催化果糖生成5—HMF的研究现状讨论

《甘露糖及其异构酮糖催化转化制5-羟甲基糠醛的研究》一、引言随着全球对可再生能源和生物质资源的关注度日益提高，生物质转化技术已成为科研领域的重要课题。

其中，5-羟甲基糠醛（5-HMF）作为一种重要的平台化合物，具有广泛的应用前景。

甘露糖和其异构酮糖作为天然的生物质资源，具有丰富的来源和较低的成本，因此，研究其催化转化制取5-HMF具有重要的理论意义和应用价值。

本文将重点探讨甘露糖及其异构酮糖催化转化制5-HMF的原理、方法及潜在应用。

二、甘露糖与异构酮糖简介甘露糖和异构酮糖是两种常见的单糖，广泛存在于植物和微生物中。

它们具有相似的化学结构，但分子内碳链的排列顺序有所不同。

这两种糖类具有较低的成本和丰富的来源，为催化转化制取5-HMF提供了良好的原料基础。

三、催化转化制5-HMF的原理甘露糖和异构酮糖催化转化制取5-HMF的过程主要涉及糖类脱水、重排和加氢等反应步骤。

在催化剂的作用下，糖类分子发生脱水反应，生成不饱和醛或酮类中间体。

随后，这些中间体在重排过程中形成5-HMF。

催化剂的选择对转化过程具有重要影响，选择合适的催化剂可提高5-HMF的产率和选择性。

四、实验方法与步骤1. 原料准备：选取纯度较高的甘露糖和异构酮糖作为原料。

2. 催化剂制备：根据实验需求，制备不同种类的催化剂。

3. 反应过程：将原料和催化剂按一定比例混合，在适当的温度、压力和反应时间下进行催化转化反应。

4. 产物分析：通过高效液相色谱、红外光谱等手段对产物进行定性和定量分析。

五、实验结果与讨论1. 不同催化剂对甘露糖和异构酮糖转化制5-HMF的影响：实验结果表明，某种催化剂在适当的条件下对甘露糖和异构酮糖的转化具有较好的催化效果，可显著提高5-HMF的产率和选择性。

