1、關(guān)于生物質(zhì)液化技術(shù)糖類轉(zhuǎn)化的介紹第一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1 糖概述1. 人類（或動植物）的三大能量（糖、蛋白質(zhì)、脂肪）來源之一。xCO2 +yH2O+能量 Cx(H2O)y+xO2植物光合作用動物呼吸作用2.生理作用： 植物的支持組織，細(xì)胞膜的組成部分；生物信息的攜帶、傳遞者。糖的主要功能第二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月廣布于動植物體中，所有生物的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核皆含核糖動物血液含有葡萄糖，肝臟、肌肉中含有糖原，乳汁含有乳糖植物體的組分約8590為糖類。植物的細(xì)胞壁、木質(zhì)部、棉花、竹木等除水分以外，幾乎全是由纖維素所組成。糧食（谷類）含豐富的淀粉，甘蔗和甜菜含

2、大量蔗糖，鮮果含果糖和果膠所有這些核糖、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、糖原、果膠、纖維素、淀粉以及麥芽糖（俗稱飴糖）等都屬于糖類。哪些物質(zhì)屬于糖?第三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月糖的分類按化學(xué)結(jié)構(gòu)醛糖酮糖按含碳數(shù)三糖（丙糖）四糖（丁糖）五糖（戊糖）六糖（己糖）按結(jié)構(gòu)單元數(shù)單糖二糖寡聚糖多糖糖類物質(zhì)是多羥基(2個或以上)的醛類(Aldehyde)或酮類(Ketone)化合物，或在水解后能變成以上兩者之一的有機(jī)化合物。在化學(xué)上，由于其由碳、氫、氧元素構(gòu)成，在化學(xué)式的表現(xiàn)上類似于“碳”與“水”聚合，故又稱之為碳水化合物。 通式為Cn(H2O)m，但不夠全面，例如脫氧糖是例外。糖的定義與分類第

3、四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月醛糖與酮糖葡萄糖果糖醛糖酮糖醛糖和酮糖分別具有醛和酮的性質(zhì)，也具有醇的性質(zhì)。第五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月最簡單的醛糖和酮糖甘油醛二羥基丙酮醛糖和酮糖可以在適當(dāng)?shù)臈l件下相互轉(zhuǎn)換第六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月按含碳數(shù)對糖分類根據(jù)糖分子結(jié)構(gòu)中含碳原子的多與少進(jìn)行劃分：丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖從3C糖至8C糖天然界都有存在。甘油醛赤蘚糖木糖葡萄糖葡庚糖第七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月自然界中單糖以戊糖、己糖數(shù)量最大，結(jié)構(gòu)分多羥基醛、酮的開鏈、半縮醛環(huán)狀兩種形式天然情況以環(huán)狀占絕大多數(shù)。以葡萄糖為例吡喃環(huán)開鏈O？第八

4、張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月開鏈C原子結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)吡喃環(huán)O半縮醛羥基比其它羥基更活潑第九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月命名時為 （）D（L）糖名椅式構(gòu)象與糖命名名？D葡萄糖名？D葡萄糖平面結(jié)構(gòu)空間構(gòu)象第十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月水溶液中-D-葡萄糖、-D-葡萄糖和開鏈結(jié)構(gòu)三者是并存的。第十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月戊糖，多為五元環(huán)呋喃糖，如核糖 脫氧核糖oo第十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月糖的相對甜度甜度是一個比較值，以蔗糖為標(biāo)準(zhǔn)定為1

5、00。第十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月小常識（糖為什么是甜的？） 早在20世紀(jì)60年代，就有人提出了糖之所以甜，是因為糖類分子中都含有多羥基，多羥基中兩個氫原子之間有一定的距離，這個距離恰好能與舌頭上的味覺感受器形成化學(xué)吻合物。這種化學(xué)吻合物可以刺激味覺感受器，使其產(chǎn)生脈沖，進(jìn)而由神經(jīng)將脈沖傳入大腦，使人感到甜味。 糖精，它的甜度是蔗糖的500倍，過去曾用作糖的代用品。但它不是糖類，它是鄰磺酰苯甲酰亞胺，分子結(jié)構(gòu)中根本沒有多羥基。 第十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月按結(jié)構(gòu)單元數(shù)對糖分類單糖：一般是含有3-6個碳原子的多羥基醛或多羥 基酮。最簡單的單糖是甘油醛和二羥基丙

