1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

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。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

大部分研究者们对 5-hmf 的研究主要集中在原料、溶剂体系、催化剂及其他辅助手段。原料方面探索过果糖、葡萄糖、淀粉、纤维素、废弃生物质等，其中果糖是制备 5-hmf 的最直接的生物质之一，也是研究较多的原料。溶剂体系包括水溶剂、有机溶剂、离子液体、水与有机溶剂组成的双相体系，其中离子液体具有热稳定性、化学稳定性、溶解性能、较强极性、不挥发性等特性，但其制备过程复杂，花费大，所以局限在实验室研究。而双相体系可以将生成的 5-hmf及时从水相中萃取到有机相，避免了其在水溶液中的进一步水解，提高了 5-hmf 的收率。催化剂有 h₂so₄、h₃po₄、hcl 等液体酸，磷酸氧矾、amberlyst-15、分子筛等固体酸，以及离子液体。为了提高果糖等原料的转化率和提高 5-hmf 的收率，一些辅助手段如微波加热、在反应体系中加调节剂等也应用在 5-hmf 的制备过程中。因此5-羟甲基糠醛有望成为基于生物质资源的新型平台化合物。对于未来社会的发展具有一定的意义。

本实验主要研究将果葡糖浆中葡萄糖氧化为葡萄糖酸，并基于两相法将果糖和葡萄糖酸混合液用于脱水制备hmf，实现生成hmf与分离葡萄糖酸的反应分离耦合，利用此法实现hmf的大规模生产。5-hmf是由己糖或者含有己糖结构的多糖转化而来。原料可以是果糖、葡萄糖等己糖，也可以是低聚糖、多聚糖等碳水化合物。研究显示，在制备5-hmf的原料中，己酮糖具有优于己醛糖的特性。

为此，本课题要解决：果葡糖浆中葡萄糖氧化条件及重复性；葡萄糖酸和果糖混合液制备条件。