生物基2,5-呋喃二甲酸聚酯的研究进展

2,5-呋喃二甲酸聚酯是以生物质平台化合物2,5-呋喃二甲酸为主要单体的生物基聚酯。该文主要介绍2,5-呋喃二甲酸聚酯的研究进展,对2,5-呋喃二甲酸聚酯的性能、合成方法、合成用催化剂及其共聚改性研究进行对比分析和讨论。2,5-呋喃二甲酸聚酯的玻璃化转变温度、热稳定性、杨氏模量和抗拉强度与对苯二甲酸聚酯的相应性能接近。同时,2,5-呋喃二甲酸聚酯及其共聚物对CO_2、O_2和H_2O的阻隔性能优于对苯二甲酸聚酯,在许多领域是聚酯PET等材料的潜在替代物,受到了业界的广泛重视。然而,较低的断裂伸长率是2,5-呋喃二甲酸聚酯应用的瓶颈问题。共聚改性是改善2,5-呋喃二甲酸聚酯力学性能的有效方法之一,已有的共聚改性单体在改善2,5-呋喃二甲酸聚酯的断裂伸长率时使共聚物的杨氏模量和玻璃化转变温度大幅下降,合成具有较高断裂伸长率、较高杨氏模量和较高玻璃化转变温度的2,5-呋喃二甲酸聚合物是国内外学者亟待解决的难题,也是2,5-呋喃二甲酸聚酯共聚改性领域的重要研究方向。     

生物基2,5-呋喃二甲酸及其聚酯合成研究进展

如何通过高效、廉价的方法制备2,5–呋喃二甲酸(2,5-FDCA)及其聚合物已成为近几年的研究热点。重点介绍了2,5-FDCA的合成路线、聚2,5–呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)及其共聚酯的研究进展,并对其进行了分析。分析结果表明,目前2,5-FDCA的合成以5–羟甲基糠醛(HMF)氧化路线为主,其中催化剂采用贵金属,价格比较昂贵,建议对高效低价的新型催化剂体系进行开发。另外,为提高材料的各种性能,研究FDCA基聚酯改性的高性能产品,对经济、社会发展有着重大应用价值。     

过渡金属催化5-羟甲基糠醛合成2,5-呋喃二甲酸研究进展

随着绿色合成理念的不断提升,以具有高催化活性、高稳定性及价格低廉等优势的过渡金属催化剂代替强氧化剂和贵金属催化剂催化氧化5-羟甲基糠醛(HMF)制备精细化学品,逐渐成为研究者关注的焦点。本文综述了近年来廉价过渡金属基催化剂用于催化HMF氧化制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的相关研究,对该领域的最新研究进行了叙述,重点介绍了锰基、铜基、铁/钴基、镍基及其他催化体系在HMF氧化反应中的应用,主要包括锰基金属氧化物、CuCl_(2)催化体系、Fe_(3)O_(4)-CoO_(x)的磁性催化体系等。此外,在介绍上述催化剂的基础上,还对廉价过渡金属基催化剂催化HMF氧化制备FDCA的发展前景进行了展望。     

从生物质衍生原料到2,5-呋喃二甲酸产品的合成研究进展

2,5-呋喃二甲酸（2,5-FDCA）作为呋喃的衍生物,是一种具有良好稳定性和高附加值的生物基平台化合 物,在聚酯、聚酰胺、聚氨酯、热固性材料和塑化剂等众多领域都得到了广泛应用,如何绿色高效地制备 2,5-FDCA是近年来的研究重点。本文综述了以5-羟甲基糠醛（HMF）、糠酸、己糖二酸等生物质衍生原料合成 2,5-FDCA的方法及特点。己糖二酸等其他路线产率较低,不利于工业化的发展。HMF路线与之相比具有产率高和副产物少的优势,但由于原料来源与食品行业相冲突且生产成本较高,所以利用不可食用的生物质衍生原料糠酸低成本合成目标产物将成为未来可持续发展的重要研究方向。在此基础上,本文通过对比糠酸各路线的优缺点后发现,CO{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}促进的糠酸羧基化合成方法无需反应溶剂,催化剂组分简单可再生,这些都有利于低成本合成产品。且由于工艺流程简单,产物选择性和收率高,糠酸羧基化方法将成为绿色大规模生产2,5-FDCA极具潜力的路线。     

