遷移金属酸化物によるキシロース水溶液からのフルフラール合成

使用过渡金属氧化物从木糖水溶液合成糠醛

• 批准号: 13J08061
• 负责人: 野間 遼平
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08061/
• 关键词: 水中機能ルイス酸触媒; HMF; フルフラール; 酸化チタン; 遷移金属酸化物; 糖類変換反応

酸化チタン触媒を用いたグルコースからの5-ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)合成反応における反応メカニズムの解析を行った．グルコースは植物中に含まれるセルロースやヘミセルロースから加水分解によって得られる6炭糖で，エンジニアリングプラスチックなど様々な化学品原料となるHMFへ変換することができる．当研究室ではグルコースからのHMF合成反応において酸化チタン触媒が，高効率に反応を促進する事を報告した．本反応は一般にグルコースからフルクトースへのルイス酸触媒による異性化とブレンステッド酸触媒による脱水によってHMFが生成する経路が報告されているが，酸化チタン触媒は反応溶液中に含まれるフルクトースが少なく，フルクトースを経由する経路に疑問があった．そこで，同位体交換したグルコースを用いて反応後のHMFを2H NMRによって定性し，反応経路の検討を行った．その結果，酸化チタン触媒はフルクトースを経由せず，脱水反応によって反応が進行することを明らかにした．本検討内容は，国内外の学会でも発表され，論文誌の「The Journal of Physical Chemistry C」に掲載された．さらに，キシロース水溶液からのフルフラール合成反応の検討も行った．キシロースは植物から得られる5炭糖で，HMFと同様に化学品原料としての利用が期待されている．本反応はルイス酸触媒とブレンステッド酸触媒によって促進されることが報告され，有機溶媒や均一系触媒が用いられる．しかし，有機溶媒や均一系触媒はフルフラールとの分離にエネルギーがかかることが課題である．そこで，グルコースからのHMF合成反応を促進した不均一系の酸化チタン触媒を本反応に用い，検討を行った．酸化チタン触媒は本反応を水中で高効率に進行させることを明らかにした．本検討内容は，国内外の学会で発表された．

我们使用氧化钛催化剂分析了5-羟基甲基毛状（HMF）合成反应的反应机理。葡萄糖是通过纤维素和植物中包含的半纤维素水解获得的六碳糖，可以转化为HMF，这是一种用于工程塑料等各种化学物质的原料。我们的实验室报告说，氧化钛催化剂促进了葡萄糖HMF合成反应效率高的反应。在这一反应中，据报道，HMF通过刘易斯酸催化的异构化产生的途径从葡萄糖到果糖和brönsted酸催化的脱水，但是氧化钛催化剂在反应溶液中含有较少的果糖，并且是通过果糖的途径的问题。因此，使用同位素交换的葡萄糖通过2H NMR定性地进行反应后的HMF，并研究了反应路径。结果，可以发现氧化钛催化剂不会通过果糖，并且反应通过脱水而发展。这项研究还在日本和国外的学术会议上发表，并发表在《物理化学杂志》杂志上。此外，我们还研究了对木糖水溶液中呋喃的反应的反应。木糖是从植物中获得的5碳糖，预计将用作化学原料，就像HMF一样。据报道，这种反应是由刘易斯酸催化剂和勃氏酸催化剂促进的，并且使用了有机溶剂和均匀的催化剂。但是，问题在于有机溶剂和均匀的催化剂需要能量与呋喃分离。因此，我们研究了促进葡萄糖HMF合成反应的异质氧化钛催化剂。已经表明，氧化钛催化剂允许这种反应以高效率在水中进行。这项研究的内容在日本和国外的学术会议上介绍。

项目成果

Reaction Mechanism for HMF Production from Glucose Aqueous Solution over Phosphate/TiO2

磷酸盐/TiO2 葡萄糖水溶液生产 HMF 的反应机理

• 发表时间: 2014
• 作者: Ryouhei Noma;Kiyotaka Nakajima;Keigo Kamata;Masaaki Kitano;Shigenobu Hayashi;Michikazu Hara
• 通讯作者: Michikazu Hara

リン酸処理チタン触媒を用いた水溶液中での糖からのフラン類合成

使用磷酸处理的钛催化剂从糖在水溶液中合成呋喃

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryouhei Noma;Kiyotaka Nakajima;Keigo Kamata;Masaaki Kitano;Shigenobu Hayashi;Michikazu Hara;野間遼平，中島清隆，鎌田慶吾，北野政明，林繁信，原亨和
• 通讯作者: 野間遼平，中島清隆，鎌田慶吾，北野政明，林繁信，原亨和

Reaction Mechanism for HMF Production from Glucose over Phosphate/TiO2 Catalyst in Water

磷酸盐/TiO2 催化剂在水中葡萄糖生产 HMF 的反应机理

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryouhei Noma;Kiyotaka Nakajima;Keigo Kamata;Masaaki Kitano;Shigenobu Hayashi;Michikazu Hara
• 通讯作者: Michikazu Hara

固体ルイス酸によるキシロース水溶液からのフルフラール合成

使用固体路易斯酸从木糖水溶液合成糠醛

• 发表时间: 2014
• 作者: 野間遼平;中島清隆;北野政明;原亨和
• 通讯作者: 原亨和

前周期遷移金属酸化物触媒を用いた水溶液中でのキシロースからのフルフラール合成

使用早期过渡金属氧化物催化剂在水溶液中从木糖合成糠醛

• 发表时间: 2014
• 作者: Takahashi T;Sato T;Aizaki H;Guo N;Nakasima Y;et al.;野間遼平，中島清隆，鎌田慶吾，北野政明，林繁信，原亨和
• 通讯作者: 野間遼平，中島清隆，鎌田慶吾，北野政明，林繁信，原亨和