乙酰丙酸化学与技术

本书较为全面系统地介绍了生物质基乙酰丙酸及其关联平台化合物(包括5-羟甲基糠醛、糠醛及糠醇)化学与技术很新进展，包括其催化制备体系及其在化学品、材料和能源领域广泛的潜在应用。全书共八章，包括乙酰丙酸生产的意义与前景、纤维素的酸水解化学、乙酰丙酸合成途径与技术、乙酰丙酸酯合成途径与技术、生物质转化乙酰丙酸的中间产物即糠醛与糠醇化学以及5-羟甲基糠醛化学、乙酰丙酸(酯)合成新型平台分子γ-戊内酯、乙酰丙酸及其中间产物转化合成含氮化合物等。

   前言

第一章 乙酰丙酸生产的意义与前景 1

第一节 基于生物炼制的生物质资源利用途径 1

一、生物质资源利用的必要性 1

二、生物炼制概念的提出 3

三、生物炼制技术及其产品的发展现状 5

第二节 基于乙酰丙酸的生物炼制 9

一、乙酰丙酸的理化性质 9

二、乙酰丙酸作为平台化合物的前景 11

参考文献 13

第二章 纤维素的酸水解化学 15

第一节 生物质酸水解及转化概述 15

第二节 生物质酸水解化学技术 17

一、无机酸水解 17

二、有机酸水解 25

三、固体酸水解 29

四、亚临界和超临界水解 43

五、酸水解溶剂体系 44

第三节 生物质纤维酸水解机制 46

一、纤维素酸水解机理 46

二、纤维素水解过程中的结构变化 48

第四节 生物质纤维酸水解动力学 58

一、纤维素水解动力学模型与影响因素 58

二、纤维素酸水解动力学 58

三、半纤维素水解动力学 62

第五节 生物质纤维水解过程中葡萄糖的化学行为 64

一、葡萄糖在甲酸体系中的水解 64

二、葡萄糖在甲酸体系中的主要降解途径分析 66

三、葡萄糖在含4%盐酸的甲酸溶液中的降解动力学 71

参考文献 74

第三章 乙酰丙酸合成途径与技术 86

第一节 纤维素及葡萄糖酸水解制备乙酰丙酸反应机理与动力学 86

第二节 催化转化己糖制备乙酰丙酸 91

一、均相水体系中制备乙酰丙酸 91

二、固体酸催化制备乙酰丙酸 94

三、均相和非均相催化剂在有机溶剂中催化制备乙酰丙酸 97

第三节 纤维素和生物质原料直接水解转化制备乙酰丙酸 99

一、无机酸和金属水相中催化制备乙酰丙酸 99

二、固体酸水相中催化制备乙酰丙酸 102

三、单相有机溶剂中制备乙酰丙酸 103

四、在双相溶剂体系和离子液体中制备乙酰丙酸 104

五、糠醇转化为乙酰丙酸的工艺技术 105

第四节 生物质制备乙酰丙酸的中试及其工业生产化前景 107

一、乙酰丙酸的分离提纯 107

二、乙酰丙酸制备的中试及工业化生产 109

参考文献 112

第四章 乙酰丙酸酯合成途径与技术 119

第一节 乙酰丙酸酯的性质与应用 119

第二节 糖类化合物醇解合成乙酰丙酸酯 121

一、反应过程机理 121

二、催化合成技术 122

第三节 纤维素直接醇解合成乙酰丙酸酯 127

一、反应机理 127

二、催化合成技术 127

第四节 生物质经乙酰丙酸酯化合成乙酰丙酸酯 131

一、合成路线 131

二、乙酰丙酸的酯化 132

第五节 生物质经糠醇醇解合成乙酰丙酸酯 133

一、合成路线 133

二、反应机理 134

三、催化合成技术 136

第六节 生物质经糠醛转化合成乙酰丙酸酯 142

一、合成路线 142

二、催化合成技术 142

第七节 生物质经5-氯甲基糠醛转化合成乙酰丙酸酯 144

一、合成路线 144