2,5-呋喃二甲酸的合成

以糠酸为原料,经过酯化、氯甲基化、水解、氧化得到2,5-呋喃二甲酸,并对各步反应中的工艺参数进行了优化。优化结果:酯化反应时间为10 h,氯甲基化反应温度为35～40℃,水解反应原料摩尔比为n(氢氧化钠)∶n(5-氯甲基-2-呋喃甲酸甲酯)=2.1∶1,氧化反应体系pH=7～8,反应总收率47.5%。按该工艺顺利完成了3次20 L扩试反应,平均收率可达47.3%,产品HPLC纯度大于99.4%。     

生物基聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯的合成技术及应用现状

综述了生物基聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)的合成技术,分析了各种合成方法的优缺点,介绍了PEF的应用现状,并对PEF的合成技术产业化及应用前景进行了展望。PEF的合成技术主要包括溶液缩聚法、熔融缩聚法、熔融-固相缩聚法及开环缩聚法,其中熔融缩聚法由于效率高、耗能少、用时短、过程稳定等优势应用最广泛,熔融缩聚法又可分为直接酯化-熔融缩聚法和酯交换-熔融缩聚法,这两种技术路线比较适合PEF的工业化生产。PEF在力学性能、耐高温性、阻气性等方面均优于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),主要应用在饮料瓶、薄膜等包装材料及纺织品等领域。在PEF的合成技术研究方面,直接酯化-熔融缩聚法将成为合成PEF的主流方法,今后应进一步制备出低成本催化剂、注重反应过程中催化剂的选择、抑制副反应发生、提高PEF的相对分子质量;在PEF的性能及应用方面,通过各种改性技术的不断研发,PEF有望替代PET在食品包装、纺织品、电子及汽车等领域广泛应用。     

5-羟甲基糠醛无碱有氧氧化合成2,5-呋喃二甲酸负载型贵金属催化剂的研究进展

将生物质平台分子5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural,HMF）高效、绿色地催化转化为更高附加值的2,5-呋喃二甲酸（2,5-furandicarboxylic acid,FDCA）已经成为目前生物质能源转化领域的研究热点。碱性载体负载贵金属催化剂用于HMF无碱氧化为FDCA已经得到广泛研究,并取得了一系列成果。本文综述了水滑石、羟基磷灰石、碳材料、金属氧化物等不同载体负载的贵金属催化剂用于HMF无碱氧化为FDCA的最新进展,详细介绍了各类催化剂的结构性质、催化反应参数及催化活性,重点讨论了催化剂与催化反应的构效关系及催化反应机理等研究工作。最后,指出了今后在HMF转化为FDCA的研究工作中负载型贵金属催化剂的设计开发及机理探究等方面的努力方向。     

非贵金属催化剂催化氧化5-羟甲基糠醛合成2,5-呋喃二甲酸的研究进展

由生物质平台化合物5-羟甲基糠醛(5-HMF)氧化获得的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是一类具有广阔应用前景的新型生物基单体,能代替对苯二甲酸生产可降解且性能优良的生物基聚酯.非贵金属催化剂由于价格相对低廉、资源丰富,被广泛用于5-HMF合成FDCA.本文对近年来应用于该反应的非贵金属单一氧化物和非贵金属复合氧化物进行...     

高锰酸钾法制备2,5-呋喃二甲酸

探索了以5-羟甲基糠醛为原料,用高锰酸钾法氧化制备标题化合物.以126 mg(1 mmol)5-羟甲基糠醛为定量,考察了高锰酸钾用量、碱溶液的浓度和反应时间对反应的影响.当高锰酸钾用量为379.2 mg(2.4 mmol),碱溶液的浓度为2.2 mol/L,反应时间为10 min时,得到标题化合物收率为76.3%.研究...     

5-羟甲基糠醛及糖类定向转化制备2,5-呋喃二甲酸的研究进展

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是重要的生物质基平台化学品,具有与重要化工原料对苯二甲酸(PTA)相同的官能团和相似的芳香性,完全可以代替PTA制备绿色环保且可再生的高性能聚合物产品.生物质基5-羟甲基糠醛(HMF)是制备FDCA的最佳原料.该文综述了近十年来HMF定向氧化制备FDCA的方法,如"直接氧化法"、"贵金属催...     

Efficient base-free oxidation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid over copper-doped manganese oxide nanorods with tert-butanol as solvent

2,5-Furandicarboxylic acid (FDCA) is an important and renewable building block and can serve as an alternative to terephthalic acid in the production of bio-based degradable plastic. In this study, Cu-doped MnO₂ nanorods were prepared by a facile hydrothermal redox method and employed as catalysts for the selective oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to FDCA using tert-butyl hydroperoxide (TBHP) as an oxidant. The catalysts were characterized using X-ray diffraction analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and transmission electron microscopy. The effects of oxidants, solvents, and reaction conditions on the oxidation of HMF were investigated, and a reaction mechanism was proposed. Experimental results demonstrated that 99.4% conversion of HMF and 96.3% selectivity of FDCA were obtained under suitable conditions, and tert-butanol was the most suitable solvent when TBHP was used as an oxidant. More importantly, the Cu-doped MnO₂ catalyst can maintain durable catalytic activity after being recycled for more than ten times.     