6、酮。單糖是構(gòu)成各種糖分子的基本單位，天然存在的單糖一般都是D型。在糖通式中，單糖的n是從3-7的整數(shù)。單糖既可以環(huán)式結(jié)構(gòu)形式存在，也可以開鏈形式存在。單糖就是不能再水解的糖類，是構(gòu)成各種二糖和多糖的分子的基本單位。自然界已發(fā)現(xiàn)的單糖主要是戊糖和己糖。常見的戊糖有D-（-）-核糖、D-（-）-2-脫氧核糖、D-（+）-木糖和L-（+）-阿拉伯糖。它們都是醛糖，以多糖或苷的形式存在于動植物中。常見的己糖有D-（+）-葡萄糖、D-（+）-甘露糖、D-（+）-半乳糖和D-（-）-果糖，前三者為醛糖，后者為酮糖。己糖以游離或結(jié)合的形式存在于動植物中。第十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月半乳糖甘

7、露糖葡萄糖木糖阿拉伯糖代表性單糖的結(jié)構(gòu)第十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月單糖：二糖又名雙糖，由二分子的單糖通過糖苷鍵形成，在一種單糖的還原基團(tuán)和另一種糖的醇羥基相結(jié)合的情況下，顯示出與單糖的共同化學(xué)性質(zhì)，諸如還原于Fehling溶液、變旋光化、脎形成等（如麥芽糖、乳糖），通過還原基結(jié)合的單糖則無這種性質(zhì)（如蔗糖、海藻糖）。二糖（雙糖）常見的二糖蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖脫水縮合形成。纖維二糖：兩個D-葡萄糖分子通過構(gòu)型的1，4鍵連接起來的。麥芽糖：兩個D-葡萄糖分子通過構(gòu)型的1，4鍵連接起來的。乳糖：由一分子-D-半乳糖和一分子-D-葡萄糖在-1，4-位形成糖苷鍵相連。第十九

8、張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月二糖（雙糖）的結(jié)構(gòu)蔗糖麥芽糖纖維二糖乳糖第二十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月寡聚糖定義：由29個單糖基通過苷鍵鍵合而成的直糖鏈或支糖鏈的聚糖。按單糖數(shù)量：分二糖、三糖、四糖等。按還原性分： 還原糖： 有半縮醛羥基，即有C1-OH 或非還原糖：兩個單糖都以端基脫水縮合，分子中無半縮醛 羥基。 第二十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月多聚糖定義：亦稱多糖。一個分子多聚糖水解時能生成10個分子以上單糖的糖叫多聚糖，如菊粉（果聚糖和葡果聚糖）、淀粉和纖維素（葡聚糖），可用通式(C6H10O5)n表示菊粉淀粉纖維素淀粉和纖維素的組成單元均為葡萄糖

9、。第二十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月淀粉纖維素第二十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月如何利用糖類生物質(zhì)？第二十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 六碳糖轉(zhuǎn)化制呋喃化學(xué)品果糖葡萄糖5-羥甲基糠醛（5-HMF）-3H2O-3H2O第二十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月5-羥甲基糠醛（5-HMF）的性質(zhì)5-HMF（5-hydroxymethylfurfural） （又名5-羥甲基-2-糠醛，羥甲基糠醛，5-羥甲呋喃甲醛或5-羥甲基-2-呋喃甲醛），是一種暗黃色針狀結(jié)晶，具有甘菊花味，有吸濕性，易液化，需避光低溫密封保存。5-HMF可由六碳糖脫水生成，分

