低共熔生物质单糖制备5-氨基乙酰丙酸的合成机制与调控

5-Aminolevulinic acid (5-ALA) is an important compound due to its multifunctional properties in medical and agriculture areas. However, the application of 5-ALA has been restricted seriously by its exorbitant production cost. therefore, it is of great important research and practical significance to cut the production cost with green and efficient synthesis route. In this proposal, green chemical synthesis has been employed and 5-ALA was produced with the conversion of biomass derived sugar via 5-chlorinemethylfurfural (5-CMF) in deep eutectic solvents (DES), followed by Gabriel reaction and hydrolysis procedures. With the intensive study on mechanism and reaction pathway of the synthesis of 5-CMF from biomass derived monose in DES in tandem with Gabriel reaction and the hydrolysis, a green chemical synthesis route of 5-ALA will be built, which is affordable, mild and efficient.

5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）是在医药、农业等领域应用广泛的重要化合物。然而，由于5-ALA的合成效率低下，导致其价格昂贵，严重影响了其在多方应用的推广。传统的5-ALA制备方法存在选择性差、收率低、分离提纯困难等不足，因此，开发新型、绿色高效的5-ALA合成路径，对降低其生产成本和应用推广具有重要的理论及实际意义。本申请提出以生物质单糖为原料、在低共熔体系中催化合成5-氯甲基糠醛（5-CMF）后、经Gabriel反应及水解得到5-ALA的绿色合成方法。本申请试图阐明生物质单糖在低共溶体系中催化制备5-CMF的反应机理和产物控制规律、探索5-CMF发生Gabriel反应的路径与调控机制、揭示Gabriel反应产物经开环水解生成5-ALA的途径与机理。通过上述系统研究，构建廉价、条件温和、高效的5-ALA合成体系，为形成绿色、经济的5-ALA合成路线提供理论基础。

5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）是自然界生物体中广泛存在的重要化合物，它直接参与生物体内光合作用、维生素和血红素合成、卟啉化合物合成等众多生化反应。近年来，随着研究的进一步深入，5-ALA 在医药、农业等领域具有广泛的应用前景。然而，由于5-ALA的合成效率低下，导致其价格昂贵，严重影响了其在多方应用的推广。传统的5-ALA制备方法存在选择性差、收率低、分离提纯困难等不足，因此，开发新型、绿色高效的5-ALA合成路径，对降低其生产成本和应用推广具有重要的理论及实际意义。. 本项目坚持绿色化学反应的理念，以生物质单糖为原料，构建了生物质单糖与氯化物的低共熔及低共熔-有机双相体系，并在该体系中经高效转化为呋喃化合物（5-羟甲基糠醛、5-氯甲基糠醛），呋喃化合物再经Gabriel反应、氧化开环水解等反应过程，制得目的产物5-ALA。项目构建了适用于生物质糖类转化的反应及溶剂体系，阐明了糖类在DES体系中脱水成呋喃环、Gabriel及开环水解的反应路径机制和规律，阐明了各反应过程中反应产物随温度、压力、组分性质、组成等因素的变化规律，构建了绿色、廉价、条件温和、反应高效的5-ALA合成体系，具有重要的推广意义。. 项目发表SCI收录期刊论文16篇，其中发表在Green Chemistry、ChemSusChem、Industry Crops and Products、Renewable and Sustainable Energy Reviews等优良期刊上的论文6篇；申请国家发明专利6项；出版《乙酰丙酸化学与技术》（科学出版社，2018）一部；在国际学术会议上报告1次；培养博士2名、硕士2名、学士2名，其中3人获得研究生国家奖学金。