2. 反应条件对产物产量的影响：通过调整反应温度、压力和时间等参数，发现适当的反应条件可有效提高5-HMF的产量。

3. 产物性质分析：通过高效液相色谱和红外光谱等手段对产物进行定性和定量分析，确认产物为5-HMF，并分析其纯度和结构。

第49卷第2期2021年1月广㊀州㊀化㊀工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.2Jan.2021生物质制5-HMF 及其非均相催化剂-溶剂体系研究进展唐玉梅(西南科技大学环境与资源学院,四川㊀绵阳㊀621000)摘㊀要:5-羟甲基糠醛(5-HMF)是一种重要的生物质基平台分子,是制备多种精细化合物的中间体㊂近年来,有关5-HMF制备及影响因素的探究都得到了不断的扩展㊂本文简单介绍了生物质转化为5-HMF 的反应机理,描述了以各种生物质资源底物(果糖㊁葡萄糖㊁纤维素)制备5-HMF 的反应路径以及难点,阐述了制备过程中主要非均相催化剂 溶剂体系对的影响,总结了当前研究的进展㊂关键词:5-羟甲基糠醛;生物质;非均相催化剂;溶剂体系㊀中图分类号:X712㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-9677(2021)02-0016-03㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀作者简介:唐玉梅(1999-),女,本科,研究方向:固体废物㊂Research Progress on 5-Hydroxymethylfurfural Preparation from Biomassin Heterogeneous Catalyst -solvent SystemTANG Yu -mei(School of Environment and Resource,Southwest University of Science and Technology,Sichuan Mianyang 621000,China)Abstract :5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF )is an important biomass -based platform molecule and an intermediate for the preparation of many fine compounds.In recent years,the research and influencing factors on the preparation of 5-HMF have been continuously expanded.The reaction mechanism of the conversion of biomass to 5-HMF was briefly introduced.The paths and difficulties of converting various biomass resource (fructose,glucose,cellulose)substrates to 5-HMF were described,and the impact of heterogeneous catalyst -solvent systems for 5-HMF preparation was reviewed.Finally,research progress of current research was summarized.Key words :5-Hydroxymethylfurfural;biomass;heterogeneous catalyst;solvent systems5-HMF 是以纤维素㊁葡萄糖和果糖为主要原料在酸性条件下转化所得的下游化合物,是美国能源部所提出的十二种平台化合物之一㊂其制备影响因素主要是催化剂和溶剂,非均相催化剂相较于传统的均相液体催化剂有着低腐蚀性㊁易分离㊁良好的热稳定性㊁高重复利用性等特点,在工业化连续生产等方面有较大的优点㊂溶剂作为反应的介质,影响着产物的选择性,在保证高选择率的条件下,溶剂的绿色环保性也成为一个重要的考虑因素㊂通常催化剂和溶剂作为一个体系对共同影响着反应底物的转化率和反应的选择率,因此研究非均相催化剂-溶剂体系下5-HMF 的制备具有重要意义㊂1㊀生物质转化制备5-HMF 的机理与难点制备5-HMF 的生物质原料丰富,主要有纤维素㊁葡萄糖与果糖㊂生物质可以直接或者间接转换成5-HMF,前者通过设置相应的催化剂㊁溶剂体系直接生成转化物,但存在原料结构稳定难以破坏,反应体系成本高,5-HMF 