10、子中含有一個呋喃環(huán)，一個醛基和一個羥甲基，其化學(xué)性質(zhì)比較活潑，可以通過氧化、氫化和縮合等反應(yīng)制備多種衍生物，是重要的精細(xì)化工原料。熔點28-34 C沸點114-116 C 1mm Hg密度1.243 g/mL at 25 C折射率n20/D 1.562閃點79 C儲存條件2-8C敏感性對光和空氣敏感穩(wěn)定性對光敏感，易吸水第二十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月5-HMF的一些下游轉(zhuǎn)化工藝5-HMF的潛在應(yīng)用第二十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月5-HMF下游產(chǎn)品對石化產(chǎn)品的替代潛力5-HMF的氧化與還原5-HMF的還原與醚化能量密度 30 kJ/cm3能量密度 30.3 kJ

11、/cm3汽油：能量密度 31.1 kJ/cm3；柴油：能量密度 33.6 kJ/cm3；乙醇：能量密度 23.5 kJ/cm3高分子聚合物高分子聚合物第二十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月5-HMF的縮合與精煉制備液態(tài)烷烴航空燃油C8-C16第二十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月乙酰丙酸平臺轉(zhuǎn)化示意路線第三十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 5-HMF具有芳香性結(jié)構(gòu)特點，具有呋喃結(jié)構(gòu)，官能團(tuán)種類較多。2. 5-HMF主要通過六碳糖脫水制得。3. 5-HMF是一種重要的化工中間體（平臺化合物），并不主要作為最終產(chǎn)物。4.以可再生的生物質(zhì)資源生產(chǎn)5-HMF給新型替代

12、能源的開發(fā)提供了參考和發(fā)展方向。第三十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月生活中可能與5-HMF的接觸第三十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 六碳糖轉(zhuǎn)化制呋喃化學(xué)品常見的己糖有D-（+）-葡萄糖、D-（+）-甘露糖、D-（+）-半乳糖和D-（-）-果糖，前三者為醛糖，后者為酮糖。己糖以游離或結(jié)合的形式存在于動植物中。主反應(yīng)六碳糖-3 H2O+ H2OHCOOH+humins腐殖質(zhì)副反應(yīng)副反應(yīng)其他化合物分子量126.11分子量180.16第三十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月5.3.1果糖轉(zhuǎn)化制5-HMF果糖中含6個碳原子，也是一種單糖，它以游離狀態(tài)大量存在于水果

13、的漿汁和蜂蜜中，果糖還能與葡萄糖結(jié)合生成蔗糖。 純凈的果糖為無色晶體，熔點為103105，它不易結(jié)晶，通常為黏稠性液體，易溶于水、乙醇和乙醚。D-果糖是最甜的單糖。sugar-pyranose-pyranose-furanose-furanoseopen-chainFructose2.5%65%6.5%25%0.8%-D-吡喃果糖-D-吡喃果糖-D-呋喃果糖-D-呋喃果糖第三十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖轉(zhuǎn)化制5-HMF的影響因素工藝條件催化劑的選擇反應(yīng)溫度反應(yīng)時間底物濃度溶劑或反應(yīng)體系的選擇加熱方式非水溶劑中含水量的影響第三十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖轉(zhuǎn)

14、化制5-HMF的反應(yīng)溶劑（體系）水極性有機(jī)溶劑水/有機(jī)溶劑雙相體系離子液體超臨界流體第三十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月水作溶劑水是最為廉價和綠色的溶劑，但大量作為溶劑對于果糖（或糖類）脫水轉(zhuǎn)化制5-HMF具有負(fù)面效應(yīng)，因其能抑制果糖的脫水，并造成5-HMF的水解。因此，如果采用水作為果糖轉(zhuǎn)化的溶劑，通常與高溫或其他特殊方式結(jié)合。極性有機(jī)溶劑作反應(yīng)溶劑針對果糖（或糖類）轉(zhuǎn)化制5-HMF的常用溶劑包括：二甲基亞砜（DMSO），N,N-二甲基甲酰胺（DMF），N,N-二甲基乙酰胺（DMA），N-甲基吡咯烷酮（NMP），乙醇，異丙醇等。這些溶劑一方面可能會促進(jìn)脫水反應(yīng)的進(jìn)行，另一方面可能

