One-pot conversion of glucose to 5-hydroxymethylfurfural under aqueous conditions using acid/base bifunctional mesoporous silica catalyst

化学 双功能 催化作用 异构化 羟甲基糠醛 果糖 水溶液 产量(工程) 反应速率常数 乙酰丙酸 木质纤维素生物量 双功能催化剂 有机化学 溶剂 生物量(生态学) 介孔材料 脱水 发酵 动力学 生物化学 材料科学 物理 海洋学 糠醛 量子力学 冶金 地质学
作者
Arindam Modak,Akshay R. Mankar,R.R. Sonde,Kamal Kishore Pant
出处
期刊:Renewable Energy [Elsevier BV]
卷期号:212: 97-110 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.renene.2023.05.058
摘要

One-pot conversion of carbohydrate-derived biomass compounds to 5-hydroxymethylfurfural (HMF) using an environmentally green solvent such as water is meritorious, yet challenging, which requires the strategic design of catalysts. We prepare an ordered bifunctional organocatalyst (MS-AB) containing 3-aminopropylacetic acid grafted within the silica nanocage that converts glucose-to-HMF, exhibiting the highest HMF yield (60 wt%/85.7 mol%) in water and under microwave conditions. Moreover, the calculated activation energies (150–170 °C) for glucose isomerization to fructose, vis-à-vis dehydration to HMF were 59.06 and 138.05 kJ mol−1, respectively which can even be comparable with the metal-catalyzed reactions. Further evidence was shown from the rate constant values, indicating fructose dehydration is faster (rate constant: k2: 1.92 x 10−2 to 1.13 x 10−1 min−1) than glucose isomerization (rate constant: k1: 2.5 to 5.3 x 10−3 min−1). Considering the advantages associated with MS-AB, the results might showcase the potential of organocatalyst for sustainable utilization of lignocellulosic biomass to platform chemicals.
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