事业中。论文网

大量的不同种类的酸催化剂被应用于果糖制备 HMF 的反应中，如无机酸[6]、 酸性离子溶液[7]、酸性离子交换树脂[8]、H-型分子筛[9]以及杂多酸[10]。刘彦丽[11] 等人以 1 g 果糖、10 mL DMSO、0。1 g 催化剂 WZ0。1，在 130 °C 下反应 3 h，HMF 得率为 80。29%；樊帆[12]等人以采用共沉淀法制备的 TiO2-SiO2 催化剂在反应温度 150 °C、R= 50:1、果糖加入量为 50 mg、反应 3 h 后，HMF 最高收率可达 83。80%； 黎演明等人用 La2O3-ZrO2-Al2O3 制取 HMF 反应 75 min 后得率为 74。97%。由此 可见，固体酸催化剂在制备 HMF 的效率和成本上有一定的优势。

当前广泛被人们接受的果糖脱水生成 HMF 的反应机理如图 2 所示，第一种 途径是环状结构的果糖分子首先脱 1 分子水形成环状结构，然后再依次脱去 2 分子水得到 HMF；第二种途径是果糖分子在直链结构中脱去 3  分子水后生成

图 2 果糖催化制备 HMF 的反应机理[13]

1。3 选题背景及意义

随着化石资源的逐渐枯竭，发展低碳经济成为全球关注的焦点，相应的以 可再生的生物质资源生产高附加值化工产品成为了当前研究的热点领域。作为新 型平台化合物，HMF 可以由生物质基碳水化合物如葡萄糖、果糖、淀粉和纤维 素等通过脱水反应生成，它分子中同时含有一个醛基、一个醇羟基和一个呋喃环， 其化学性质比较活泼，可以通过氧化、加氢、水解、酯化、醚化和缩合等反应制 备数百种化学品，并广泛应用于能源、材料和医药等领域，具有广阔的市场前景 和重要的应用价值。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 等，它