15、會抑制副反應(yīng)的發(fā)生，但應(yīng)注意醇類可能與5-HMF發(fā)生醚化。第三十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月水/有機(jī)溶劑雙相體系作溶劑水作為溶劑具有諸多優(yōu)點，但對于5-HMF的生成具有抑制作用，而有機(jī)溶劑對于果糖的轉(zhuǎn)化以及5-HMF的穩(wěn)定性具有正面影響作用。因此，有效地將水與有機(jī)溶劑結(jié)合成雙相體系可能具有如下的優(yōu)點：1. 水對于糖類的溶解度大，可解決果糖的溶解問題。2. 水的成本較低，且綠色。3. 由于與水溶液分層，生成的5-HMF將會被萃取到有幾層中，減少在水溶液中發(fā)生副反應(yīng)的可能。4. 分層后的有機(jī)相可以直接分離，并進(jìn)一步對產(chǎn)物提純，減少了產(chǎn)物5-HMF從整個反應(yīng)體系中分離的能耗。第三十八張

16、，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月目前較為常用的雙相體系包括：水/MIBK（甲基異丁酮），水/THF（四氫呋喃），水-DMSO-PVP/MIBK-異丁醇，水-NaCl/THF等。加入鹽的作用是什么？第三十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月James A Dumesic第四十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月離子液體是指全部由離子組成的液體，如高溫下的KCI, KOH呈液體狀態(tài)，此時它們就是離子液體。在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽、有機(jī)離子液體等，目前尚無統(tǒng)一的名稱，但傾向于簡稱離子液體。在離子化合物中，陰陽離子之間的作用力為庫侖力

17、，其大小與陰陽離子的電荷數(shù)量及半徑有關(guān)，離子半徑越大，它們之間的作用力越小，這種離子化合物的熔點就越低。某些離子化合物的陰陽離子體積很大，結(jié)構(gòu)松散，導(dǎo)致它們之間的作用力較低，以至于熔點接近室溫。第四十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月離子液體中常見的陽離子和陰離子第四十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月離子液體無味、不燃，其蒸汽壓極低，因此可用在高真空體系中，同時可減少因揮發(fā)而產(chǎn)生的環(huán)境污染問題；離子液體對有機(jī)和無機(jī)物都有良好的溶解性能，可使反應(yīng)在均相條件下進(jìn)行，同時可減少設(shè)備體積；可操作溫度范圍寬（-40300），具有良好的熱穩(wěn)

18、定性和化學(xué)穩(wěn)定性，易與其它物質(zhì)分離，可以循環(huán)利用；表現(xiàn)出 Lewis、Franklin 酸的酸性，且酸強(qiáng)度可調(diào)。離子液體的優(yōu)點離子液體的缺點成本較高潛在毒性第四十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖在不同離子液體中轉(zhuǎn)化制5-HMF的性能示例第四十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月離子液體在果糖轉(zhuǎn)化為5-HMF反應(yīng)中可能的優(yōu)點：1. 非水性溶劑，為果糖的脫水反應(yīng)提供非水環(huán)境；2. 合適的離子液體具有吸水性，可以將果糖以及5-HMF分子周圍的水分吸走，促進(jìn)果糖的脫水以及減少5-HMF可能發(fā)生的水解；3. 離子液體對于果糖和催化劑的溶解性較好，可均相進(jìn)行反應(yīng)；4. 離子液體經(jīng)過功能

19、化處理，可以同時作為溶劑與催化劑；5. 采用與離子液體不溶的有機(jī)溶劑對產(chǎn)物5-HMF萃取后，離子液體可以重新利用?？赡艿娜秉c：1. 對于原料，產(chǎn)物，催化劑的溶解性較好，分離產(chǎn)物不易；2. 不適當(dāng)?shù)碾x子液體可能是憎水性的，不能溶解原料，對反應(yīng)也不利；3. 離子液體中的少量雜質(zhì)以及均相催化劑很難剔除，因此使用過的離子液體雖可能在萃取產(chǎn)物后繼續(xù)用于果糖轉(zhuǎn)化，但很難提純回收用于其他方面，造成成本上升。第四十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月超臨界流體溫度及壓力均處于臨界點以上的液體。目前應(yīng)用于果糖轉(zhuǎn)化的常見超臨界流體包括：水、丙酮、CO2等。水：Tc= 374.15 oC Pc=22.12 M

