固定化脂肪酶催化合成生物基增塑剂2,5-呋喃二甲酸正丁酯

以固定化脂肪酶Novozym435为催化剂,在甲苯中催化2,5-呋喃二甲酸二甲酯与正丁醇转酯化反应制备2,5-呋喃二甲酸正丁酯(DBF),对酶促合成DBF的工艺进行优化,探讨了糖类物质和吸附剂作为添加剂对DBF收率的影响。结果表明,在n(2,5-呋喃二甲酸二甲酯)∶n(正丁醇)=1∶5,其中,2,5-呋喃二甲酸二甲酯的物质的量为1 mmol,固定化脂肪酶Novozym435添加量为925 U的10 mL甲苯中,45℃、150 r/min反应28 h后,DBF的收率达到最大。4A分子筛的加入能明显促进DBF的生成,海藻糖的加入也增强了反应体系中脂肪酶的催化能力,在反应体系中加入0.2 kg/L 4A分子筛和固定化脂肪酶质量15%的海藻糖,45℃反应14 h,DBF的收率达到了87.25%,固定化脂肪酶Novozym435在DBF的最优合成体系中连续使用10次后,DBF的收率仍然能保持在47.68%。

生物基增塑剂2,5-呋喃二甲酸正丁酯的合成及其优化

以碳酸钾为催化剂,通过酯交换法以2,5-呋喃二甲酸二甲酯(DMF)和正丁醇为原料合成了2,5-呋喃二甲酸正丁酯(DBF),并在控制单因素变量实验的基础上,利用响应面法研究了工艺的反应条件(反应时间、催化剂用量、反应温度)对DBF产率的影响。结果表明,合成DBF的最佳反应条件为:反应温度为90℃,催化剂碳酸钾的用量为DMF用量的4%(质量分数,下同),反应时间为76.05min时,DBF的平均产率为96.47%。

响应面法优化生物基增塑剂2,5-呋喃二甲酸正丁酯酯化反应

以硫酸为催化剂,以FDCA和正丁醇为原料合成DBF。通过响应面法模拟分析,确定了最佳反应条件为:89.48℃条件下,催化剂3.09%[V(浓硫酸)/V(正丁醇)],反应4.78 h,DBF产率为99.9%。通过实验验证,平均产率为99.64%,与预测结果相符,研究结果对于将来新型生物基增塑剂DBF合成工艺技术开发具有重要的理论和实际指导意义。

电催化5-羟甲基糠醛氧化为2,5-呋喃二甲酸的研究进展

在可持续发展导向下,替代能源需求不断增加,生物质资源的有效利用成为研究焦点。5-羟甲基糠醛(HMF)作为一种生物质基平台化合物,具有广阔的应用前景。通过选择性氧化反应,HMF可以转化为高附加值化合物,如2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。近年来,电催化氧化作为一种绿色环保的新型手段,在HMF转化为FDCA的研究中取得了显著进展。然而,这一过程涉及竞争反应,如水氧化,对FDCA的产率和法拉第效率产生影响。催化剂对降低反应能垒、提高产物选择性至关重要,但面临稳定性不足、过电位偏高和酸性环境下活性不足等挑战。聚焦于高效催化剂的研究进展,从贵金属催化剂到非贵金属催化剂和非金属催化剂进行深入探讨,旨在为生物质的高效转化提供有益参考。

Ti-MOF催化合成生物基聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯及醇解

通过油浴热回流法制备绿色无毒的Ti-MOF(MIL-125)钛系催化剂,并成功应用于合成生物基聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)及醇解。通过粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和场发射扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对MIL-125的结构形貌、元素组成等进行表征分析,并通过氨气程序升温脱附测试(NH3-TPD)等手段揭示催化剂表面具有丰富酸性位点,这些酸性位点在催化合成PEF和催化醇解PEF中,均表现出很高的催化活性。在催化剂用量仅为2,5-呋喃二甲酸(FDCA)摩尔量的0.01%的条件下,210℃反应55 min溶液即达到澄清透明状态(酯化反应结束)。缩聚阶段在230℃保持3 h,PEF/MIL-125-230的数均相对分子质量(M_(n))即可达到3.8×10^(4),并且合成的PEF数均相对分子质量分布(PDI)较窄(1.9)。此外,MIL-125不仅起到催化作用,还赋予PEF良好的紫外屏蔽与抗蓝光能力,可屏蔽高达87%的紫外光和34%蓝光。醇解实验表明,PEF中保留的MIL-125具有催化乙二醇醇解PEF到单体2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(BHEFDC)的能力。本研究拓宽了MOFs的催化领域并为生物基聚酯的循环回收开辟了新途径。

