Cu催化羟基自由基氧化断裂纤维二糖分子糖苷键反应及其在纤维素低温解聚中的应用

纤维素是葡萄糖通过β-1,4-糖苷键链接而成的高聚物,在木质纤维素中含量最高,结构稳定,较难水解.糖苷键的解聚主要有三种方式:酶水解、酸水解以及碱降解.酶解的优点是反应条件温和、副产物少,但存在成本高、活性低等缺点,限制了其大规模的工业化生产.碱水解纤维素的同时伴随着葡萄糖的peeling-off反应得到异变糖酸,需要消耗大量的碱,并且强碱也存在腐蚀性强和回收难等问题.酸水解是目前工业上常用的纤维素水解方法,在保持较高葡萄糖选择性的同时,通过对反应条件的控制(提高反应温度和酸浓度)来提高纤维素的水解效率,但是硫酸对设备的腐蚀性强,也难以回收,不符合绿色化学的发展要求.固体酸是近年来研究较多的纤维素水解催化剂.固体酸虽然腐蚀性弱、易回收,但是其活性低,水热稳定性较差,目前还不具备大规模生产的条件.本文发展了一种羟基自由基活化断裂糖苷键的方法,利用羟基自由基的高活性在低温下实现糖苷键的选择性断裂,同时羟基自由基与糖苷键作用后转化为无毒无害的水和氧气,将不会对环境造成污染.我们首先以纤维二糖作为纤维素的模型分子,通过羟基自由基能够优先与糖苷键反应得到葡萄糖和葡萄糖酸的实验证实所提出的方法的可行性.实验表明,来自H2O2的·OH自由基能够在铜基催化剂作用下选择性氧化断裂其糖苷键,生成葡萄糖和葡萄糖酸.比如:采用均相CuSO4体系,纤维二糖转化率约为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性分别为28.5%和32.3%.采用多相CuO/SiO2(4 wt%CuO)体系,纤维二糖转化率约为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性约分别为23.3%和25.7%,并且该催化剂具有良好的循环使用性能.与·OH类似,CuSO4催化过硫酸钾生成的·SO4-自由基也能够有效转化纤维二糖,在纤维二糖转化率为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性分别为36.6%和39.9%.利用这种·OH和·SO4-自由基氧化的方法,也能够在较低温度下(333 K)解聚纤维素中的糖苷键.我们发展了H2O2浸渍预处理纤维浸渍预处理纤维素的方法,通过部分破坏纤维素糖苷键,提高了纤维素的水解活性.比如:处理后的纤维素在413 K条件下反应12 h,纤维素转化率和葡萄糖选择性分别达到约36.1%和42.5%.XRD结果表明,处理后的纤维素的晶体结构未发生明显的变化.FT-IR表征结果显示处理后的纤维素表面生成了大量的羧酸基团.     

微波辅助的金属氯化物Lewis酸催化纤维素水解

研究了微波辐射下四种金属氯化物Lewis酸的催化纤维素酸水解反应性能,发现CuCl₂的催化性能最好。反应温度、反应时间、微波功率、催化剂用量和酸种类对纤维素水解转化率、葡萄糖和5-羟甲基糠醛(5-HMF)的选择性均有明显影响。与传统热反应相比,微波辐射明显加快纤维素酸水解速率,提高葡萄糖的选择性。0.5g纤维素和15g水,在微波功率800W,温度到达225℃时立即停止反应的条件下,当CuCl₂用量为0.05mmol时,纤维素转化率和葡萄糖选择性达72.6%和62.3%;当CuCl₂用量为0.15mmol时,5-HMF的选择性最高为13.2%;当CuCl₂用量为0.30mmol时,纤维素的转化率高达90.6%,但葡萄糖选择性只有6.7%。     

纤维二糖与葡萄糖催化转化制备乙二醇(英文)

