葡萄糖酸及果糖混合液制备HMF文献综述
2020-06-23 20:52:21
生物质(biomass)是自然环境下经光合作用间接或直接生成的一切有机体的总称[1]，包括植物、动物和微生物以及这些生物代谢和派生的一切有机质。C、H、O是其组成的主要元素，来源于外界环境中的水分和 CO2。生物质燃烧后的 CO2循环利用于整个环境体系当中，并不会增加空气中的含量，较化石能源更为环保。研究表明，地球每年经光合作用合成的有机体大约为 2400亿吨，固定的太阳能是目前全球能源消耗的 11 倍左右，其能量的释放能够满足人类的生产生活需求。人类如果能有效利用生物质资源，就相当于拥有了一座取之不尽用之不竭的资源宝库[2]。
目前对于生物质资源的利用研究已经取得一定进展，例如：生物质（如秸秆）经过水解、发酵、蒸馏制备乙醇及其下游产品如冰醋酸、乙烯等；以淀粉为原料，通过接枝共聚发制备高吸水性碳水化合物材料；微生物发酵法由葡萄糖制备 1，3-丙二醇。当前研究比较热门的一个课题是从糖水化合物中的糖类化合物出发合成具有特殊性能的呋喃系列衍生物，其中最具代表性的是 5-HMF。5-HMF 因具有高活性的呋喃环系、芳醇、仿醛的结构而成为一种重要的精细化工产品。此外5-HMF 具有高反应活性和聚合能力，其衍生物被广泛的用作真菌剂、腐蚀抑制剂、香料；同时可以代替对苯二酸合成聚酯、2,5-呋喃二甲醛、2,5-二羟甲基呋喃[3]；也可以替代相应的苯系化合物合成可降解的生物高分子材料。因此将从生物质转化的 5-HMF 及其衍生物用作聚合单体代替石化产品大宗生产聚合物是有深远意义的，此外将呋喃环引入聚合物中也会带来一些新的优良性质。生物质作为一种可再生资源，数量巨大，成本低，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（醇、醛、酮、羧酸），也可以合成重要的高分子材料单体。糖类是最受关注的生物质资源之一，以糖为原料合成5-HMF成为开发利用生物质方面的重要课题。5-HMF具有芳醇、芳醛的结构并且拥有呋喃环体系，具有高反应活性和聚合能力。5-HMF对于人体具有细胞低毒性和低诱变性，同时还是合成药物、耐热聚合物以及络合的大环化合物的先导化合物。在诸多应用中聚合物用量最大，而目前绝大部分聚合单体来源于石油化学品，因此将从生物质转化的5-HMF及其衍生物用作聚合单体代替石化产品大宗生产聚合物具有深远意义。
迄今为止，关于HMF研究已进行了很多的报道，但还不能够扩大生产，而且所需的成本比较高。通过文献发现，HMF主要由己糖异构为果糖，再脱水生成HMF。而反应中，由于有机溶剂对糖类的溶解度有限，一定程度上降低了糖类的转化率，因此大多数采用水和溶剂组合成的双相体系。在水相中糖类被催化脱水，而有机相及时萃取5-HMF，这样降低副产物产生。果葡糖浆由于其易制备、成本低且己糖纯度较高，是重要的己糖来源。之前的方法，是将果葡糖浆中的葡萄糖异构为果糖，然后脱水制备HMF，但异构过程增加了生产难度和成本，与利用纯果糖作为原料相比，并无明显。
多品种联合生产是化工的核心原则之一，也是改善原子经济的重要途径。 在此，我们提出了通过连续水解，氧化和脱水从蔗糖共生产两种有价值的平台化合物葡糖酸（GA）和5-羟甲基糠醛（HMF）的方法。
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