5-羟甲基糠醛路线合成2,5-呋喃二甲酸的研究进展

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是一种能够合成生物基聚酯的重要单体,目前在新型可降解塑料等领域具有广阔的应用前景,如何高效且低廉地制备FDCA已经逐步成为了热点问题。本文系统地综述了近年来通过5-羟甲基糠醛(HMF)路线合成FDCA的主要研究进展,首先介绍了HMF路线和其他路线的联系和区别,解释了HMF路线的优点。其次,详细介绍和分析了由HMF合成FDCA的方法,包括直接氧化法、贵金属催化法、过渡金属催化法、光电催化氧化法、酶催化法和全细胞生物催化法。此外,在介绍上述方法的基础上,说明了这些方法的优缺点,总结了HMF路线制备FDCA目前仍面临的挑战,包括催化剂的选择、改善与开发,反应条件优化和对中间产物的处理,还对未来由HMF路线来制备FDCA的前景进行展望。

聚氯乙烯用2,5-呋喃二甲酸酯系增塑剂的研究进展

2,5-呋喃二甲酸酯系增塑剂属于绿色无毒生物基增塑剂,具有替代邻苯二甲酸酯类增塑剂的巨大潜力。文章综述了增塑剂的增塑机理,介绍了聚氯乙烯用2,5-呋喃二甲酸酯系小分子增塑剂、2,5-呋喃二甲酸系聚合物增塑剂、2,5-呋喃二甲酸酯系增塑剂复配的研究现状,其中2,5-呋喃二甲酸酯系小分子增塑剂的研究最多。文章对其具体类型、合成方法、技术效果等进行了介绍,并基于现有研究进展,对其发展前景进行了展望。

5-羟甲基糠醛电氧化合成2,5-呋喃二甲酸的研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)作为顶级生物质衍生平台分子,可用于生产各种高附加值的化学品。其中,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为HMF的氧化产物,被认为是石油基单体对苯二甲酸的有效替代品,在合成可再生聚乙烯呋喃二甲酸酯材料方面发挥了重要作用。近年来,电催化HMF氧化(HMFOR)合成FDCA取得了显著进展。本文在简单介绍电催化HMFOR合成FDCA反应途径的基础上,详细综述了用于电催化HMFOR合成FDCA的各类高效催化剂,包括贵金属催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂,其中非贵金属催化剂主要有镍基、钴基、铜基、锰基、钒基催化剂。此外,还介绍了电催化HMFOR耦合电解水析氢反应(HER)、二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)、氮还原反应(N_(2)RR)等阴极还原反应。最后对未来的研究方向和发展前景作了展望,以期为后续电催化HMFOR的基础研究和技术升级提供借鉴。

KNaPHI光催化氧化5-羟甲基糠醛选择性生成2,5-呋喃二甲酸

以KOH、NaOH和三聚氰胺为原料,使用一种自下而上的方法制备得到光催化剂聚七嗪酰亚胺钾钠混合物(KNaPHI),采用SEM、TEM、FT-IR、XRD、XPS、ICP-OES等方法分析了该催化剂的形貌、结构及元素组成,测试了其氧化还原电势、能带结构及光电性能,并考察了KNaPHI光催化氧化5-羟甲基糠醛(HMF)制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的性能。研究结果表明:KNaPHI催化剂为片层块状结构,表面光滑平整,主要由C、N、O、K、Na这5种元素组成;具有光吸收性能,这使得催化剂光生载流子能够定向移动,进而提高了其光电效应。与传统的固体氮化碳相比,KNaPHI纳米颗粒可以在水中形成拟均相的溶液,从而实现对底物的高效光催化。在1 mmol(126 mg)HMF、3 mL水溶剂、40 mg KNaPHI催化剂、101.325 kPa O_(2)、50 W紫外灯光照射、室温反应24 h的最佳反应条件下,HMF的转化率达到82%,产物FDCA的选择性为91%;在循环使用5次后,催化剂水溶液仍然保持较好的催化效果,原料转化率和产物选择性仅略微下降。活性物质捕获实验结果发现超氧阴离子自由基(O_(2)^(-)·)和空穴(h^(+))是HMF光催化氧化生成FDCA的主要活性物质。