选用纤维二糖作为探针分子,探索纤维素催化转化制备乙二醇过程的反应路径.分别考察了纤维二糖和葡萄糖在双组分催化剂H2WO4和Ru/C下的催化反应活性.结果表明,乙二醇不仅来自于纤维二糖水解产物葡萄糖的逆羟醛缩合作用,同时也可以来自于纤维二糖的直接逆羟醛缩合过程.而且,纤维二糖的直接逆羟醛缩合作用对糖苷键的水解也有一定的促进作用.比较发现,钨基催化剂作用下纤维二糖的逆羟醛缩合反应活性比葡萄糖要低,因此乙醇醛可以缓慢产生并在Ru/C催化剂上迅速加氢生成乙二醇.使得以纤维二糖作为原料比以葡萄糖作为原料时获得更高的乙二醇收率.     

纤维二糖与葡萄糖催化转化制备乙二醇(英文)

选用纤维二糖作为探针分子,探索纤维素催化转化制备乙二醇过程的反应路径.分别考察了纤维二糖和葡萄糖在双组分催化剂H2WO4和Ru/C下的催化反应活性.结果表明,乙二醇不仅来自于纤维二糖水解产物葡萄糖的逆羟醛缩合作用,同时也可以来自于纤维二糖的直接逆羟醛缩合过程.而且,纤维二糖的直接逆羟醛缩合作用对糖苷键的水解也有一定的促进作用.比较发现,钨基催化剂作用下纤维二糖的逆羟醛缩合反应活性比葡萄糖要低,因此乙醇醛可以缓慢产生并在Ru/C催化剂上迅速加氢生成乙二醇.使得以纤维二糖作为原料比以葡萄糖作为原料时获得更高的乙二醇收率.     

木质纤维素中C–O键选择性活化和高效转化制化学品（英文）

高效转化来源丰富且可再生的木质纤维素制备化学品和燃料对建立可持续发展社会具有重要意义.木质纤维素利用的一条理想途径是将其主要成分纤维素、半纤维素和木质素在温和条件下高选择性地催化转化为关键平台化学品.本文综述了近年报道的有关纤维素、半纤维素和木质素或其模型分子中C–O键选择性活化生成葡萄糖、葡萄糖衍生物(包括葡萄糖苷、六元醇和葡萄糖酸)、木糖、阿拉伯糖和芳香化合物的新催化剂和新策略,阐述了决定催化性能的关键因素.本文还讨论了相关反应机理以深入理解C–O键选择性活化.纤维素由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成,通过水解反应,选择性切断这些糖苷键可以获得葡萄糖或其低聚物.鉴于葡萄糖在水热条件下不稳定,发展纤维素温和条件下水解的酸催化剂至关重要.众多研究表明,均相酸催化剂(如无机酸,杂多酸等)具有强Br?nsted酸,在该水解反应中显示高的催化活性.另一方面,拥有强酸性基团-SO3H的固体酸也表现出优异的水解糖苷键性能,但是-SO3H官能团易于流失,限制了这类固体酸催化剂的循环使用.最近研究显示,一些催化剂尤其是碳材料上引入能够与纤维素形成氢键的官能团时,其催化纤维素水解性能显著增强.设计合成这类具备酸性位和氢键位协同效应的稳定固体酸催化剂是纤维素水解转化的一个颇具前景的研究方向.以醇替代水为溶剂实施纤维素醇解制葡萄糖苷是高效活化糖苷键的有效策略.杂多酸被证实为该醇解反应的高性能催化剂.在相同反应条件下,醇解产物葡萄糖苷较水解产物葡萄糖更为稳定,因此可以获得高的葡萄糖苷收率.开发稳定可重复利用的固体酸催化剂是纤维素醇解的关键.耦合水解与加氢或氧化反应可以直接将纤维素转化为相对稳定且具有广泛用途的多元醇或有机酸.目前已有一系列双功能催化剂被报道,这些催化剂通常组合了具备水解功能的液体酸或固体酸和具备加氢或氧化功能的贵金属或过渡金属(譬如Ru,Pt,Ni和Au).其中杂多酸盐或含有磺酸官能团的固体酸负载Ru或Au双功能催化剂显示出优异的生成六元醇或葡萄糖酸的催化性能.半纤维素由葡萄糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等单糖单元通过糖苷键连接而成,糖苷键选择性活化可生成各种单糖混合物.硫酸可以有效水解半纤维素,但是同时也易于催化所生成的单糖深度转化为呋喃及其衍生物.较之硫酸,酸性较弱的有机酸特别是二元羧酸(例如马来酸、草酸等)具有较高的单糖选择性.固体酸如酸性树脂,分子筛等亦可催化半纤维素水解反应,但树脂类催化剂中官能团的流失问题有待解决.木质素是由含甲氧基等取代基的苯丙烷单元通过一系列化学键连接而成的复杂大分子,其芳香单元间包括β-O-4,α-O-4和4-O-5等三种主要连接方式,选择性切断这些C–O键可获得高附加值的芳香化合物.水解和氢解是两类普遍用以活化木质素及其模型化合物C–O键的反应.酸和碱均可催化木质素及其模型化合物水解,但是通常需要苛刻条件获取高转化率.近期研究显示,通过对木质素Cα-OH预氧化,再以HCOOH/HCOONa实施水解反应,可以成功实现温和条件下有机溶剂提取木质素及其模型化合物的高效转化.另一方面,均相金属络合物(如Ni,Fe和Ru)或多相负载型金属催化剂(如Ni,Cu,Mo,Pt,Ru,Pd或Ru等)均可有效催化木质素及其模型化合物中C–O键氢解,获得芳烃化合物.在部分多相催化剂体系中,除C–O键活化断裂外,还伴随芳环深度加氢反应,产生较多环己烷衍生物.因此,设计合成具备氢解功能同时抑制过度加氢功能的催化剂是获得芳烃化合物的关键.     

