来源于松节油的蒎烯基高密度燃料的合成及其性能研究

High density fuels and/or additives with high performance have a superior status in the field of aviation and aerospace, which is one of the most significant factors that influenced the development of science and technology of aviation and aerospace. Multi-cyclic hydrocarbons have been the focus of high density fuels. However, the relationship between the structure and the properties of the multi-cyclic hydrocarbons as high density fuels has not yet been well understood. This proposal is plan to construct series of cycloalkanes with multi-cycles building block bearing pinene from biomass, turpentine, which will be used as high density fuels and/or additives. Their performance will be examined, especially their density, volumetric net heat of combustion and low-temperature viscosity. The purpose is to search high density fuels and/or additives with high performance. The relationship between the structure and the properties of multi-cyclic hydrocarbons holding pinene will be clarified. The research results will contribute to enrich the compound libraries and synthetic methods of high density fuels based pinene core, and provide the material and experimental proofs for the aviation and aerospace areas.

具有优异性能的高密度燃料或添加剂在航空航天领域有着极其重要的地位，是制约航空航天科技发展的重要因素之一。多环烷烃类燃料是高密度燃料领域研究的重点。以蒎烯为核心骨架的多环烷烃作为高密度燃料的结构-性能之间的关系还没有被揭示。本项目拟充分利用来源于生物质松节油的蒎烯所固有的多环骨架，用于构建系列多环烷烃分子体系，并考察所合成的多环烷烃类化合物作为高密度燃料或添加剂的性能，重点考察其密度、燃值及低温粘度等，以期评价和筛选出具有优异性能的高密度燃料或添加剂。本项目的研究结果，可以揭示蒎烯为核心骨架的多环烷烃作为高密度燃料的结构-性能之间的关系;丰富以蒎烯基为骨架的高密度燃料的化合物库及其构筑方法，为航空航天及其它领域提供实验证据和物质基础。

高密度燃料或添加剂在航空航天领域有着极其重要的地位，是制约航空航天科技发展的重要因素之一，多环烷烃类燃料是高密度燃料领域研究的重点。松节油是一类可再生的生物质资源，其主要成分是-蒎烯和-蒎烯，具有多环骨架，是理想的制备高密度燃料的合成切块或原料。.本项目利用来源于生物质松节油的蒎烯所固有的多环骨架，通过较为成熟的合成方法构建系列多环烷烃分子体系。本项目以单一步骤80%以上、两步65%以上的收率合成了蒎烯基醇类、蒎烯基溴代物及蒎烯基醛类等6种蒎烯基关键中间体；通过蒎烯基溴代物与芳基醚的付-克烷基化反应合成了两种蒎烯基芳基醚；通过蒎烯基溴代物与酮类化合物的-烷基化反应合成了5种蒎烯基酮类化合物；通过蒎烯基醛类化合物与酮类化合物的羟醛缩合反应及脱水合成了5种蒎烯基, -不饱和酮类化合物；制备了磷酸氧铌负载的过渡金属催化剂，考察了其对芳基醚类、醇类、酮类的加氢脱氧催化活性，发现磷酸氧铌负载的钯催化剂具有较高的催化性能。将所制备的磷酸氧铌负载的钯催化剂应用于蒎烯基芳基醚类化合物和蒎烯基酮类化合物的加氢脱氧反应，能实现蒎烯基芳基醚类化合物和蒎烯基酮类化合物的加氢脱氧，但同时观察到蒎烯基所具有的4员碳环发生断裂开环的现象。考察了所合成的多环烷烃类化合物作为高密度燃料或添加剂的性能，所得到的多环化合物的密度在0.86g/mL以上，运动粘度室温下在1.35-4.89 mm2/s之间，冰点最低可达-38°C。.本项目的研究结果，发现蒎烯基骨架在催化加氢反应中的一些规律及其开环多环烷烃分子的结构-性能的关系, 拓展了以蒎烯为原料合成多环烷烃的策略与方法，丰富了以蒎烯基为骨架的多环烷烃化合物库及其构筑方法，为航空航天及其它领域提供实验证据和物质基础。