无碱条件下Ru/MgO催化5-羟甲基糠醛氧化并制备高纯度2,5-呋喃二甲酸

采用煅烧法制备载体MgO,再采用浸渍-还原法制备Ru/MgO催化剂。对催化剂进行表征分析,结果表明,MgO负载Ru后比表面积与碱量增加,Ru作为催化剂活性中心,将Ru/MgO催化剂用于无碱条件下5-羟甲基糠醛(HMF)的选择性氧化,催化活性显著提高。MgO在负载Ru后,转换频率(TOF)由2.82×10^(-4) h^(-1)提高至5.98×10^(-1) h^(-1)。Ru/MgO催化剂在最佳反应条件下,HMF转化率为100%,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的产率为95.7%,且在循环使用3次后仍能保持较高的活性,活性组分Ru不易浸出,MgO仅有少量溶解。并采用半制备液相色谱实现产物的绿色分离,最终得到纯度大于99%的FDCA粉末,避免了向体系加入浓盐酸分离出FDCA。该制备方法为无碱体系催化HMF高效合成FDCA提供参考。

生物基衍生物2,5-呋喃二甲酸的合成研究进展

生物质基平台化合物2,5-呋喃二甲酸(2,5-furandicarboxylic acid,FDCA)具有很高的应用前景。目前FDCA已经广泛应用于石油化工,抗肿瘤药物,高性能环保涂料,合成新型聚合物等领域。由于5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethyl furfura,HMF)廉价、易得、化学性质稳定等优点已被普遍认为是用来制备FDCA最优秀的原材料。为此,文中全面总结了近年来以HMF为原材料催化氧化制备FDCA的合成工艺的研究进展。其中,重点介绍了非均相体系金属催化剂的研究进展,并对非金属催化剂以及光催化体系和电催化体系的相关研究进行了总结。同时,系统地阐述了不同反应催化剂下HMF制备FDCA的优缺点。最后,讨论了由HMF催化氧化为FDCA目前所面临的各种挑战,并对未来可能的研究方向提出了相关见解。

从发酵液中提取2,5-呋喃二甲酸方法的研究

为了探讨从发酵液中提取2,5-呋喃二甲酸的方法。结果 将制备2,5-呋喃二甲酸的发酵液,经过热滤、活性炭脱色、有机溶剂萃取、氢氧化钠或氢氧化钾水溶液反萃取和二种或多种有机溶剂组合重结晶,获得高质量的2,5-呋喃二甲酸。结论 该方法技术路线简洁,易操作,所获得产品质量高,提取过程成本低,在2,5-呋喃二甲酸的微生物法制备中发挥重要的作用。

2,5-呋喃二甲酸的合成

以糠酸为原料,经过酯化、氯甲基化、水解、氧化得到2,5-呋喃二甲酸,并对各步反应中的工艺参数进行了优化。优化结果:酯化反应时间为10 h,氯甲基化反应温度为35～40℃,水解反应原料摩尔比为n(氢氧化钠)∶n(5-氯甲基-2-呋喃甲酸甲酯)=2.1∶1,氧化反应体系pH=7～8,反应总收率47.5%。按该工艺顺利完成了3次20 L扩试反应,平均收率可达47.3%,产品HPLC纯度大于99.4%。

高锰酸钾法制备2,5-呋喃二甲酸

探索了以5-羟甲基糠醛为原料,用高锰酸钾法氧化制备标题化合物。以126 mg(1 mmol)5-羟甲基糠醛为定量,考察了高锰酸钾用量、碱溶液的浓度和反应时间对反应的影响。当高锰酸钾用量为379.2 mg(2.4 mmol),碱溶液的浓度为2.2 mol/L,反应时间为10 min时,得到标题化合物收率为76.3%。研究结果表明,高锰酸钾法制备标题化合物,是一种不用贵金属催化剂,在室温下就可反应的简便方法。