木质纤维素中C-O键选择性活化和高效转化制化学品

高效转化来源丰富且可再生的木质纤维素制备化学品和燃料对建立可持续发展社会具有重要意义。木质纤维素利用的一条理想途径是将其主要成分纤维素、半纤维素和木质素在温和条件下高选择性地催化转化为关键平台化学品。本文综述了近年报道的有关纤维素、半纤维素和木质素或其模型分子中C–O键选择性活化生成葡萄糖、葡萄糖衍生物(包括葡萄糖苷、六元醇和葡萄糖酸)、木糖、阿拉伯糖和芳香化合物的新催化剂和新策略,阐述了决定催化性能的关键因素。本文还讨论了相关反应机理以深入理解C–O键选择性活化。纤维素由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成,通过水解反应,选择性切断这些糖苷键可以获得葡萄糖或其低聚物。鉴于葡萄糖在水热条件下不稳定,发展纤维素温和条件下水解的酸催化剂至关重要。众多研究表明,均相酸催化剂(如无机酸,杂多酸等)具有强Br?nsted酸,在该水解反应中显示高的催化活性。另一方面,拥有强酸性基团-SO3H的固体酸也表现出优异的水解糖苷键性能,但是-SO3H官能团易于流失,限制了这类固体酸催化剂的循环使用。最近研究显示,一些催化剂尤其是碳材料上引入能够与纤维素形成氢键的官能团时,其催化纤维素水解性能显著增强。设计合成这类具备酸性位和氢键位协同效应的稳定固体酸催化剂是纤维素水解转化的一个颇具前景的研究方向。以醇替代水为溶剂实施纤维素醇解制葡萄糖苷是高效活化糖苷键的有效策略。杂多酸被证实为该醇解反应的高性能催化剂。在相同反应条件下,醇解产物葡萄糖苷较水解产物葡萄糖更为稳定,因此可以获得高的葡萄糖苷收率。开发稳定可重复利用的固体酸催化剂是纤维素醇解的关键。耦合水解与加氢或氧化反应可以直接将纤维素转化为相对稳定且具有广泛用途的多元醇或有机酸。目前已有一系列双功能催化剂被报道,这些催化剂通常组合了具备水解功能的液体酸或固体酸和具备加氢或氧化功能的贵金属或过渡金属(譬如Ru, Pt, Ni和Au)。其中杂多酸盐或含有磺酸官能团的固体酸负载Ru或Au双功能催化剂显示出优异的生成六元醇或葡萄糖酸的催化性能。半纤维素由葡萄糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等单糖单元通过糖苷键连接而成,糖苷键选择性活化可生成各种单糖混合物。硫酸可以有效水解半纤维素,但是同时也易于催化所生成的单糖深度转化为呋喃及其衍生物。较之硫酸,酸性较弱的有机酸特别是二元羧酸(例如马来酸、草酸等)具有较高的单糖选择性。固体酸如酸性树脂,分子筛等亦可催化半纤维素水解反应,但树脂类催化剂中官能团的流失问题有待解决。