致谢 19

1 前言

1.1 5-羟甲基糠醛（HMF）

    5-羟甲基糠醛（HMF）（见图1），又名5-羟甲基-2糠醛，5-羟甲基呋喃甲醛或5-羟甲基-2-呋喃甲醛，可通过酯化、取代以及聚合等化学反应广泛应用于医药用品、抗菌剂和抗腐蚀剂、柴油燃料添加物和塑料等的合成[1]。另外，它是一种暗黄色针状结晶，具有甘菊花味，有吸湿性，易液化，需避光低温密封保存（表1）。

图1 HMF的化学结构式

表1 5-羟甲基糠醛的化学参数

化学参数 数值

相对分子量（g/mol） 126.1

熔点（°C） 32-35

沸点（°C，1 mmHg） 114-116

密度（25 °C，g/mL） 1.243

折射率 1.563

闪点（°C） 79

1.2 果糖脱水制备HMF的研究进展

1.3 选题背景和意义

近年来，能源危机和环境污染问题日益严重，要求人们去探索和开发能够逐步替代化石资源的新能源，为人类生存和发展提供化学品和燃料。生物质是地球上惟一以有机碳形式存在的可再生资源，其中，碳水化合物约占75%，它们的有效转化和利用对于缓解能源危机和减轻环境污染具有十分重要的意义。经过长时间多方面的详细验证，将碳水化合物转化为平台化合物尤其是HMF被认为是连接生物质资源和化石资源最有效的途径之一，也是当今科学研究的热点领域之一。与葡萄糖、淀粉和纤维素相比，果糖由于具有五元环的呋喃型结构使其比较容易发生脱水反应生成HMF，是目前制备HMF最理想的原料。传统的研究采用的催化剂大多是无机酸如HCl、H2SO4、H3PO4和HNO3[13,14]等，它们虽然价廉易得，催化活性较高，但是它们具有较大的腐蚀性且会对环境造成较大的污染，这在很大程度上限制了它们的使用。近年来，固体超强酸由于具有较强的酸性、较大的比表面积和较强的热稳定性以及无污染、无腐蚀性且可以重复使用等优点现已在酯化、醚化和水解等反应中得到了广泛的应用。基于HMF制备过程中存在的问题和固体超强酸的良好的理化性质，本文选用磺酸化的二氧化锡为催化剂在二甲亚砜中研究对果糖制备HMF的脱水效果，并考察各种反应条件对HMF得率的影响，以期为果糖脱水催化剂的合成与HMF制备工艺的优化提供一定的理论指导和技术支撑。文献综述

2. 实验材料与方法

2.1 实验试剂及仪器

表2 实验所需主要试剂

试剂名称 规格 生产厂家

AlCl3·6H2O AR 国药集团化学试剂有限公司

FeCl3·6H2O AR 国药集团化学试剂有限公司

SnCl4·5H2O AR 国药集团化学试剂有限公司

DMSO AR 南京化学试剂有限公司

D-果糖 BR 国药集团化学试剂有限公司

表3 实验所需主要仪器

名称及型号 生产厂家

UV1900系列紫外可见光分光光度计 上海凤凰光学仪器有限公司