转化率和选择率低下等问题,后者通过降解㊁水解㊁异构化㊁脱水等多步逐级反应生成中间物,再进一步转换为目标产物[1],相对来说具有更高的收率和更低的成本,因此也成为5-HMF 合成的主要方法㊂图1展示了果糖㊁葡萄糖和纤维素制备5-HMF 的反应路径㊂图1㊀生物质制备5-HMF 的路径图Fig.1㊀Path diagram of 5-HMF production from biomass第49卷第2期唐玉梅:生物质制5-HMF及其非均相催化剂-溶剂体系研究进展17㊀1.1㊀果糖转化制备5-HMF果糖作为最早的5-HMF生物质制备原料,被认为是合成5-HMF产率最高的一种生物质,也被选为评估生物质转化催化体系的理想模型底物[2]㊂目前果糖合成5-HMF可以通过链状结构或者环状结构进行反应,两条路径的反应本质都是果糖脱去三分子水生成5-HMF㊂果糖工业化生产5-HMF的难点在于原料成本高㊁以及生成的5-HMF在酸性水溶液的条件下很容易进一步分解为乙酰丙酸和甲酸等副产物,同时中间产物会发生交叉聚合反应生成腐殖质,从而降低5-HMF收率[3]㊂1.2㊀葡萄糖转化制备5-HMF葡萄糖属于吡喃型结构,可以直接脱去三分子水直接生成5-HMF,但该结构稳定,烯醇化程度低,直接催化葡萄糖反应难度较大,所以普遍采用将葡萄糖通过烯醇化或者1,2氢转移步骤异构为果糖,果糖再脱水合成5-HMF[4]的方法㊂但在此反应路径中,葡萄糖选择性异构化为果糖是反应的限速步骤,也是转化的难点所在㊂此前,已有研究表明葡萄糖的异构化反应需要Lewis酸酸性位点或者碱性位点的存在,而异构生成的果糖转化为5-HMF需要Bronsted酸的催化[5],这就表明在葡萄糖合成5-HMF的不同阶段可能需要通过离子交换预处理创造不同的酸性位点[6]㊂所以,研究酸碱两性催化剂,或者设计协同使用Bronsted酸和Lewis酸催化剂的反应体系,提高葡萄糖作为生物质原料制备5-HMF的选择率和转换率,是目前能源研究领域的热点也是难点㊂1.3㊀纤维素转化制备5-HMF纤维素是由D-葡萄糖以-1,4糖苷键组成的高分子化合物,分子结构稳定且复杂㊂纤维素转化为5-HMF需要在酸性条件下水解为葡萄糖,葡萄糖异构化为果糖,果糖脱水再生成HMF㊂但分子间存在的巨大的氢键作用力使得纤维素结构稳定㊁难以被破坏[4],进而对后续5-HMF的合成造成阻力㊂使用物理㊁化学㊁生物等方式对纤维素进行预处理可以破坏纤维素复杂的网络结构㊁促进纤维素降解为低分子化合物,减少额外的能源消耗和成本投入[7]㊂但是纤维素转化合成5-HMF的反应步骤多㊁反应路径长,各个反应阶段使用的催化剂-溶剂体系也不尽相同,因此各个阶段反应生成副产物的概率会增加,对产物的选择性合成也会有较大影响㊂因此,考虑纤维素的解聚效率和开发一体化性能卓越的催化反应体系,实现纤维素到5-HMF直接转换的高效制备,是利用纤维素的重点和难点㊂2㊀非均相固体酸-溶剂催化体系在5-HMF的合成反应中,固体酸催化剂材料的孔隙结构决定了反应底物能否进入催化剂内部与活性位点接触以及反应产物5-HMF能否及时转运出以防形成腐殖质造成催化剂积碳;溶剂作为反应的介质,可以起到溶解㊁稳定㊁保护㊁催化等功能㊂因此可以通过调节固体酸材料的孔隙结构和理化性质,使其在溶剂中表现出良好的催化性能,从而提升5-HMF的产率㊂2.1㊀沸石分子筛-溶剂体系沸石固体酸是一类多孔性固体,分子筛的孔隙结构㊁比表面积大小㊁形貌特征㊁表面理化性质以及酸性位点的类型与数量都会影响沸石分子筛的催化性能[8]㊂表1总结了一些沸石分子筛在各种溶剂中获得的5-HMF效率,可以看出不同沸石分子筛-溶剂体系中HMF的获得率差异较大,可能与反应时间㊁催化剂在溶剂中表现的理化性质有关㊂Nikolla E[9]在研究Sn-Beta-HCl和Ti-Beta-HCl在相同的反应溶剂中的催化性能时,在反应时间前者仅为后者的三分之二时,含Sn高硅分子筛催化获得5-HMF的收率仍然高于Ti,因此,在此溶剂体系中含Sn的分子筛具有的孔隙结构对葡萄糖异构化表现出的活性更高㊂Jia X[10]研究功能化沸石-溶剂催化体系,以溶剂作为唯一变量,探讨相同的Ypho沸石催化下5-HMF的收率,发现在DMSO/H2O溶剂介质中得到了最高的5-HMF产率㊂其原因可能在于Ypho沸石的强酸性和疏水性在高极性溶剂DMSO中更能催化果糖与酸性位点结合,发生选择性互变异构,促进果糖的脱水反应㊂表1㊀沸石分子筛-溶剂体系制备HMFTable1㊀Preparation of HMF in zeolite molecularsieve-solvent systems催化剂原料反应溶剂原料转换率/%HMF收率/% HZSM-5[6]葡萄糖NaCl-H2O/MIBK8042 Nb-Beta[11]葡萄糖NaCl-H2O/MIBK97.482.1 SBA-15-SO3H[12]果糖DMSO10096 