木质素是由含甲氧基等取代基的苯丙烷单元通过一系列化学键连接而成的复杂大分子,其芳香单元间包括β-O-4,α-O-4和4-O-5等三种主要连接方式,选择性切断这些C–O键可获得高附加值的芳香化合物。水解和氢解是两类普遍用以活化木质素及其模型化合物C–O键的反应。酸和碱均可催化木质素及其模型化合物水解,但是通常需要苛刻条件获取高转化率。近期研究显示,通过对木质素Cα-OH预氧化,再以HCOOH/HCOONa实施水解反应,可以成功实现温和条件下有机溶剂提取木质素及其模型化合物的高效转化。另一方面,均相金属络合物(如Ni, Fe和Ru)或多相负载型金属催化剂(如Ni, Cu, Mo, Pt, Ru, Pd或Ru等)均可有效催化木质素及其模型化合物中C–O键氢解,获得芳烃化合物。在部分多相催化剂体系中,除C–O键活化断裂外,还伴随芳环深度加氢反应,产生较多环己烷衍生物。因此,设计合成具备氢解功能同时抑制过度加氢功能的催化剂是获得芳烃化合物的关键。     

脱水糖苷化方法合成肝素酶底物寡糖

乙酰肝素酶（Heparanase,Hpa）是哺乳动物体内的内切葡萄糖醛酸苷水解酶,通过水解葡萄糖醛酸（GlcA）与己胺糖（GlcN）之间的β-糖苷键,选择性地降解肝素和硫酸肝素糖胺聚糖,从而释放多功能的肝素寡糖.本文报道一条高效的肝素酶底物寡糖的合成路线：采用苯甲酰基保护待硫酸化的羟基,苄基保护羧基和裸露的羟基,叠氮基保护氨基,应用脱水糖苷化方法高效地构建关键的a-GlcN-（1→4）-GlcA糖苷键.然后通过标准化的保护基脱除和硫酸化操作,获得肝素酶底物三糖和四糖1-4.最后五步反应的总收率超过52%.肝素酶底物寡糖的合成为研究肝素酶的底物选择性和活性检测打下了基础.     

纤维素超临界水预处理与水解研究

利用超临界水解工艺进行生物质废弃物(秸秆)能源转化, 使其主要成分纤维素在超临界水中快速水解为低聚糖, 为其进一步葡萄糖转化和乙醇发酵解决技术瓶颈. 其中纤维素在超临界水中的溶解是预处理与水解过程的限速步骤. 研究表明, 反应温度达到380 ℃及以上时, 纤维素可迅速溶解并进行水解, 液化比例可达100%; 在374～386 ℃范围内反应温度对纤维素的转化率有明显作用, 低聚糖和六碳糖的总产率在临界点附近出现最大值. 超临界条件下, 低聚糖和六碳糖转化率在较短反应时间内出现峰值, 而后随反应时间的延长快速下降, 固液比对于纤维素的低聚糖和六碳糖转化也有显著影响. 最优水解条件研究显示, 在380 ℃, 40 mg纤维素/2.5 mL水条件下反应16 s可获得最大的低聚糖产率, 为29.3%, 在380 ℃, 80 mg纤维素/2.5 mL水条件下反应18 s可获得最大的六碳糖产率, 为39.2%.     

