功能化离子液体催化纤维素生成5-羟甲基糠醛的研究

利用生物质资源制备平台化合物5-羟甲基糠醛(HMF)的研究受到了工业界和学术界的高度重视，已成为国际学术的前沿方向。纤维素是自然界最丰富的生物质资源，如何高效、高选择性、环境友好催化其生成HMF成为一个亟待解决的科学问题。申请人拟通过对功能化咪唑类、胆碱类、胍类等离子液体结构与催化性能关系的研究，对离子液体催化纤维素生成HMF进行系统而深入的探讨，获得离子液体结构与催化性能关系的认识，阐释离子液体催化纤维素生成HMF的反应机理，并借助超临界二氧化碳(scCO2)建立离子液体高效催化纤维素转化以及分离HMF的方法，为生物质纤维素在合成功能材料和高附加值化工品的应用方面提供理论基础和科学依据。当前本课题组已合成一类磺酸型离子液体，具有良好的催化活性，正着手进一步深入研究。

完成情况：本项目得到很好地实施，达到了预期目标，合成了系列功能化的离子液体，实现了生物质高效转化生成HMF的方法，从实验和量化计算角度获得了反应的机理，进展主要包括：.1. 系列功能化的离子液体合成及催化实验方面：.合成了和纯化了一系列常规和功能化离子液体催化剂，并系统的评价了离子液体的催化活性，研究了离子液体阴阳离子对反应的影响规律，并证明最优离子液体的可循环性，进展主要包括：.1）合成了和纯化了一系列常规和功能化离子液体催化剂，并完成了光谱表征；.2）评价了离子液体对催化果糖转化为5-羟甲基糠醛的催化效果，发现单独BmimBr可以高效催化果糖转化为5-羟甲基糠醛；.3）证明了催化剂的可循环性，BmimBr离子液体可以循环6次活性几乎没有下降；.4）获得了离子液体阳离子链长和阴离子对反应的影响规律；.5 ) 进一步获得了催化纤维素直接生成HMF的离子液体，发现了最优的离子液体的量。.2. 反应机理方面：.从实验和计算角度详细研究了BmimBr高效催化果糖转化为5-羟甲基糠醛的机理，发现氢键在促使果糖转化为5-羟甲基糠醛中起了关键作用。通过计算得到了所有的中间体和过滤态，从能量角度上研究了反应的整个过程，揭示了反应的速决步，获得了阴阳离子对反应过程的影响。具体进展如下：.1) 通过核磁和原位经外获得了催化机理的实验证据；.2) 通过计算获得了反应整个过程所有的中间体和过渡态；.3) 得到了反应机理整个过程的势能图；.4) 从机理角度获得了阴阳离子对反应的影响。..主要成果：共发表论SCI论文7篇，会议论文3篇，申请专利3项，其中国际专利1项。通过本项目的执行，已毕业博士1名，硕士2名。研究队伍得到了锻炼，整体水平得到提高。