AlSiO-20[13]葡萄糖H2O/THF/NaCl/63.1 2.2㊀杂多酸固体酸-溶剂体系杂多酸是一种过渡金属氧化物离子簇,具有超强的Bronsted酸性㊁高质子迁移率㊁能够溶于极性溶剂,酸性和氧化性兼备使得杂多酸在均相和非均相体系中表现出多功能催化㊂其具有的Keggin结构和Dawson结构,使得杂多酸催化性能可以调节[14]㊂表3呈现出来的杂多酸固体酸可以和离子液体㊁有机溶剂的水溶液多相溶剂构成相应的反应体系,在此体系下,5-HMF制备效率也可以达到一个较理想的状态,因此杂多酸-溶剂体系,也可以作为5-HMF合成的良好反应环境㊂多相溶剂中的有机溶剂作为添加剂可以有效以抑制催化剂催化碳水化合物转化反应期间的副反应,但也会使5-HMF的生成受到抑制㊂例如Song-Bai Yu[15]在以蔗糖为原料, Cs2.3H0.7PW12O40为催化剂,探究5-HMF的收率时,在DMSO 的水溶液中,5-HMF的获得率可以达到91.8%,但在THF的水溶液中,5-HMF就降为66.1%,而在DMF溶剂中,却无法获得5-HMF㊂表2㊀杂多酸固体酸-溶剂体系制备HMFTable2㊀Preparation of HMF in heteropolyacid solidacid-solvent systems催化剂原料反应溶剂原料转换率/%HMF收率/% Cs2.5H0.5PW12O40[16]果糖H2O/MIBK78.177.6 SiO2-ATS-PTA[17]葡萄糖丙酮/H2O/78.1H3PW12O40[15]蔗糖DMSO/H2O/82 [MimAM]H2PW12O40[18]葡萄糖THF/H2O-NaCl99.853.9 2.3㊀碳基固体酸-溶剂体系碳基固体酸是一种新型的酸催化剂,其制备原料来源于生物质,改性后可用于5-HMF的生产,表现出功能多样性和生产高效性,因此迅速成为研究热点㊂表4总结了碳基固体酸在溶剂体系中5-HMF的收率,研究中发现,具有更高比表面积和孔隙体积的碳基固体酸催化剂能与溶剂进行更好的协同反18㊀广㊀州㊀化㊀工2021年1月应㊂Wang Q[19]曾研究过磺化的CS固体酸,发现在DMSO溶剂中比表面积和孔隙体积最大的C2-SO3H在150ħ下反应5min,获得了相对最高的HMF产率,而且在170ħ下C2-SO3H催化反应3min就可以获得最高87%的5-HMF收率㊂碳基固体酸-DMSO溶剂反应体系是一种很好的5-HMF合成体系㊂而且在以果糖为原料时,无论何种碳基固体酸和反应溶剂,都呈现出较高的是原料转化率和5-HMF收率㊂因此,高效利用碳基固体酸高效生成5-HMF,对于实现生物质能源化利用具有重大的意义㊂表3㊀碳基固体酸-溶剂体系制备HMFTable3㊀Preparation of5-HMF in carbon-based solidacid-solvent systems 催化剂原料反应溶剂原料转换率/%HMF收率/%Glu-TsOH[20]果糖DMSO99.991碳基固体酸CS[21]果糖DMSO10090CNT-PSSA[22]果糖DMSO/89S-TsC[23]果糖GVL/H2O/93.7 CH0.94O0.37S0.027[24]果糖DMSO-[BMIM][Cl]98843㊀结㊀语作为一种重要的生物质衍生物,5-HMF可以替代石油制备多种以石油为原料的平台化合物和新型高分子材料㊂果糖作为原料的反应体系,5-HMF的收率普遍很高,但以葡萄糖和纤维素等其他多糖聚合物作为原料合成5-HMF仍然受到较大的阻力㊂高比表面积和孔隙体积以及强酸性的固体酸普遍表现出更好的催化性能;溶剂作为催化剂和生物质反应的介质,与催化剂协同作用调控催化产物的生成方向,影响反应的选择率㊂非均相催化剂-溶剂体系下,5-HMF的收率基本可以达到一个较理想的状态,其中碳基固体酸-溶剂体系则是制备5-HMF收率非常理想的一类催化剂-溶剂体系,因此,可以预测该反应体系将会是未来研究的重要方向㊂参考文献[1]㊀Peng W H,Lee Y Y,Wu C,et al.Acid-base bi-functionalized,large-pored mesoporous silica nanoparticles for cooperative catalysis of one-pot cellulose-to-HMF conversion[J].Journal of Materials Chemistry, 2012,22(43):23181-23185.[2]㊀Wang N,Yao Y,Li W,et al.Catalytic dehydration of fructose to5-hydroxymethylfurfural over a mesoscopically assembled sulfated zirconia nanoparticle catalyst in organic solvent[J].RSC Adv.,2014,4(100): 57164-57172.