酸性咪唑离子液体催化纤维素降解的分子机制

本文基于酶催化的纤维素降解机理,提出了酸性咪唑离子液体催化纤维素糖苷键水解的理论模型,计算了[C_4SO_3Hmim]HSO_4、[C_4SO_3Hmim]H_2PO_4、[C_4SO_3Hmim]Cl、[C_4SO_3-Hmim]Br和[C_4COOHmim]Cl 5种咪唑离子液体催化糖苷键水解的分子机理和反应的热力学、动力学性质,分析了不同酸性基团和阴离子种类对反应的影响.研究结果为筛选有效降解纤维素的功能性离子液体提供了一定的理论指导.     

磁场对光催化反应羟基自由基生成速率的影响

以对苯二酸作为Pt/TiO₂光催化反应所产生的羟基自由基(•OH)的捕获剂, 采用荧光技术考察外加磁场对羟基自由基(•OH)生成速率的影响, 结果表明, 与常规的光催化反应相比, 外加磁场可使样品表面羟基自由基的生成速率提高11.7%.     

碱解聚对玉米秸秆的影响

以玉米秸秆为研究对象,氢氧化钠为解聚剂,研究了碱解聚前后玉米秸秆组份、表面形态、化学官能团和纤维结晶度的变化。结果表明:玉米秸秆中木质素的主要组成单体是H-木质素,解聚液中的酚类物质有4-羟基苯甲醛、香草醛、紫丁香醛、对香豆酸和阿魏酸。玉米秸秆经碱解聚,表面形态变得疏松而多孔,红外光谱下木质素的特征吸收峰消失,85%的木质素和52%的半纤维素被脱除,而纤维素的相对含量增加,结晶度增大。说明碱解聚有利于后续酶解和(或)其它生化方法的实施,以实现秸秆纤维的高值转化。     

生物质半纤维素稀酸水解反应*

半纤维素是木质纤维素类生物质中第二大组分,半纤维素的高效、低成本转化是实现木质纤维素类生物质转化工艺实用化的一个技术关键。稀酸水解技术被广泛应用于水解生物质半纤维素,其对半纤维素糖的转化率高,得到的糖可进一步发酵生产燃料乙醇等。半纤维素还可直接水解制低聚糖等功能性食品和糠醛等化工产品。本文综述了半纤维素稀酸水解反应的研究进展。介绍了半纤维素的基本结构特征,解析了稀酸催化半纤维素水解的反应机理及反应网络,评述了半纤维素水解过程中反应条件等对目标产物的影响,并总结了半纤维素稀酸水解动力学模型。在此基础上,对今后半纤维素稀酸水解反应的研究方向与水解产物的利用进行了展望。     

催化加氢不同预处理玉米秸秆制取多元醇的研究

以玉米秸秆为研究对象,采用5%硫酸和5%氢氧化钠对其进行预处理,通过对解聚前后玉米秸秆官能团表征和成分分析,发现酸、碱处理后秸秆中大部分半纤维素和木质素被脱除,其中先碱后酸、先酸后碱处理后秸秆的木质素含量由28.04%分别下降至11.54%和12.14%,而纤维素相对含量由42.02%分别增加到75.12%和77.68%。通过浸渍法制备的非贵金属5%Ni-15%W/MCM-41催化剂用于催化转化预处理秸秆制取多元醇,结果表明:与未经处理的玉米秸秆多元醇得率21.00%相比,先碱后酸、先酸后碱处理的玉米秸秆催化转化多元醇得率分别达到60.72%和61.40%。α-葡萄糖和β-葡萄糖的加氢结果显示乙二醇(EG)和1,2-丙二醇(1,2-PG)得率均相近,说明葡萄糖的旋光构型对催化加氢没有影响。与C6糖加氢产物分布比较,C5糖的产物中除了有EG和1,2-PG,同时还有丙三醇的生成,提出了糖加氢制取多元醇的可能机理。     

