亚临界水中葡萄糖转化生成5-羟甲基糠醛的理论研究

采用色散修正的密度泛函理论,分别采用隐性溶剂模型和显性溶剂模型,对比研究了亚临界水中葡萄糖异构化为果糖以及果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应机理。结果表明,显性溶剂模型更接近真实反应情况,溶剂水分子能够参与反应并在质子迁移过程起催化作用。葡萄糖异构化反应的控速步骤为开环葡萄糖的醛-烯醇异构化,其活化能取决于开环葡萄糖中α−H提取的难易程度及生成的碳负离子的稳定性。果糖脱水反应控速步骤为呋喃果糖的第一次分子内脱水,所需活化能取决于呋喃果糖C(2)位OH质子化脱水后形成的碳正离子的稳定性。本工作揭示了Brønsted碱对葡萄糖异构化反应及Brønsted酸对果糖脱水反应促进作用的根本原因,为葡萄糖降解转化催化剂的调控及溶剂的筛选提供理论依据。