离子液体中催化呋喃转化制备苯甲酸研究

发布时间：2020-04-16 22:02

【摘要】：随着经济的迅猛发展和人口的急剧膨胀,引发了全球性能源危机。传统化石资源对人类发展不可或缺,但其大规模开采使用,使得环境污染和生态破坏问题日益突出。生物质,作为地球上唯一以有机碳形式存在的可再生资源,可以降低人类对化石资源的依赖并减轻环境负荷。因此,开发可再生生物质催化转化制备精细化学品和能源分子成为了国内外研究的热点。在众多芳香族化合物中,苯甲酸广泛应用于日常生活和工业生产中。目前,工业上甲苯氧化制备苯甲酸存在高温催化剂失活、制备工艺复杂、产品不可再生等问题。因此,本文旨在探索高效、稳定的催化体系,实现高收率苯甲酸的制备。本文提出在疏水性离子液体中双酸(Lewis-Br?nsted)催化剂协同催化呋喃制备苯甲酸研究。筛选ZnCl_2-H_2SO_4+[Emim]NTf_2作为最优催化体系,呋喃转化率和苯甲酸收率分别可达99.4%和80.7%。[Emim]NTf_2作为反应溶剂,可以有效促进反应进行,提高苯甲酸收率。通过一系列实验和表征探究,提出了可能的反应机理。该催化体系也可以有效催化亲双烯体丙烯酸甲酯,获得收率为69.2%的苯甲酸甲酯。尽管在常压、温和反应条件下实现苯甲酸制备,但由于均相催化体系无法实现催化剂循环利用,一定程度上制约了催化体系的绿色高效性以及循环经济性。本文提出Br?nsted酸性离子液体“一锅法”催化呋喃制备苯甲酸。通过Hammett方程计算不同离子液体酸强度。结果表明,离子液体酸强度与苯甲酸收率呈正相关性。[BSO_3HMIm]HSO_4作为最优催化剂,获得中等收率苯甲酸。通过反应动力学计算,反应活化能为72.7 kJ/mol。通过研究发现,设计合成具有双酸催化活性位点的酸性离子液体催化剂或非均相催化剂(如分子筛等)可以实现催化剂的循环高效性。本文主要工作是开发两种酸催化体系,实现生物质衍生物呋喃高效催化转化制备苯甲酸。为生物质呋喃基衍生物制备可再生芳香族化合物提供了新的路线和平台,为实现工业化生产苯甲酸提供了一定的理论基础。
【图文】：

消耗量,世界,能源,生物质

1. 绪论1.1 研究背景及意义由于人口增长和工业的迅猛发展，能源和材料的供给已经无法匹配人螺旋式上升增长的消费步伐。过去的一个世纪里，对传统化石能源（如炭、天然气等）的严重依赖，使整个工业以及人类发展的步伐越来越沉重方面，石油价格受世界各国政治、经济等不确定因素的影响波动很大。另一传统化石能源的大规模开采使用，也引起了全球能源储备危机和环境污这些不利因素都是人类必须面对和解决的问题[4]。目前，，传统化石能源的也远远高于其它天然可再生能源，如图 1.1 所示。文献报道称，石油资源香烃类化合物需求量在 2040 年就可能会超过其自然储量[5-6]。生物质，因续性、可生物降解性和可再生性等优势，逐渐成为目前国内外研究热点以生物质或生物质基衍生物为原料制备生物燃料和精细平台化合物，降低能源在使用中对生态环境造成的破坏，具有重要的研究意义。

木质纤维素,半纤维素,纤维素,空间结构

图 1.2 木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的空间结构排列[15]g. 1.2 The spatial structure of cellulose, hemicellulose and lignin in lignocellulosic biomass[15]半纤维素是结构复杂且无定形支化聚合物，其主要由己糖、戊糖和糖醛酸组成。成生物质 15-20%的木质素是由对香豆醇、松柏醇和芥子醇组成的脱氢芳族单支配的三维多酚生物聚合物[16-17]，是具有不均匀结构的无定形聚合物，赋予植细胞壁刚性和顽固性，并包覆在纤维素和半纤维素周围，起到保护密封性作用。于高碳含量，约含有 40%的生物质能。除了上述三个关键构建块之外，还存在量的提取物，包括蛋白质、叶绿素和无机化合物等。.2.2 生物质基平台化合物化学工业的可持续发展需要基于可再生资源的开发，而非不断消耗不可再生料[18]。利用木质纤维素生物质替代传统能源来开发化学品和液体燃料是未来化工业的一个发展趋势，可以缓解能源短缺压力以及改善生态环境，对实现经济
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6;TQ245.12

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