纤维素二聚体模型物热裂解的热力学性质研究

纤维素是生产生物质燃料,精细化工品的重要原料. 热解是由纤维素解聚的重要手段之一. 了解纤维素热解的反应机理对发展高效的生物质转化技术具有重要意义. 我们利用密度泛函理论方法,以纤维素二聚体为模型,详细研究了其发生键均裂过程的热力学能量变化. 发现糖苷键和侧链C—C键的均裂相对于C—OH键和O—H键均裂在热力学上更优. 此外,我们发现不同物种的热力学稳定性与其在纤维素快速热解实验产物中的比例无关. 最后我们发现温度对反应能否自发发生具有重要的影响,为通过调节温度来改变不同类型反应的选择性提供了一条思路.     

活性炭担载的铂催化剂在碱性条件下选择性氧化甘油制备乳酸（英文）

生物柴油是一种环境友好的燃料,随着其生产及应用的快速增长,其生产过程中重要的副产物甘油将会大量过剩.因此,将甘油转化为高附加值的化学品对于提高生物柴油整体竞争力具有重大意义.乳酸是重要的化工原料,可用于制备生物兼容和可降解的聚乳酸塑料,广泛应用于食品和医药等领域.近年来,由甘油制乳酸的研究受到格外关注,相对于水热反应和氢解反应等,催化选择氧化反应因温和的反应条件而更具竞争力.目前,甘油催化选择氧化制乳酸一般需加入较高比例的NaOH,而碱的类型对反应性能的影响鲜有报道.另外,催化剂常采用TiO_2和CeO_2等氧化物载体,而炭载体具有比表面积较大、在酸碱溶液中稳定及贵金属易于回收等优点,在催化领域有着广泛应用.因此,本文研究了活性炭(AC)担载的Pt催化剂在甘油催化选择氧化制乳酸反应中的催化性能.首先研究了Pt/AC催化剂和碱在甘油催化选择氧化制乳酸过程中的催化作用.实验发现,Pt/AC和碱协同作用才能得到乳酸.Pt/AC催化剂在甘油脱氢生成中间产物(甘油醛和二羟基丙酮)的过程中起主导作用,碱的存在能够促进甘油羟基脱氢;中间产物实验证实,中间产物生成乳酸过程中碱起主导作用,它促进甘油醛和二羟基丙酮脱水反应和坎尼扎罗重排反应获得乳酸.进一步研究发现,中间产物二羟基丙酮比甘油醛更有利于乳酸生成,而Pt/AC催化剂有利于中间产物氧化为甘油酸.进一步研究了不同类型的碱对反应性能的影响.结果表明,碱金属氢氧化物(LiOH,NaOH,KOH)比碱土金属氢氧化物(Ba(OH)_2)更有利于提高甘油转化率和乳酸选择性.在加入碱金属氢氧化物条件下,甘油转化率与其离子半径呈正相关,而乳酸选择性则呈相反趋势.在LiOH存在下,乳酸选择性明显高于NaOH和KOH条件.当LiOH:甘油摩尔比为1.5时,甘油转化率和乳酸选择性均最高.在较低的LiOH与甘油摩尔比时,随着反应的消耗,溶液中的OH–减少,其促进甘油脱氢的作用变弱,并且不利于中间产物进行坎尼扎罗反应,故反应活性和乳酸选择性较差;而当LiOH比例过高时,会导致溶解氧浓度迅速降低,从而使甘油转化率和乳酸选择性下降,同时副产物甘油酸的选择性有所提高.这可能是因为较高比例的碱会促进中间产物甘油醛生成,该中间产物在Pt/AC催化作用下发生进一步氧化反应生成甘油酸.研究了反应时间对催化性能的影响.结果表明,反应6 h后,甘油已经完全转化,乳酸选择性最高,达到69.3%;进一步延长反应时间,乳酸选择性有所下降,而副产物乙酸选择性略有增加,这可能是部分乳酸分解所致.Pt/AC催化剂经5次循环使用后仍保持了较高的甘油转化率和乳酸选择性     

