[所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2024-9-27] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

研究揭示提高5—羥甲基糠醛產(chǎn)率新方法
作者：李晨    來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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近日，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所研究員、中國(guó)工程院院士蔣劍春團(tuán)隊(duì)關(guān)于林源呋喃化學(xué)品低碳高效轉(zhuǎn)化的研究成果在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表。
將木質(zhì)纖維類生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為5—羥甲基糠醛（HMF）是實(shí)現(xiàn)秸稈、竹木屑等農(nóng)林剩余物資源高值化利用最有吸引力的途徑之一。HMF具有呋喃環(huán)、羥甲基和羰基等活性結(jié)構(gòu)單元，可以通過氧化、醚化、加氫等反應(yīng)制備多種高附加值生物基化學(xué)品，但也導(dǎo)致其在合成與純化過程中穩(wěn)定性差，易發(fā)生縮合、氧化等副反應(yīng)，規(guī)�；�生產(chǎn)過程存在得率低（<50%）和成本高（>5萬元/噸）等問題。
該團(tuán)隊(duì)基于工業(yè)生產(chǎn)過程中廉價(jià)金屬鹽均相催化反應(yīng)過程研究，結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析、分子動(dòng)力學(xué)模擬和量子化學(xué)計(jì)算，首次揭示了陰離子通過鄰近效應(yīng)和電子張力調(diào)控己糖分子結(jié)構(gòu)的定向演化過程，為生物基糖平臺(tái)高效轉(zhuǎn)化過程中均相催化劑的篩選提供了理論支撐。
研究團(tuán)隊(duì)基于系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：陰離子可以影響金屬鹽的催化活性，導(dǎo)致顯著的HMF產(chǎn)率差異。在上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，受霍夫曼斯特效應(yīng)的啟發(fā)，結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算與分子動(dòng)力學(xué)模擬分析，證實(shí)了己糖轉(zhuǎn)化HMF過程中陰離子效應(yīng)可歸因于鄰近效應(yīng)和電子張力效應(yīng)。
一方面，陰離子通過鄰近效應(yīng)與葡萄糖分子形成近距離的弱相互作用，促進(jìn)葡萄糖異構(gòu)化過程的電子轉(zhuǎn)移速率。其中，Br-與葡萄糖分子間的距離最小，表現(xiàn)出最顯著的鄰近效應(yīng)，從而獲得了最高的HMF產(chǎn)率。
另一方面，陰離子通過電子張力效應(yīng)誘導(dǎo)葡萄糖分子的電子云遷移，促進(jìn)葡萄糖從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的速率。其中，Br-誘導(dǎo)的葡萄糖分子中碳原子周圍的電子云密度差最大，表現(xiàn)出最顯著的電子張力效應(yīng)，從而獲得了最高的HMF產(chǎn)率。 
該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助，中國(guó)林科院林化所博士生梁潔為論文的第一作者，蔣劍春和該所研究員王奎為共同通訊作者。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202410229
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