二、5-氯甲基糠醛的制备 144

三、5-氯甲基糠醛的醇解 145

参考文献 145

第五章 生物质转化乙酰丙酸中间产物——糠醛与糠醇化学 150

第一节 半纤维素组分水解转化糠醛的途径及进展 150

一、糠醛的制备途径及合成机制 150

二、糠醛的生产工艺 153

第二节 糠醛加氢合成糠醇的途径及进展 165

一、糠醛氢化还原产生糠醇的机制 165

二、糠醛液相加氢合成糠醇及其催化剂的研究进展 167

三、糠醛气相加氢合成糠醇及其催化剂的研究进展 178

第三节 糠醛与糠醇的应用 182

一、在食品方面的应用 183

二、在农药领域的应用 183

三、在医药方面的应用 184

四、在有机溶剂方面的应用 184

五、在合成树脂方面的应用 184

参考文献 184

第六章 生物质转化乙酰丙酸中间产物——5-羟甲基糠醛化学 192

第一节 5-羟甲基糠醛合成的催化反应体系 192

一、无机酸催化剂 192

二、金属氯化物催化剂 193

三、离子液体催化剂 195

四、杂多酸催化剂 195

五、固体超强酸催化剂 197

六、酸性离子交换树脂催化剂 198

七、分子筛催化剂 200

八、碳基固体酸催化剂 202

第二节 5-羟甲基糠醛合成的溶剂体系 203

一、单相溶剂 204

二、双相溶剂 204

三、离子液体溶剂 205

四、低共熔溶剂 206

第三节 5-羟甲基糠醛合成的其他影响因素 207

一、反应温度 207

二、反应时间 207

三、加热方式 208

四、催化剂用量 208

五、底物浓度 208

六、水分含量 209

七、助溶剂 209

八、萃取方法 209

第四节 5-羟甲基糠醛转化产物的研究进展 210

一、2，5-二甲基呋喃 210

二、5-乙氧基甲基糠醛 214

三、1，6-己二醇 216

四、2，5-呋喃二甲醛 221

五、2，5-呋喃二甲酸 224

参考文献 226

第七章 乙酰丙酸(酯)合成新型平台分子γ-戊内酯 239

第一节 乙酰丙酸(酯)加氢合成γ-戊内酯的研究进展 240

一、H2作为外部氢源 240

二、甲酸作为原位氢源 246

三、醇类作为原位氢源 248

第二节 γ-戊内酯的应用研究进展 253

一、γ-戊内酯作为反应溶剂 253

二、γ-戊内酯合成液体烃类燃料 255

三、γ-戊内酯合成聚合材料 257

四、γ-戊内酯合成碳基化学品 258

参考文献 261

第八章 乙酰丙酸及其中间产物转化合成含氮化合物 269

第一节 5-羟甲基糠醛合成含氮化合物的研究进展 269

一、5-羟甲基糠醛合成含氮化合物 269

二、5-氯甲基糠醛合成含氮化合物 273

第二节 5-羟甲基糠醛还原氨化制备氨甲基呋喃类化合物 274

一、5-氨甲基-2-呋喃甲醇类化合物的制备与应用 275

二、5-[(二甲氨基)甲基]-2-呋喃甲醇的制备 280

三、2， 5-二氨甲基呋喃的制备与应用 281

第三节 乙酰丙酸还原制备含氮化合物 284

一、乙酰丙酸制备吡咯烷酮类化合物 284

二、乙酰丙酸还原氨化制备4-二甲氨基戊酸 289

第四节 乙酰丙酸衍生物5-氨基乙酰丙酸的合成 290

一、化学合成法 290

二、生物合成方法 294

第五节 5-氨基乙酰丙酸的应用 297

一、在农业上的应用 297

二、在医药上的应用 299

参考文献 300

附表 缩写表 312