2-氯-4,6-二苯氨基-1,3,5-三嗪改性纤维素的制备、结晶结构与水解性能

目前, 纤维素水解产生可发酵糖的效率很低, 是纤维素-乙醇转化的瓶颈问题. 拟以化学改性的方法改变纤维素结晶结构从而提高其水解效率. 首先以三聚氰氯(TCT)、苯胺为原料, 合成2-氯-4,6-二苯氨基-1,3,5-三嗪(DACT), 通过红外光谱、核磁共振谱图表征其结构. 将DACT用于微晶纤维素羟基的修饰, 并将修饰后的纤维素于50 ℃、固液比为1∶20 (W/V)比为条件下用70 wt%硫酸水解60 min, 研究DACT用量对纤维素结晶结构和水解性能的影响. 水解实验结果表明DACT的相对物质的量的百分含量(以葡萄糖环计)为30%左右时, 改性纤维素经酸催化水解后还原糖得率最高, 广角X射线衍射证实该水解结果可归因于化学改性令纤维素的结晶结构发生变化, 利于纤维素水解产生可发酵糖.     

1,8-二羟基蒽醌-β-D-葡萄糖甙水溶液的辐射化学

本文研究了γ射线照射下1,8-二羟基蒽醌-β-D-葡萄糖甙水溶液中羟基自由基(OH·)对糖甙的作用。用样品中饱和不同气体或加入不同自由基俘获剂的方法,证明OH·作用于糖甙的糖基使溶液的H_2O_2G值升高;作用于甙元则是加成反应,G值为0.4.求得OH·与糖甙的反应速率常数k_(OH)+糖甙=2.9×10~9mol~(-1)S~(-1)。     

果糖一步水热合成碳微球固体酸催化纤维素水解

纤维素水解是生物质资源转化利用中最关键的一步. 通过硫酸浸渍活性炭方法制备的磺酸基功能化活性炭是目前纤维素水解反应中应用最为广泛的固体酸之一,但这种方法存在严重的环境污染问题. 我们利用果糖的水热碳化,在150 ℃的温和条件下合成了一种新型的富含羧基和羟基的碳微球固体酸,在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[BMIM][Cl]溶剂体系中,该碳微球可以有效地将纤维素水解（130 ℃,反应3 h,还原糖产率45.6%）. 为了进一步提高碳微球固体酸的活性,以磺基水杨酸为共聚物,利用果糖的水热碳化反应,通过一步水热法合成了含有磺酸基的碳微球固体酸催化剂. 系统研究了该催化剂作用下反应温度、反应时间、催化剂使用量、水的添加量以及纤维素起始浓度等因素对纤维素催化水解的影响. 在[BMIM][Cl]溶剂中,纤维素水解的还原糖产率提高到了60.7% （130 ℃,反应90 min）,且催化剂循环5次后仍能保持良好催化活性. 本工作利用果糖一步水热法制备碳微球固体酸,并将其应用于纤维素的高效水解,为生物质资源的高值化提供了一条新路径.     

