羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO）知识库

化石类资源作为主要的化工产品原料，在全球的消耗量日益增加，其引起的温室气体的大量排放成为了当今人们关注的主要问题之一。生物质资源作为可再生、可降解的资源，由于其资源丰富、价格低廉，且通过化学合成的方法可以制备高附加值的医药工业中间体和合成高分子材料的单体，因此逐渐被人们所重视。来源于生物质的5-羟甲基糠醛(5-HMF)及糠醛等呋喃类衍生物具有高反应活性和高附加值，可广泛应用于塑料、药物、精炼化学等领域，是重要的平台化合物之一。

本课题研究了固体酸催化剂催化碳水化合物脱水制备5-HMF及糠醛的反应。主要研究内容如下：

首先：本研究运用绿色、环保的乙醇溶剂代替传统的乙腈、甲苯溶剂，以共价键键合的方式合成了一系列不同酸度的二氧化硅固载型功能化离子液体(ILs/SiO₂)催化剂。这些催化剂结合了离子液体及固体催化剂的优势，应用于生物质脱水反应中。结果表明：这些催化剂在多种碳水化合物制备呋喃类衍生物的反应中均展现出良好的催化活性；相比其他催化剂，固载型双酸功能化离子液体催化剂(3-磺酸基-1-(3-三乙氧基硅丙基)咪唑硫酸氢盐)具有较好的催化活性，催化果糖、葡萄糖、木糖、蔗糖及纤维二糖水解，底物的转化率分别为99%、96%、94%、76%和99%。此外，在催化微晶纤维素水解中，还原糖(TRS)产率高达77%。

其次：本论文通过挥发诱导自组装的方法合成了一系列不同磷锆摩尔比的有序介孔磷酸锆材料(M-ZrPO-x)，应用于果糖脱水制备5-HMF的反应；探讨了不同反应条件(反应温度、反应时间、催化剂用量、果糖浓度)对其催化活性的影响；重点考察了该催化剂在果糖脱水反应中的重复利用性能；采用SEM、TEM、BET、XRD和XRF等表征手段对反应前后的催化剂进行了物化性能表征，探究了该催化剂的结构稳定性能。分析结果表明，磷锆摩尔比为3:4的M-ZrPO-0.75催化剂比表面积较大且其活性较高，在相对温和的条件下，果糖转化率高达97.4%，5-HMF的选择性为79.6%。M-ZrPO-0.75表现了优异的催化稳定性和结构稳定性，循环利用12次后催化剂的催化性能及介孔结构依然得到保持。此外，实验结果表明M-ZrPO-x催化作用下，果糖在DMSO溶剂中的脱水反应具有较低的表观活化能。