生物质碳水化合物催化转化制2,5-呋喃二甲酸的研究进展

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是有望替代石化资源合成可降解高分子及助剂材料等的重要生物质基平台化合物。介绍了FDCA的用途,综述了以生物质碳水化合物为原料制备FDCA的方法,包括传统的合成方法、5-羟甲基糠醛催化氧化法以及以生物质糖类为原料制备的方法。开发高效催化反应体系是该领域亟待突破的重要瓶颈。对进一步开发从生物质碳水化合物催化转化成FDCA提出了一些建议和展望,为生物质催化精细转化领域创新提供参考。

2,5-呋喃二甲酸的结晶和晶体结构解析

针对2,5-呋喃二甲酸(FDCA)缺乏单晶基础数据和纯化难的问题,用加合结晶法对粗FDCA进行分离,再用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)结晶纯化,制备并解析不同溶剂中的FDCA单晶。发现水和DMF中的FDCA单晶结构相同,分子间有两种氢键,呋喃环间氢键使FDCA和加合结晶结构更稳定;与N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)加合结晶纯化后,FDCA脱色率高达94.94%,DMF中结晶后FDCA纯度最高达R=99.98%。

氯化亚铁催化合成呋喃-2,5-二甲酸及其二甲酯

以氯化亚铁为催化剂,呋喃、四氯化碳和甲醇回流反应10 h合成了呋喃-2,5-二甲酸二甲酯,产率97.5%;呋喃-2,5-二甲酸二甲酯经碱性条件下水解、酸化合成了呋喃-2,5-二甲酸,总产率90.7%。

果糖一锅法合成2,5-呋喃二甲酸的研究进展

为实现基于糖类化合物一锅法合成2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的廉价工业化生产,综述果糖经由5-羟甲基糠醛(HMF)路线通过“一锅法”选择氧化制备FDCA的研究进展,着重分析不同反应体系在实现FDCA工业化生产方面的问题和难点,指出了今后通过"一锅法"制备FDCA的研究方向:从实现工业化生产的角度来看,开发一种在温和条件下、无碱溶剂中利用环境友好型氧化剂高选择性地转化碳水化合物制备FDCA的新工艺是未来研究的重点。

生物基平台分子2,5-呋喃二甲酸的制备研究进展

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)被认为是对苯二甲酸的潜在替代物,可以作为多种绿色聚合物的单体,受到广泛关注。采用5-羟甲基糠醛(HMF)选择氧化制备FDCA是目前较为有效的方法。综述了HMF选择氧化制备FDCA的研究进展,并着重分析了HMF选择氧化制备FDCA的多相催化体系(包括Ru、Pt、Au、Pd贵金属和非贵金属催化剂)。分析了不同催化体系的问题和难点,对其今后的研究方向提供了建议,制备高活性和高稳定性的催化剂是该研究的重点,同时合理评估有碱和无碱体系的经济性也是放大生产的关键。

从生物质衍生原料到2,5-呋喃二甲酸产品的合成研究进展

2,5-呋喃二甲酸(2,5-FDCA)作为呋喃的衍生物,是一种具有良好稳定性和高附加值的生物基平台化合物,在聚酯、聚酰胺、聚氨酯、热固性材料和塑化剂等众多领域都得到了广泛应用,如何绿色高效地制备2,5-FDCA是近年来的研究重点。本文综述了以5-羟甲基糠醛(HMF)、糠酸、己糖二酸等生物质衍生原料合成2,5-FDCA的方法及特点。己糖二酸等其他路线产率较低,不利于工业化的发展。HMF路线与之相比具有产率高和副产物少的优势,但由于原料来源与食品行业相冲突且生产成本较高,所以利用不可食用的生物质衍生原料糠酸低成本合成目标产物将成为未来可持续发展的重要研究方向。在此基础上,本文通过对比糠酸各路线的优缺点后发现,CO23-促进的糠酸羧基化合成方法无需反应溶剂,催化剂组分简单可再生,这些都有利于低成本合成产品。且由于工艺流程简单,产物选择性和收率高,糠酸羧基化方法将成为绿色大规模生产2,5-FDCA极具潜力的路线。