The effect of annealing on tensile properties of injection molded biopolyesters based on 2,5-furandicarboxylic acid

In this study, we investigate four polyesters based on 2,5-furandicarboxylic acid and different diols including 1,2-ethylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butylene glycol, and 1,6-hexylene glycol. Poly(ethylene 2,5-furanoate), poly(propylene 2,5-furanoate), poly(butylene 2,5-furanoate), and poly(hexylene 2,5-furanoate) (PHF) were characterized by thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, differential scanning calorimeter, and tensile tests. In addition, the influence of annealing polyesters on their thermal and mechanical properties was investigated. For these reasons samples for the tensile test were prepared by injection molding. The tensile properties of injection molded samples were compared with samples that were additionally annealed after injection molding. All studied polyesters after heating treatment showed multiple melting behavior. The increase in the degree of crystallinity significantly influenced also the mechanical properties of the samples. It was found that the length of the aliphatic chain and degree of crystallinity plays a major role in the final properties of furan-based polyesters.     

半乳糖二酸催化脱水环合制备2,5-呋喃二甲酸工艺及动力学

2,5-呋喃二甲酸(2,5-FDCA)是生物质基的平台化合物之一,在聚合物领域有广泛的应用前景。针对半乳糖二酸脱水环合制备2,5-FDCA存在的收率低、动力学数据缺乏等问题,在催化剂和溶剂筛选的基础上,开展了半乳糖二酸制备2,5-FDCA的工艺优化,得到了较佳的工艺条件为15%(质量)硫酸催化、环丁砜为溶剂、130℃下反应16 h,此时2,5-FDCA收率为49.1%。测定了不同硫酸浓度和不同温度下半乳糖二酸脱水环合制备2,5-FDCA反应动力学数据,采用一级反应动力学拟合得到了15%(质量)硫酸催化下半乳糖二酸降解反应活化能为54.4 kJ/mol、2,5-FDCA生成活化能为57.8 kJ/mol、其他副反应的活化能为50.7 kJ/mol、2,5-FDCA进一步降解反应的活化能为130.6 kJ/mol。研究工作对己糖二酸路线制备2,5-FDCA工业化进程有一定的推动作用。     

5-羟甲基糠醛催化氢化制备2,5-呋喃二甲醇的研究进展

2,5-呋喃二甲醇（BHMF）在合成树脂、药物等方面具有重要应用。随着化石资源的日益缩减,由可再生的生物质基平台分子5-羟甲基糠醛（HMF）催化制备BHMF引起人们的广泛关注。本文在总结了HMF及BHMF物化性质的基础上,介绍了HMF在分子氢、醇类、甲酸3种不同的氢供体中催化加氢制备BHMF的研究近况,总结了贵金属、非贵金属、双金属或多金属协同催化体系在该加氢反应中的应用进展,同时分析了反应过程中温度、时间、催化剂载体、反应溶剂种类及酸值等因素对HMF转化率及BHMF得率的影响。最后对HMF催化转化制备BHMF的研究前景进行了总结和展望,提出了使用醇类代替氢气作为氢供体,开发非贵金属及金属协同催化体系将是该选择性氢化反应的重要研究方向之一。     

催化合成典型5-羟甲基糠醛衍生物的研究进展

作为重要的生物基平台化合物之一, 5-羟甲基糠醛(HMF)可通过可再生的生物质碳水化合物脱水制备, 已获得广泛关注, HMF可以催化合成一系列重要的有机化工中间体, 这逐渐成为研究热点。本文综述了5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲酰基呋喃(DFF)、2,5-呋喃二甲酸(FDCA)和1,6-己二醇(HDO)三种典型HMF衍生物的研究进展, 并着重分析了HMF选择氧化制备DFF和FDCA的催化体系。介绍了该三种重要有机化工中间体的相关应用, 分析其制备过程中的问题与难点, 对其今后的研究方向提供了建议, 并指出目前HMF未大规模工业生产导致其价格昂贵, 是制约下游产品发展的重要因素。采用生物质为原料, 通过5-羟甲基糠醛催化合成下游有机化工产品的研究具有广阔的前景。