磷钼杂多酸对纤维素水解产物分布及水解过程的影响

本文用自制玉米秸秆纤维素作为原料，以Wells Dawson型磷钼杂多酸H₆P₂Mo₁₈O₆₂(Phosphomolybdic acid, PMA)作为催化剂，在水热条件下降解纤维素，考察反应温度、反应时间、料液比和催化剂用量对纤维素转化率及液化产物分布的影响，并探究PMA在水解过程中发挥的机理作用，得到最佳反应条件：反应温度220℃,反应时间60 min,料液比1∶50,催化剂用量1 g,此条件下羟基乙酸、乳酸、甲酸和乙酰丙酸产率分别达到13.69%、4.15%、4.83%和4.34%。结果表明，PMA在纤维素水解实验中表现出很大的潜力，可作为非均相固体酸催化剂用于羟基乙酸生产。     

活性炭担载的铂催化剂在碱性条件下选择性氧化甘油制备乳酸

生物柴油是一种环境友好的燃料,随着其生产及应用的快速增长,其生产过程中重要的副产物甘油将会大量过剩.因此,将甘油转化为高附加值的化学品对于提高生物柴油整体竞争力具有重大意义.乳酸是重要的化工原料,可用于制备生物兼容和可降解的聚乳酸塑料,广泛应用于食品和医药等领域.近年来,由甘油制乳酸的研究受到格外关注,相对于水热反应和氢解反应等,催化选择氧化反应因温和的反应条件而更具竞争力.
　　目前,甘油催化选择氧化制乳酸一般需加入较高比例的NaOH,而碱的类型对反应性能的影响鲜有报道.另外,催化剂常采用TiO2和CeO2等氧化物载体,而炭载体具有比表面积较大、在酸碱溶液中稳定及贵金属易于回收等优点,在催化领域有着广泛应用.因此,本文研究了活性炭(AC)担载的Pt催化剂在甘油催化选择氧化制乳酸反应中的催化性能.
　　首先研究了Pt/AC催化剂和碱在甘油催化选择氧化制乳酸过程中的催化作用.实验发现, Pt/AC和碱协同作用才能得到乳酸. Pt/AC催化剂在甘油脱氢生成中间产物(甘油醛和二羟基丙酮)的过程中起主导作用,碱的存在能够促进甘油羟基脱氢;中间产物实验证实,中间产物生成乳酸过程中碱起主导作用,它促进甘油醛和二羟基丙酮脱水反应和坎尼扎罗重排反应获得乳酸.进一步研究发现,中间产物二羟基丙酮比甘油醛更有利于乳酸生成,而Pt/AC催化剂有利于中间产物氧化为甘油酸.
　　进一步研究了不同类型的碱对反应性能的影响.结果表明,碱金属氢氧化物(LiOH, NaOH, KOH)比碱土金属氢氧化物(Ba(OH)2)更有利于提高甘油转化率和乳酸选择性.在加入碱金属氢氧化物条件下,甘油转化率与其离子半径呈正相关,而乳酸选择性则呈相反趋势.在LiOH存在下,乳酸选择性明显高于NaOH和KOH条件.当LiOH：甘油摩尔比为1.5时,甘油转化率和乳酸选择性均最高.在较低的LiOH与甘油摩尔比时,随着反应的消耗,溶液中的OH–减少,其促进甘油脱氢的作用变弱,并且不利于中间产物进行坎尼扎罗反应,故反应活性和乳酸选择性较差;而当LiOH比例过高时,会导致溶解氧浓度迅速降低,从而使甘油转化率和乳酸选择性下降,同时副产物甘油酸的选择性有所提高.这可能是因为较高比例的碱会促进中间产物甘油醛生成,该中间产物在Pt/AC催化作用下发生进一步氧化反应生成甘油酸.
　　研究了反应时间对催化性能的影响.结果表明,反应6 h后,甘油已经完全转化,乳酸选择性最高,达到69.3%;进一步延长反应时间,乳酸选择性有所下降,而副产物乙酸选择性略有增加,这可能是部分乳酸分解所致. Pt/AC催化剂经5次循环使用后仍保持了较高的甘油转化率和乳酸选择性.