六碳糖生物质催化转化合成2,5-呋喃二甲酸的研究

催化六碳糖选择转化合成2,5-呋喃二甲酸是生物质转化利用的重要过程之一。现行的催化体系普遍存在选择性差、产物收率低及反应条件苛刻等缺点；采用纳米反应器作催化剂，不仅能高效地催化有机反应，而且可以实现多步反应的协同发生。本项目通过对金属基纳米反应器和六碳糖催化转化过程的深入研究，探索以D-果糖和葡萄糖为原料，以金属基纳米反应器为催化剂，使用"一锅法"直接合成2,5-呋喃二甲酸的反应过程；依据六碳糖分子羟基多、易环合的结构特点，设计并制备出含Au、Co、Mn等组分的双亲性纳米反应器，借助纳米反应器的微反应环境和金属组分的催化性能，实现六碳糖脱水和原位氧化过程的协同进行，高效、高选择性地合成2,5-呋喃二甲酸，为工业应用奠定坚实基础；同时，采用原位光谱法和动力学分析法等手段对反应机理进行研究，为开发其它糖类生物质的催化转化过程提供理论依据。

六碳糖（果糖，葡萄糖）转化制备呋喃基化学品是生物质催化利用中的重要过程，引起国内外科学界与工业界的广泛关注。依据糖分子为多羟基化合物的特点，可以借助催化脱水和催化氧化反应实现六碳糖的高效、高选择性转化；其中，催化体系开发与研究是关键。本项目设计开发了三氯化铁‒季铵盐催化体系，并用于催化六碳糖高效、高选择性脱水合成5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应过程；开发了金属卤化物‒溴化铵催化体系，并用于催化六碳糖（果糖，葡萄糖）和蔗糖选择性转化合成5-HMF的反应过程；研究开发了金属锡-季铵盐催化剂体系，从而实现了葡萄糖和多糖脱水制备5-HMF的反应过程；开发了SnO2-ZrO2固体酸和金属Ge（IV）基固体酸催化体系，并将其用于催化六碳糖选择性转化合成5-HMF的反应过程；研究开发了酸性离子液催化蔗糖合成5-HMF的反应体系；以二氧化硅–壳聚糖复合材料为载体，设计并制备了含金、钯和铂等金属组分的新型纳米催化材料，并考察了其在催化氧化中的应用；研究开发了用氧气作氧源高效氧化芳香醇的催化反应体系；设计开发了用于5-HMF高效、高选择性氧化的羟基磷灰石负载纳米金催化剂，实现了2, 5-呋喃二甲酸(2, 5-FDCA)的高产率。探索出了金属卤化物与固体酸催化剂催化六碳糖脱水以及纳米金催化芳香醇氧化反应的规律性，为开发出其它多糖转化的催化体系提供了指导，具有重大的科学意义和应用前景.