2007年6月18
这一直是众多化学家努力实现的一个难以实现的目标:用廉价、无污染的可再生植物物质取代原油作为塑料、燃料和许多其他工业和家用化学品的根源。
科学家更接近生物炼制了一大步,本周报告在6月15日出版的《科学》杂志上,他们直接转化糖在自然界中无处不在的这些产品的另一个来源让石油价值,很少的残余杂质,任务艰巨。欧洲杯线上买球
“我们所做的，是其他人无法做到的，是直接将葡萄糖以高产量转化为燃料和聚酯的主要组成部分，”领导该研究的资深作者、科学家Z. Conrad Zhang说太平洋西北国家实验室IIC是美国的一所界面催化研究所。
这种物质叫做HMF，代表羟甲基糠醛。它是一种从葡萄糖和果糖等碳水化合物中提取的化学物质，被认为是一种很有前景的石油基化学品的替代品。
葡萄糖，在植物淀粉和纤维素中，是自然的吗?这是最丰富的糖。“但是从葡萄糖中获得商业上可行的HMF产量是非常具有挑战性的，”张说。“到目前为止，除了产量低之外，我们总是会产生许多不同的副产品，”包括乙酰丙酸，这使得产品净化成本昂贵，与基于石油的化学品相比没有竞争力。
该研究的第一作者、前博士后赵海波和他的同事John Holladay和Heather Brown从葡萄糖中诱导出70%以上的HMF，从果糖中诱导出近90%的HMF，而只留下微量的酸杂质。为了实现这一目标，他们实验了一种新型的非酸性催化系统，该系统含有金属氯化物催化剂，溶剂能够溶解纤维素。
这种被称为离子液体的溶剂能使金属氯化物将糖转化为HMF。离子液体还有一个好处:它可以重复使用，因此不会产生其他将果糖转化为HMF的方法所产生的废水。
金属氯化物属于一种被称为卤化物的离子-液溶性物质，“一般来说，它能很好地将果糖转化为HMF，”张说。欧洲杯足球竞彩但当葡萄糖是初始储备时就不太好了。事实上，直接转化葡萄糖会产生很多杂质，所以从果糖开始比较简单，因为自然界中果糖的含量比葡萄糖低。
张先生和他的团队,使用高通量反应堆能够测试96金属卤化物催化剂在不同的温度,发现一个特定的金属“氯化铬”是迄今为止最有效的将葡萄糖转化为与一些杂质和羟甲基糠醛,就这样的反应,在较低的温度下,100摄氏度。
“在我看来，这是可再生能源领域的重大科学突破，”IIC主任j·m·怀特欧洲杯线上买球(J.M. White)说，他也是德克萨斯大学(University of Texas)材料化学教授罗伯特·a·韦尔奇(Robert A. Welch)。欧洲杯足球竞彩“这项工作为新型溶剂的基础催化科学开辟了道路。”欧洲杯线上买球
其中的化学作用在很大程度上仍然是一个谜，张说，但他怀疑金属氯催化剂是在一个原子交换阶段起作用的，糖分子经过一个叫做“变旋转”的原子交换阶段，在这个阶段H(氢)和OH(羟基)交换位置。
允许催化转化的氢-羟基位置开关由位于PNNL的美国能源部国家科学用户设施William R. Wiley环境分子科学实验室进行的核磁共振验证。欧洲杯线上买球在交换过程中，分子打开，张说。
“关键是利用开放形式进行氢化物转移，葡萄糖通过氢化物转化为果糖。”
Zhang的下一步是对离子溶剂和金属卤化物组合进行改进，看看他能否在降低分离和提纯成本的同时提高葡萄糖的HMF产量。
“机会无穷无尽，”张说，“双方的化学反应也开始变得有趣起来。”