[3]㊀徐杰,马继平,马红.5-羟甲基糠醛的制备及其催化氧化研究进展[J].石油化工,2012,41(11):1225-1233.[4]㊀张云雷.基于糖类生物质资源转化制备5-羟甲基糠醛的多孔催化剂设计及其催化性能与机理研究[D].镇江:江苏大学,2017. [5]㊀Lima S,Dias A S,Lin Z,et al.Isomerization of d-glucose to d-fructose over metallosilicate solid bases[J].Applied Catalysis A (General),2008,339(1):21-27.[6]㊀Moreno-Recio M,Santamaría-González J,Maireles-Torres P.Brönsted and Lewis acid ZSM-5zeolites for the catalytic dehydration of glucose into5-hydroxymethylfurfural[J].Chemical Engineering Journal,2016,303:22-30.[7]㊀Li X,Xu R,Yang J,et al.Production of5-hydroxymethylfurfural andlevulinic acid from lignocellulosic biomass and catalytic upgradation [J].Industrial Crops and Products,2019,130:184-197.[8]㊀张听伟.碳基固体酸催化生物质制取糠醛㊁5-羟甲基糠醛的研究[D].合肥:中国科学技术大学,2019.[9]㊀Nikolla E,Román-Leshkov Y,Moliner M,et al. One-PotSynthesis of5-(Hydroxymethyl)furfural from Carbohydrates using Tin-Beta Zeolite[J].ACS Catalysis,2011,1(4):408-410. [10]Jia X,Yu I K M,Tsang D C W,et al.Functionalized zeolite-solventcatalytic systems for microwave-assisted dehydration of fructose to5-hydroxymethylfurfural[J].Microporous and Mesoporous Materials, 2019,284:43-52.[11]Candu N,El Fergani M,Verziu M,et al.Efficient glucose dehydrationto HMF onto Nb-BEA catalysts[J].Catalysis Today,2019,325:109-116.[12]Wang L,Zhang L,Li H,et al.High selective production of5-hydroxymethylfurfural from fructose by sulfonic acid functionalized SBA-15catalyst[J].Composites Part B(Engineering),2019,156:88-94.[13]Li X,Xia Q,Nguyen V C,et al.High yield production of HMF fromcarbohydrates over silica–alumina composite catalysts[J].Catalysis Science&Technology,2016,6(20):7586-7596.[14]Huang Y B,Fu Y.Hydrolysis of cellulose to glucose by solid acidcatalysts[J].Green Chemistry,2013,15(5):1095-1111. 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5-羟甲基糠醛的相关研究摘要5-羟甲基糠醛(5-HMF)具有高活性的呋喃环、芳醇、芳醛结构，其衍生物被广泛的用作真菌剂、腐蚀抑制剂、香料，也可以代替由石油加工得到的苯系化合物作为合成高分子材料的原料；因而，以生物质资源的糖类化合物为原料合成精细化工产品5-HMF的研究备受关注。

