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从生物质生产用于制造聚氨酯和聚酯塑料的塑料前体

时间:2018-05-29来源:未知 点击:

美国威斯康星大学麦迪逊分校化学和生物工程师 组成的团队于2017 年4 月10日宣布,开发了新的化学 途径,可从生物质生产化合物1,5-戊二醇(1,5-PD), 它是主要用于制造聚氨酯和聚酯塑料的塑料前体。 由乔治· 胡贝尔教授等开发的高效方法相比此前 报道的方法[四氢糠醇(THFA)直接氢解]成本更 低,代表了从生物质生产1,5-PD第一个经济可行的方 式。相关工作论文已发表在ChemSusChem期刊上。 经过脱水/水合、开环互变异构化和加氢反应,从 糠醛合成1,5-PD的过程产率为84%。尽管这个过程比 传统的THFA直接氢解反应步骤多,但从技术经济分 析,这一过程是合成生物可再生1,5-PD经济上的首选 路线。

2-羟基四氢吡喃(2-HY-THP)是反应路径的关键 中间物,可降低1,5-PD的最低销售价格。借助于双金 属氢解催化剂,2-HY-THP的反应性是THFA的80 倍。 这种增强效果是开环互变异构化生成5-羟基戊醛的结 果,随后加氢生成1,5-PD。

糠醛首先被加氢成为THFA,然后在气相脱水生成 二氢吡喃(DHP),产率为87%。DHP之后在水相(质 量分数为20% DHP的水溶液)中水合成为2-HY-THP 和2-HY-THP二聚体,产率高达100%,无需催化剂, 在70 ~ 130℃条件下进行。2-HY-THP是一个环状的半 缩醛,在水相经开环互变异构化形成5-HY-Val。 在2-HY-THP单体和二聚体存在的情况下,5-HYVal 的加氢采用Ru催化剂,可使从DHP到1,5-PD的总 产率达97%。研究人员将该路径称为脱水、水合和加 氢(DHH)路径。

植物生物质通常按重量含有约40%的氧,而石油 含有小于0.1%的氧。该方法使用生物质中固有的氧用 于生产高价值的含氧商业化学品,它们可用于制造聚 氨酯和聚酯等功能性高分子材料。

该项研究的基础性发现,是化工生产的新途径,有 望用于生产更广范围的产品。例如,同样的途径有望用 于生产其他两个塑料前体,即1,4-丁二醇和1,6-己二醇, 它们现在来源于石油,两者每年有超过60亿美元的市场。