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图1 HMF结构式
1.2 葡萄糖脱水制备HMF的研究进展
随着人类社会的发展，有限的化石资源被大量利用，而人类社会对能源的需求和依赖却越来越大，故开发并利用可再生的生物质资源成为国内外研究的热点。目前，以生物质为原料制备HMF是利用生物质最有效的方式之一。HMF不仅可以用来制取液体燃料，还可以用来生产各种化学品[1]。果糖是当今研究较普遍的对象，但是它难取得，价格高，不适合实际生产。相对于果糖来说，葡萄糖具有来源更广泛，价格更低廉的优势。但是，葡萄糖由于具有稳定的吡喃型结构，致使它的脱水速率较慢，HMF的选择性较低，因此，通过葡萄糖直接制备HMF具有很大的挑战性。
早期人们多使用无机酸作为葡萄糖脱水制备HMF反应的催化剂，并取得了一定的进展。Chheda等[2]使用HCl、H2SO4和H3PO4等无机酸作为催化剂，使得葡萄糖脱水得到HMF，但是以无机酸作为催化剂，葡萄糖的转化率低于50%，HMF的选择性也不高。Roman-Leshkov等[3]采用0.25 mol/L HCl作为催化剂，在35%的NaCl溶液中，180 C反应3 min，葡萄糖的转化率提高到了56%。因此，单独使用无机酸作为催化剂得到HMF效果并不理想。Huang等[4]将生物与化学催化相结合，先将葡萄糖转化为果糖，再利用HCl催化果糖脱水，取得的结果较理想。
在环境问题日益严重的今天，人们的环保意识也逐渐增强，越来越多的专家学者们将目光转移到固体酸催化剂上。Yan等[5]研究表明，SO42-/ZrO2-Al2O3催化葡萄糖脱水的效果较理想，Zr-Al的摩尔比为1：1，葡萄糖转化率与HMF的得率都比较可观。Ohara等[6]使用固体碱水滑石和酸性离子交换树脂Amberlyst-15作为催化剂，葡萄糖的转化率与HMF的得率分别为73%和58%。因此，采用固体酸催化剂催化葡萄糖脱水制备HMF，不仅可以促使葡萄糖转化为果糖，而且可以促使葡萄糖转化为HMF，并且还有抑制副产物生成的作用。
2007年，Zhao等[7]研究了CrCl2在离子液体氯化1-乙基-3-甲基咪唑（[EMIM]Cl）中高效催化葡萄糖脱水制备HMF的过程，HMF的得率约为70%。2008年，Yong等[8]研究了氮杂烷卡宾促进的CrCl2（或CrCl3）体系在氯化1-乙基-3-甲基咪唑（[EMIM]Cl）离子液体中高效催化葡萄糖脱水制备HMF的过程，HMF的得率为81%。Hgen等[9]在氯化胆碱促进的糖熔融体系中，用CrCl2或CrCl3催化葡萄糖转化，HMF的得率分别为45%和31%。此外，Stahlberg等[10]、Hu等[11]、Chen等[12]、Lee等[13]的探索结论证实了SnCl2、SnCl4、CrBr3、YbCl3等金属氯化物催化剂催化脱水葡萄糖制备HMF效果较好。文献综述
1.3 选题背景和意义
煤、石油和天然气为不可再生的化石资源，现已经成为了当今世界燃料、化学品和材料工业的基础，是人类社会发展和繁荣富强的强大推动力。然而近几年，化石燃料的大量消耗使得全球温室效应和环境破坏与污染越来越严重，这便促进了利用可再生的生物质基碳水化合物制备平台化合物，特别是HMF的诞生与发展。目前，大多数制备HMF的研究是以果糖为研究对象的，而果糖原料不仅有限且成本较高，使得它的实际应用受到限制。相对来说，葡萄糖的价格低廉而且来源广泛，是非常具有潜力并且经济的制备HMF的原料。如今，氯化铬包括CrCl2和CrCl3是催化葡萄糖脱水制备HMF最有效的催化剂，但是它们毒性较大，会对环境造成污染，而且价格昂贵，不适合实际生产。基于此，本文将以无毒的氯化铝（AlCl3）作为催化剂，在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[BMIM]Cl）中探索对葡萄糖脱水制备HMF的效果，并研究各种反应条件对HMF得率的影响，希望能够为进一步研究HMF提供思路和参考。