本课题主要从5-羟甲基糠醛(5-HMF)的性质、制备、用途、检测等方面，展示近年来对5-羟甲基糠醛(5-HMF)的研究成果。

关键词：5-羟甲基糠醛(5-HMF) 果糖葡萄糖紫外-分光光度法（UV）1、5-羟甲基糠醛的性质5-羟甲基糠醛(又名5-羟甲基-2糠醛，羟甲基糠醛，5-羟甲基呋喃甲醛或5-羟甲基-2-呋喃甲醛)，英文名5-hydroxymethyl-2-furfural，可简写为5-HMF。

它是一种暗黄色针状结晶，具有甘菊花味，有吸湿性，易液化，需避光低温密封保存。

其物化性质如下[1]。

分子式: C6H6O3分子量: 126.116英文简写：5-HMF结构式：[2]5-HMF不能与强碱、强氧化剂、强还原剂共存。

加热时放出干燥刺激性的烟雾，燃烧和分解时释放一氧化碳和二氧化碳。

5-HMF易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、甲基异丁基甲酮、二甲基甲酰胺等，可溶于乙醚、苯、氯仿等，微溶于四氯化物，难溶于石油醚。

5-HMF是一种重要的化工原料，它的分子中含有一个醛基和一个羟甲基，可以通过加氢，氧化脱氢，酯化，卤化，聚合，水解以及其它化学反应，用于合成许多有用化合物和新型高分子材料，包括医药，树脂类塑料，柴油燃料添加物等。

5-HMF本身具有药物活性，是很多中药中的有效成分，由5-HMF出发制备的一系列呋喃衍生物也具有不同的功能，包括合成医药和农药方面的先导化合物；作为单体合成具有光学活性、可生物降解等特性的高分子材料，还可以合成具有强配位能力的大环化合物。

2、5-羟甲基糠醛的制备5-HMF可由六碳糖、低聚糖、高聚糖甚至可以是一些由工业废料转化而来的碳水化合物为原料，在酸性催化剂的作用下脱水而得。

催化果糖生成5—HMF的研究现状讨论5-羟甲基糠醛（5-HMF）是呋喃的一種衍生物，是制备许多新的化合物的中间体，可以广泛的应用于塑料、聚合物和燃烧等的生产过程中。

是连接生物质原料和能源化工的重要纽带。

因此，由果糖催化制备5-HMF备受科研工作者的关注，得到了深入的研究。

标签：果糖；5-羟甲基糠醛；研究现状1 引言在十九世纪中期，世界90%的能源由生物质进行提供的。

十九世纪末，它逐渐被化石燃料取代。

近年来，由于化石燃料的不断消耗、能量需求量的增加和环境污染日益严重，使政府和社会已经开始认识到生物质资源的重要性。

生物质资源是地球上唯一的一种可持续可再生的有机碳源，它可以替代化石原料生产燃料和化学品。

而直接将生物质糖类降解、脱水获得5-经甲基糠醛是当前生物质糖类绿色催化转化研究的重点，寻找高效催化体系一直是生物质糖类资源化领域的重中之重。

2 国内外研究现状在5-HMF中，含有一个醛基和一个羟甲基，因此可以通过后续化学转化如氧化、加氢、酯化、缩合、卤化、水解、聚合等，用来合成有用的化学品、汽油、柴油或汽车燃料的添加剂以及新型高分子材料，催化果糖生成5-HMF反应中催化剂是重点。

2.1 无机酸催化剂早期研究采用液体无机酸作为催化剂，Feridoum等以H3PO4为催化剂，催化果糖脱水制备5-HMF，5-HMF收率达到65%。

Dumesic研究了以HCl为催化剂以水-甲基异丁基酮（MIBK）为两相反应溶剂，反应体系中使用二甲基亚砜和聚乙烯吡咯烷酮为助剂，催化果糖脱水制备5-HMF，180℃下反应 5 min时，5-HMF收率为72%，果糖转化率为90%。

2.2 有机酸催化剂孙春蕾等采用几种液体酸（H3PO4、HCl、H2SO4、NaHSO4、对甲苯磺酸）为催化剂催化果糖脱水制备5-HMF，筛选出对甲苯磺酸具有较好的催化活性。

