【微波助离子液体中生物质糖类催化转化为平台化合物5-羟甲基糠醛的研究】

 2009年1月至2011年12月，我院漆新华等人完成了国家自然科学基金项目“微波助离子液体中生物质糖类催化转化为平台化合物5-羟甲基糠醛的研究”。课题从绿色化学的基本原则出发，经过系统的研究工作，以不同的生物质资源为起始原料，开发出了一系列的催化转化生物质为5-羟甲基糠醛（5-HMF）的绿色工艺过程。主要创新点包括：（1）开发了一套微波加热，离子液体绿色溶剂和离子交换树脂相结合的高效的催化转化果糖为5-HMF的工艺系统。80oC下反应10min，果糖转化率达到98.6％，5-HMF产率达到83.3％。和传统过程所需要的反应温度150~200oC及反应时间3~6h相比，本工艺的反应条件温和得多且更高效。（2）首次报道了常温下生物质衍生糖类向5-HMF的有效转化。在该过程中，果糖在室温下（25oC）反应6h，得到90.3％的果糖转化率和86.5％的5-HMF 选择性。（3）开发了微波辐射加热下，葡萄糖、二糖和纤维素在离子液体/催化剂反应体系下向5-羟甲基糠醛的快速转化过程。在BMIM][Cl]/CrCl3体系中，在微波加热的情况下，葡萄糖在140度的反应温度下仅仅经过30s的反应时间，即达到了96％的葡萄糖转化率和71％的5-HMF产率。试验表明微波作用大大提高了葡萄糖的转化速率，存在独特的微波效应。（4）巧妙地利用两种离子液体的特点，创新性地开发了一套采用两步法高效地将木菊粉转化为5-HMF的温和的绿色工艺。并根据两种离子液体的特点，提出了离子液体和催化剂循环使用的工艺过程，将会对今后相关领域多种离子液体的联合使用及其循环利用提供重要的指导作用。（5）基于离子液体中葡萄糖的降解特性，我们采用在纤维素水解过程中逐步增加体系中水的添加量的方法，既能够保证溶解的纤维素不会析出而影响其有效水解，又能够有效保护纤维素水解生成的葡萄糖不会聚合生成腐殖酸，从而获得高达80％以上的葡萄糖产率（传统方法只能获得40％左右）。在获得如此高的葡萄糖产率之后，我们向体系中加入CrCl3催化剂，最终获得了高达73％的5-HMF产率（以纤维素为基准计）。本研究成果除了可以应用于将纤维素高效转化为5-HMF，也同样可以推广应用到其它的生物质转化过程中，比如将纤维素转化为生物乙醇等。截至2011年12月31日，本项目已经在Green Chemistry、ChemSusChem、Industrial & Engineering Chemistry Research、Bioresource Technology等国内外高水平刊物上发表了署名本课题资助的研究论文16篇，其中SCI收录13篇（影响因子在6.0以上的2篇，5.0以上的4篇，4.0以上的7篇）。会议摘要（SCI、ISTP双收录）3篇，其它会议论文3篇。本项目资助的这些论文受到了国内外同行的广泛关注，大大推动了本领域的研究工作，在短短的2年多时间内已经被国内外同行引用达160多次，单篇最高引用50次。在国际国内学术会议上作报告6人次。申请专利2项。