20、Pa丙酮： Tc= 235.5 oC Pc=4.72 MPaCO2： Tc= 31 oC Pc=7.4 MPa值得注意的是，水在高溫下會展示出酸性，這也有可能對果糖的轉(zhuǎn)化起到催化作用。第四十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖轉(zhuǎn)化制5-HMF的催化劑果糖脫水制5-HMF的反應(yīng)比較容易進(jìn)行，5-HMF收率一般可達(dá)約70%80%以上。催化劑舉例無機(jī)酸HCl、H2SO4等有機(jī)酸甲酸、馬來酸等酸性樹脂Amberlyst-15等沸石分子篩H-ZSM-5、H-beta等超強(qiáng)固體酸ZrO2/SO42-金屬鹽金屬氯化物、三氟甲磺酸鹽等功能化離子液體酸性離子液體堿堿性離子液體無催化劑-第四十八張，PP

21、T共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖脫水制5-HMF的反應(yīng)多數(shù)情況下是采用酸催化劑，而酸催化劑分為B（Bronsted）酸和L（Lewis）酸，除了有機(jī)酸和無機(jī)酸外，金屬鹽以及其他固體酸的活性位都可能歸入B酸與L酸之列。Bronsted酸堿理論：凡是能夠給出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)都是酸；凡是能夠接受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿Lewis酸堿理論：酸是電子的接受體，堿是電子的給予體。關(guān)于催化劑的使用還應(yīng)注意其用量的影響，以及某些多相催化劑是否可以重復(fù)利用。第四十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月催化劑用量影響果糖轉(zhuǎn)化的示例催化劑循環(huán)利用性能測試示例第五十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月非水溶劑中

22、含水量的影響含水量增加含水量增加DMSO中不含催化劑DMSO中含催化劑果糖脫水轉(zhuǎn)化為5-HMF，理想狀態(tài)下在非水環(huán)境中更為有利。但果糖轉(zhuǎn)化脫水不可避免地在體系中引入水分。一般情況下，水量不大時，對5-HMF產(chǎn)率影響不大，而水量逐漸增加，果糖脫水性能會大幅下降。在催化劑存在時，果糖轉(zhuǎn)化對水量的耐受程度可能會略有提高，甚至少量水的存在可能會抑制某些副反應(yīng)。第五十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月含水量影響果糖轉(zhuǎn)化的示例第五十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的影響反應(yīng)溫度提高，通常會提高反應(yīng)速率，短時間內(nèi)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)率的最大值。但溫度過高，或反應(yīng)時間過長也會造成

23、產(chǎn)物的分解，而體現(xiàn)出產(chǎn)物收率的下降。不同溫度和時間情況下果糖轉(zhuǎn)化的示例第五十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月加熱方式的影響加熱方式傳統(tǒng)式加熱（例如水浴、油浴加熱）非傳統(tǒng)式加熱（例如微波加熱）微波加熱的特點：微波是在被加熱物內(nèi)部產(chǎn)生的，熱源來自物體內(nèi)部，加熱均勻，由于“里外同時加熱”大大縮短了加熱時間，加熱效率高。微波加熱的慣性很小，可以實現(xiàn)溫度升降的快速控制。傳統(tǒng)加熱的特點：憑借加熱周圍的環(huán)境，以熱量的輻射或通過熱空氣對流的方式使物體的表面先得到加熱，然后通過熱傳導(dǎo)傳導(dǎo)物體的內(nèi)部。這種方法效率低，加熱時間長。使用微波加熱，可以使果糖在水溶液中轉(zhuǎn)化，也可在某些非水溶劑中不使用催化劑便將

