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摘 要

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 脱水糖简介 1

1.1.1 左旋葡聚糖（LGA） 1

1.1.2 左旋葡萄糖酮（LGO） 2

1.2 LGA的制备方法 3

1.2.1 热解法制备LGA 3

1.2.2 非热解法制备LGA 4

1.3 LGO的制备方法 5

1.3.1 化学合成法制备LGO 5

1.3.2 热解法制备LGO 5

1.3.3 非热解法制备LGO 6

1.4 纤维素在极性非质子溶剂中转化的过程 7

1.5 展望 8

1.6 本实验的研究内容 9

第二章 实验材料和方法 10

2.1 仪器设备及实验试剂 10

2.1.1 仪器设备 10

2.1.2 实验试剂 10

2.2 实验方法 11

2.3 分析方法 12

第三章 实验结果和讨论 14

3.1 待测产物的标准曲线 14

3.2 反应效果较好的溶剂 16

3.2.1 1，4-二氧六环 16

3.2.2 四氢呋喃 17

3.2.3 丙酮 18

3.2.4 丁酮 19

3.2.5 碳酸二甲酯 20

3.2.6 乙二醇二甲醚 21

3.3 反应效果差的溶剂体系中产物分布 21

第四章 结论 24

参考文献 25

摘 要

纤维素在降解过程中会产生很多具有很高化工应用价值的脱水糖，特别是在溶剂体系下降解纤维素等生物质所得到的左旋葡聚糖（Levoglucosan，LGA）和左旋葡萄糖酮（Levoglucosenone，LGO）。本文主要考察了纤维素在1，4-二氧六环，丙酮，2-丁酮，碳酸二甲酯，乙二醇二甲醚等15种不同有机溶剂中降解制备脱水糖LGA和LGO的产率。经对比发现，以1，4-二氧六环为溶剂时LGA和LGO的产率最高，其中LGA最大产率为28.56%，LGO最大产率为54.32%。针对溶剂性质的不同，发现纤维素在极性非质子型溶剂中降解制备脱水糖LGA和LGO的产率更高。

关键字：纤维素 脱水糖 左旋葡聚糖 左旋葡萄糖酮 有机溶剂

Degradation of Cellulose to Anhydrosugar Using Different Organic Solvents

Abstract

In the degradation process, cellulose would prepare a lot of anhydrosugars with high chemical application values, especially levoglucosan(LGA) and levoglucosenone(LGO), which are obtained by the degradation of biomass in a solvent system. In this paper, the yields of anhydrosugars such as LGA and LGO have been investigated in 15 different organic solvents, such as 1, 4-dioxane, acetone, 2-butanone, dimethyl carbonate and 1, 2-dimethoxyethane. The result showed that the yields of LGA and LGO were the highest when 1, 4-dioxane was used as the solvent. The maximum yields of LGA and LGO were 28.56% and 54.32%, respectively. Comparing with different kind of solvents, it was found that the yields of LGA and LGO which were obtained by the degradation of cellulose in polar aprotic solvents were higher.

Keywords:cellulose; anhydrosugar; levoglucosan; levoglucosenone; organic solvents

第一章 文献综述

1.1 脱水糖简介

脱水糖（又称内醚糖）是一种具有[3.2.1]的双环结构的碳水化合物，可由糖分子在一定条件下（如酸、碱或加热等）脱水生成。常见的脱水糖有左旋葡聚糖（1，6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖，LGA）、左旋葡萄糖酮（1，6-脱水-3，4-双脱氧-β-D-吡喃烯糖-2-酮，LGO）等。在这些脱水糖中LGA和LGO因具有巨大的化工应用价值而被广泛关注，但DGP（1，4:3，6-双脱水-α-D-吡喃葡萄糖）和APP（1，5-脱水-4-脱氧-D-甘油基-己-1-烯-3-阿洛酮糖）等脱水糖因制备时含量低，对其工业价值及其他方面价值了解较少，因而很少被人们关注和研究。脱水糖的制备方法很多，生物质热解制备脱水糖是一种比较传统的方法^[1]。纤维素作为这种方法中最常用的原料，以纤维素作为原料具有来源广、成本低等诸多优点。本篇文章着重讨论LGA和LGO。

1.1.1 左旋葡聚糖（LGA）

左旋葡聚糖的分子式为C₆H₁₀O₅，分子量为162，其化学名称是1，6-脱水吡喃葡萄糖，CAS号为498-07-7，是一种易溶于水但不易挥发的极性化合物。

图 1-1 葡萄糖和左旋葡聚糖的结构

Figure 1-1 The structural formulas of glucose and levoglucosan

比较葡萄糖的结构与LGA的结构（如图1-1）不难发现，LGA和葡萄糖的差异仅在1，6-位脱去了一分子的水，因而LGA极易水解生成葡萄糖。葡萄糖在一些领域中具有特别的应用，而LGA与葡萄糖的结构十分相似，LGA能否发挥与葡萄糖同等或者比葡萄糖更好的作用引起了人们对其应用的广泛研究。

在微生物代谢的领域中，一些学者研究发现真核生物（如丝状杆菌和酵母菌等^[2-4]）可以用自身合成的LGK（微生物体内一种酶）将LGA转化形成葡萄糖-6-磷酸从而进入糖酵解生成丙酮酸，通过控制氧气含量来改变后续的产物，例如在无氧条件下，丙酮酸在微生物内经过一些列反应生成乙醇，可以作为生产生物乙醇的一种方法。而在有氧的条件下，在丙酮酸脱氢酶系的作用下生成乙酰辅酶A。

LGA不仅可以替代葡萄糖生成乙醇和乙酰辅酶A外，也可以在真菌中生成一些特殊的物质，LGA可以在土曲霉 Aspergillus terreus K26中生成衣康酸^[5]，在黑曲霉Aspergil lusniger CBX-209中转化生成柠檬酸^[3]。与传统的葡萄糖等六碳糖一样LGA也可以被微生物高效利用。

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