該研究聚焦于從生物質(zhì)中合成生物基分子，以提供一種對(duì)石化衍生產(chǎn)品可持續(xù)的替代方案。5-羥甲基糠醛（HMF）作為從生物質(zhì)中獲取的高附加值化學(xué)品，在燃料添加劑、聚合物及工業(yè)化學(xué)品合成中具有重要應(yīng)用。然而，HMF 的生產(chǎn)面臨諸多挑戰(zhàn)，如副產(chǎn)品形成會(huì)降低產(chǎn)率和選擇性。為解決這些問題，研究者們開發(fā)了雙相間歇釜式反應(yīng)工藝或連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)，抑制不需要的副產(chǎn)品的形成。本文則進(jìn)一步探索了在連續(xù)流動(dòng)微反應(yīng)器中使用萜類和萜類化合物作為溶劑，實(shí)現(xiàn)從葡萄糖到 HMF 的高效轉(zhuǎn)化，這不僅響應(yīng)了對(duì)可持續(xù)化學(xué)工藝的迫切需求，還可能為生物質(zhì)基化學(xué)品的生產(chǎn)開辟新的途徑。

該研究旨在探討將微反應(yīng)器與雙相體系相結(jié)合，利用AlCl?和HCl從葡萄糖連續(xù)生產(chǎn)HMF的潛力。為此，我們測(cè)試了三種溶劑：甲基異丁基酮（MIBK，一種經(jīng)典溶劑）、香芹酚以及香芹酚：百里酚混合物。這三種溶劑是根據(jù)COSMO-RS方法，基于它們?cè)贖MF無限稀釋條件下的活度系數(shù)以及相對(duì)較低的粘度和熔點(diǎn)等理化性質(zhì)篩選出來的，這些性質(zhì)使其更適合在微反應(yīng)器中使用。

在連續(xù)流動(dòng)微反應(yīng)器（圖1）中，以HCl和AlCl?為催化劑，進(jìn)行葡萄糖轉(zhuǎn)化為HMF的反應(yīng)。首先，進(jìn)行單相水相實(shí)驗(yàn)，評(píng)估溫度（140~180 °C）的影響，AlCl?和HCl的濃度固定為40 mM。在此階段，停留時(shí)間（τ）在2~12 min之間變化。隨后，基于COSMO-RS模擬結(jié)果，在先前研究的條件下進(jìn)行雙相實(shí)驗(yàn)，以考察溶劑對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化為HMF的影響。此外，利用優(yōu)化的反應(yīng)萃取體系，分析了路易斯酸/布朗斯臺(tái)德酸催化劑比例（AlCl?/HCl，0.5~2）的影響。

圖 1. 葡萄糖連續(xù)雙相合成 HMF 的毛細(xì)管微反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。

該研究證明了將萜類化合物基溶劑與AlCl3/HCl催化劑相結(jié)合，在連續(xù)流動(dòng)微反應(yīng)器中可持續(xù)高效生產(chǎn)HMF的可行性。這一成果不僅為HMF的生產(chǎn)提供了新的思路，也為生物質(zhì)基化學(xué)品的綠色生產(chǎn)樹立了典范。未來的研究方向可能包括進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件以提高HMF產(chǎn)率、降低成本，以及探索新型催化劑和溶劑體系以增強(qiáng)反應(yīng)的選擇性和效率。此外，將該技術(shù)擴(kuò)展到大規(guī)模生產(chǎn)也是一個(gè)值得期待的方向，以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。

Green production of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in biphasic continuous microreactor using terpenoid-based solvents（2025）

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164077