在果糖添加量为2 g、正丁醇为反应溶剂，对甲苯磺酸用量为0.3 g，反应温度180℃、反应时间5 min的条件下，5-HMF收率较高，达到91.3%。

超声辅助催化果糖制备5-羟甲基糠醛的研究目录摘要 (1)关键词 (1)1 前言 (1)1.1 五羟甲基糠醛的研究进展 (1)1.2 羟甲基糠醛物性 (2)1.3 羟甲基糠醛生成的过程 (2)1.4 五羟甲基糠醛的制备方法 (3)1.4.1 果糖生成5-HMF的反应机理 (3)1.4.2 目的和意义 (3)2 实验内容 (4)2.1 原料和试剂 (4)2.2 仪器 (4)2.3 实验部分 (4)2.4 5-羟甲基糠醛的测定 (4)3 结果与讨论 (4)3.1 各因素对五羟甲基糠醛得率的影响 (4)3.1.1温度对果糖转化的影响 (5)3.1.2超声对果糖转化的影响 (5)3.1.3 时间对果糖转化的影响 (6)3.1.4 功率对果糖转化的影响 (7)3.1.5 果糖对果糖转化的影响 (8)3.1.6 催化剂对果糖转化的影响 (9)4 结论 (9)参考文献 (10)致谢....................................................... 错误!未定义书签。

超声辅助催化果糖制备五羟甲基糠醛的研究摘要5-羟甲基糠醛(5-HMF)是重要的生物化工原料,单糖转化制备5-羟甲基糠醛反应是生物质利用的重要环节。

本文对催化剂催化果糖转化制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应进行了研究,同时考察了各种反应条件如溶质、反应时间、反应温度、超声等对反应的影响。

本文采用超声辅助催化，对反应条件进行了研究。

结果表明：（1）温度在180 ℃时HMF产率最高；（2）超声的改变，随着超声的延长5-HMF的产率也随着增加；（3)功率在50%时五羟甲基糠醛的收率是最理想的；（4）果糖的改变，确定最佳的果糖的量为1 g；（5）在反应物用量一定的条件下，催化剂最佳用量为0.04 g，是果糖质量的4%。

关键词果糖；五羟甲基糠醛；催化剂；反应条件Ultrasonic assisted catalytic fructose extract 5 HMFPeipei Zhao( Tarim University School of life sciences, Xinjiang alar,843300) Abstract:Results the 5 - HMF (5 -) is a important biological chemical raw materials, simple sugars into the preparation of 5 HMF reaction is an important part of the biomass utilization. In this paper, the catalyst of fructose into the preparation of 5 HMF results (5 -) of the reaction was studied, at the same time examines the various reaction conditions such as solute, reaction time, reaction temperature, the influence of ultrasound on the reaction. This article USES the ultrasonic assisted catalysis, the reaction conditions were studied. Results show that:(1) at the temperature of 180 ℃ HMF yields the highest; (2) ultrasound changes,along with the extension of ultrasonic 5-HMF yield increases; (3) power in 50% of five hydroxymethyl furfural yield is the most ideal; (4) fructose change, determine the best fructose amount is 1g; (5) in the condition of reactant dosage of catalyst is 0.04g, the best dosage, fructose quality 4%.Key words: fructose; results ; the Catalyst; reaction;the conditions1 前言1.1 五羟甲基糠醛的研究进展5-羟甲基糠醛（又名5-羟甲基-2-糠醛、羟甲基糠醛、5-羟甲基呋喃甲醛或5-羟甲基-2-呋喃甲醛），英文名5-hydroxymethyl-2-furfural、5-hydroxymethylfurfural或5-HMF，是一种重要的化工原料。

