Direct Production of 5‐Hydroxymethylfurfural via Catalytic Conversion of Simple and Complex Sugars over Phosphated TiO2

纤维素 化学 纤维二糖 催化作用 产量(工程) 解聚 淀粉 果糖 蔗糖 有机化学 结晶度 核化学 高分子化学 材料科学 纤维素酶 冶金 结晶学
作者
Luqman Atanda,Abhijit Shrotri,Swathi Mukundan,Qing Ma,Muxina Konarova,Jorge Beltramini
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:8 (17): 2907-2916 被引量:92
标识
DOI:10.1002/cssc.201500395
摘要

Abstract A water–THF biphasic system containing N ‐methyl‐2‐pyrrolidone (NMP) was found to enable the efficient synthesis of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) from a variety of sugars (simple to complex) using phosphated TiO 2 as a catalyst. Fructose and glucose were selectively converted to HMF resulting in 98 % and 90 % yield, respectively, at 175 °C. Cellobiose and sucrose also gave rise to high HMF yields of 94 % and 98 %, respectively, at 180 °C. Other sugar variants such as starch (potato and rice) and cellulose were also investigated. The yields of HMF from starch (80–85 %) were high, whereas cellulose resulted in a modest yield of 33 %. Direct transformation of cellulose to HMF in significant yield (86 %) was assisted by mechanocatalytic depolymerization—ball milling of acid‐impregnated cellulose. This effectively reduced cellulose crystallinity and particle size, forming soluble cello‐oligomers; this is responsible for the enhanced substrate–catalytic sites contact and subsequent rate of HMF formation. During catalyst recyclability, P–TiO 2 was observed to be reusable for four cycles without any loss in activity. We also investigated the conversion of the cello‐oligomers to HMF in a continuous flow reactor. Good HMF yield (53 %) was achieved using a water–methyl isobutyl ketone+NMP biphasic system.

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