纤维素基γ-戊内酯的绿色化学研究

本项目拟从绿色化学角度出发，以纤维素为原料经新型能源平台化合物γ-戊内酯转化为液体烃类燃料为研究目标,针对纤维素制γ-戊内酯过程中的酸水解反应和甲酸原位还原反应以及γ-戊内酯制烃类化合物过程中的脱羧聚合反应开展研究，通过设计并合成双功能催化剂和固体酸催化剂，实现纤维素基γ-戊内酯的高效绿色化学转化，利用酸性离子液体和均相钯催化剂，完成在温和条件下制备C8以上烃类化合物的连续反应。本项目的创新之处在于使用水解过程中的副产物甲酸原位还原乙酰丙酸制备γ-戊内酯，避免了外部氢气的供给，实现了整个反应体系的低排放，与传统方法比较具有更佳的原子经济性。此外充分利用烃类化合物与离子液体不互溶的特性解决均相催化中的分离难题，为非粮生物质催化转化为高级液体燃料奠定理论基础。

本项目从绿色合成化学角度出发，以生物质纤维素和糖类经新型能源平台分子γ-戊内酯制取液体燃料和高附加值化学品为研究目标,针对纤维素和葡萄糖制乙酰丙酸过程中的酸水解反应、甲酸原位还原反应及乙酰丙酸在不同的催化加氢条件下的还原反应开展研究，我们通过设计并合成多种高效非均相催化剂及均相加氢催化剂，研究了乙酰丙酸及γ-戊内酯在不同氢源及不同的催化体系下的转化过程和机理研究，实现了纤维素固体酸水解，乙酰丙酸催化氢化制γ-戊内酯，以及γ-戊内酯进一步到吡咯烷酮、芳烃和戊酸脂等其他高附加值化学品的化学转化。在项目执行期间，项目负责人于2012年入选中组部首批“青年拔尖人才支持计划”，2013年获得国家杰出青年科学基金项目资助。该项目执行期间共发表 SCI 收录论文49篇，包括Journal of the American Chemical Society 2篇，Angewandte Chemie International Edition 3篇，ChemSusChem 9篇，Green Chemistry 10篇，Bioresource Technology2篇，获得授权中国发明专利4篇。Green Chemistry 杂志邀请课题组撰写了关于固体酸催化生物质纤维素水解领域的前瞻性综述（Green Chem., 2013, 15, 1095），项目负责人受邀担任了国际绿色化学领域权威刊物ChemSusChem国际顾问编委，获得教育部霍英东教育基金会青年教师奖一等奖。