24、果糖在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化。第五十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月底物濃度的影響根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)中速率常數(shù)的計算，原料濃度越高，反應(yīng)速率將會越高，但存在的問題是將全部底物轉(zhuǎn)化需要的時間可能會延長，并且由于不能快速完全轉(zhuǎn)化，造成轉(zhuǎn)化率下降，原料相互之間，或與產(chǎn)物之間發(fā)生副反應(yīng)而生成大量副產(chǎn)物。主要優(yōu)點：單位體積，單位時間內(nèi)，原料處理量大，產(chǎn)物生成量多，生產(chǎn)成本可降低。主要缺點：產(chǎn)物收率下降，副產(chǎn)物增多，分離提純的成本會上升。底物濃度底物濃度不同底物濃度對果糖轉(zhuǎn)化影響的示例第五十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖轉(zhuǎn)化制5-HMF的最大問題在于：成本第五十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于20

25、22年6月5.3.2 葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-HMF葡萄糖，是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，它是一種多羥基醛。純凈的葡萄糖為無色晶體，有甜味但甜味不如蔗糖(一般人無法嘗到甜味)，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。水溶液旋光向右，故屬于“右旋糖”。葡萄糖在生物學(xué)領(lǐng)域具有重要地位，是活細(xì)胞的能量來源和新陳代謝中間產(chǎn)物，即生物的主要供能物質(zhì)。植物可通過光合作用產(chǎn)生葡萄糖。在糖果制造業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖第五十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月長久以來，葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為5-HMF都是一個難題，這主要是由于葡萄糖主要以六元吡喃環(huán)形

26、式存在，這種結(jié)構(gòu)的化學(xué)性質(zhì)較五元呋喃環(huán)形式穩(wěn)定，不易于轉(zhuǎn)化為5-HMF，這也是造成葡萄糖與果糖轉(zhuǎn)化性能差異的主要原因。sugar-pyranose-pyranose-furanose-furanoseopen-chain果糖2.5%65%6.5%25%0.8%葡萄糖38%62%0.5%0.5%0.002%第五十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-HMF的影響因素工藝條件催化劑的選擇/催化劑的用量反應(yīng)溫度反應(yīng)時間底物濃度溶劑或反應(yīng)體系的選擇加熱方式非水溶劑中含水量的影響第五十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月溶劑或反應(yīng)體系的選擇水極性有機(jī)溶劑水/有機(jī)溶劑雙相體系離子

27、液體超臨界流體與果糖的轉(zhuǎn)化體系基本類似第六十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-HMF的催化劑葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF的突破性進(jìn)展果糖轉(zhuǎn)化葡萄糖轉(zhuǎn)化溶劑：離子液體EMIMCl，催化劑CrClx，100 oC， 3 hZhao et al. Science, 2007, 316: 1597-1600.第六十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF的基本策略：需要經(jīng)過一個兩步串聯(lián)的反應(yīng)果糖葡萄糖同分異構(gòu)體異構(gòu)化脫水直接脫水葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF催化劑的基本要求：1.能夠催化葡萄糖有效地異構(gòu)化為果糖；2.能夠催化果糖轉(zhuǎn)化為5-HMF；3.不能將5-HMF轉(zhuǎn)化

28、為其他產(chǎn)物（這一點根據(jù)實際情況需要而定）。第六十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖異構(gòu)化為果糖的機(jī)理：多為堿催化， Lobry de Bruyn在1895年報道。常用的堿催化劑：NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、水滑石（固體堿）、有機(jī)胺堿催化劑存在的問題：不能有效地催化果糖轉(zhuǎn)化為5-HMF，并且糖類在堿性條件下會發(fā)生大量副反應(yīng)，穩(wěn)定性差。第六十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月金屬催化劑催化葡萄糖異構(gòu)化為果糖的機(jī)理金屬催化劑主要依靠活性金屬中心與葡萄糖的1,2位氧原子發(fā)生作用，并進(jìn)一步實現(xiàn)葡萄糖的異構(gòu)化。注意：不論堿催化劑還是金屬催化劑（Lewis酸）都能夠與葡萄糖和果糖發(fā)生作用，意味著這種異構(gòu)化存在可逆的現(xiàn)象。采用酶催化葡萄糖異構(gòu)化時，在水溶液中反應(yīng)平衡后的比例為50%葡萄糖，42%果糖，8%其他。這意味著果糖的產(chǎn)率可能存在最大值不超過50%。第六十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-HMF的催化劑目前關(guān)于葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-