5-羟甲基糠醛电氧化综述
5-羟甲基糠醛（HMF）是一种重要的天然化合物，它是由果糖酸和葡萄糖酸在酸性条件下经过脱水反应产生的。

HMF具有广泛的应用前景，可以用作食品、医药、化工和材料等
领域的重要原料。

然而，HMF的生产过程中存在一些问题，如低产率、产物复杂、催化剂
选择等，这些问题制约了HMF的工业化应用。

因此，开发高效、环保的制备方法是HMF研
究的重点之一。

电氧化是HMF制备的一种新方法，它具有高效、环保、可控性强等优点。

电氧化可以
在无需酸催化剂的条件下使HMF直接氧化为对应的醌衍生物。

目前，研究中发现了许多电氧化HMF的催化剂，包括氧化铁、锰氧化物、氧化镍、氧
化硫和碳材料等。

其中，碳材料具有许多优点，例如成本低、催化活性高、可重复使用等。

碳材料作为电催化剂在HMF电氧化反应中具有良好的催化效果。

在电氧化HMF反应中，起关键作用的是电子转移过程。

通过调节碳材料的物理性质和
化学性质可以实现电子转移过程的控制。

例如，调节碳材料的微观结构可以增加电极表面积，提高电化学反应速率；引入功能化基团可以改变碳材料的氧化还原性质，提高催化活性。

此外，电化学反应参数如电位、电流密度、电解液种类和浓度等也会影响HMF电氧化
反应的催化效果。

通过合理调节这些反应参数，可以实现产物选择和反应效率的优化。

总之，电氧化是一种高效环保的HMF制备方法，碳材料具有良好的催化效果。

未来应
进一步深入研究电氧化HMF反应的机理、催化剂的设计及反应参数的优化。

前言在19到20世纪，以化石资源为物质基础，人类的化学工业文明取得了辉煌成就。

然而化石资源是储量有限的不可再生资源，不可避免地走向衰竭。

此外，化石资源的滥用也给我们赖以生存的环境带来了巨大压力：水污染、空气污染、全球变暖等无一不在提醒我们寻找新型可再生的清洁资源。

在环保意识和绿色化学的概念逐渐深入人心的今天，以生物质资源为原料制备重要化学品或急需燃料已得到世界各国的普遍重视。

糖类是最受关注的生物质资源的一种，其中由果糖脱水合成5-羟甲基糠醛（HMF）及其衍生物也成为当前的研究热点。

5-羟甲基糠醛（HMF）具有芳醇、芳醛的结构，并且拥有吠喃环体系，具有高反应活性和聚合能力，对于人体具有细胞低毒性和低诱变性，其衍生物被广泛的用作杀真菌剂、腐蚀抑制剂、香料；同时还是作为合成药物、耐热聚合物以及络合的大环化合物的先导化合物。

HMF的衍生物可以代替由石油加工得到的苯系化合物作为合成高分子材料的原料，例如2, 5-呋喃二酸可以替代对苯二酸合成聚醋、2, 5-呋喃二醛、2, 5-呋喃二醇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。

可见，HMF是跨在碳水化合物化学和石油化学之间的一种新型平台化合物，有希望成为利用生物质资源替代化石资源合成化学品路线的突破点，其应用前景十分广阔。

对于该反应的研究主要集中在对催化剂的研究上。

早期，科研人员采用含氧的无机酸例如硫酸、磷酸作为果糖脱水反应的催化剂，但存在设备腐蚀和污染环境的问题。

后来，人们开始尝试有机酸类催化剂如草酸以及一些盐类化合物。

最近几年研究比较多的催化剂是具有Brφnsted和Lewis两种酸型新型酸功能化离子液体。

这种催化剂无论是反应的选择性还是催化剂的回收利用方面都较其它的催化剂效果好。

本课题研究的主要内容包括以下三点：1. 考察在常规酸催化作用下溶剂效应、催化剂种类、催化剂用量、果糖浓度反应时间和反应温度等各种因素对合成反应产率的影响。

2. 合成出功能化离子液体，并采用红外、核磁确认其结构、采用乙腈和吡啶探针红外谱图表征其酸性特征。