多级孔分子筛酸性调控及催化糖转化制备乳酸酯研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1304209
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0202.催化化学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Lactic acid (LA) and alkyl lactates are widely used in food, commodity, chemical, pharmaceutical and plastic industries. Presently, the major production process of LA and alkyl lactates is the fermentation of carbohydrates. However, the space-time yield of this method is limited, and large amounts of sulfuric acid are consumed with large amounts of salt waste as byproducts during fermentation. Therefore, it is desiderated to develop a novel and effective method to produce LA and alkyl lactates from carbohydrates. This project selects the production of alkyl lactates from cheap and abundant glucose as a model reaction. The reaction is very complex which composed of multiple reaction steps such as isomerization between aldose and ketose, retro-aldol to trioses, dehydration, addition, and etc. Both Lewis (L) and Brønsted (B) acid sites are needed for accomplishing the reaction. Therefore, hierarchical molecular sieves with adjustable L and B acidity are employed to fulfill the reaction in this project. The product selectivity will be controlled through adjustment of L and B acidity. Meanwhile, the efficiency of mass transfer will be improved through adjusting the pore structure of molecular sieves. So the further reaction of the desired product to other byproducts will be reduced, and the catalytic activity and selectivity for the desired product of the hierarchical molecular sieves will be improved. Based on the results of the research, the relationship between the acidity and pore structure of molecular sieves and their catalytic performace in the conversion of carbohydrates to alkyl lactates will be found. A high-efficiently catalytic reaction system for the transformation of carbohydrates to alkyl lactates will be established.
乳酸及乳酸酯在食品、化妆品、化学品、制药及塑料工业被广泛使用。当前,乳酸及乳酸酯主要通过糖发酵制备,该法时空收率有限,且消耗大量硫酸,产生大量废盐。因此,亟需开发由糖制备乳酸及乳酸酯的高效新方法。本项目以廉价、丰富的葡萄糖转化制备乳酸酯为模型反应进行研究,该反应是一个包含醛酮糖异构、反羟醛缩合、脱水、加醇-异构等多种反应类型的多步反应过程,需要Lewis(L)酸和Brønsted(B)酸的共同催化,且易发生副反应。因此,申请人提出用L酸和B酸酸性可调的多级孔分子筛催化该反应。通过L酸和B酸酸性的调控,实现反应产物的调控;通过孔结构的调控,提高传质效率,避免目标产物进一步转化成其它副产物,从而提高多级孔分子筛的催化活性和对目标产物的选择性。通过本项目的研究,建立分子筛的酸性质和孔结构与催化糖转化制备乳酸酯反应性能之间的关系,开发出高效的催化反应体系。

结项摘要

乳酸及乳酸酯在食品、化妆品、制药、塑料工业及合成化学中被广泛使用。采用化学催化转化法将糖转化为乳酸及乳酸酯具有重要的科学意义和应用价值。糖转化为乳酸酯是一个包含醛酮糖异构、反羟醛缩合、脱水、加醇-异构等多种反应类型的多步反应过程。本项目采用分子筛为催化剂,考察了分子筛的L/B酸性和孔结构对糖转化为乳酸酯的影响,建立了分子筛催化剂与糖类转化制备乳酸酯反应之间的构效关系。发现强L酸位尤其是Snn+作为L酸位有利于乳酸酯生成,强B酸位催化副反应的进行,不利于乳酸酯生成。对于三碳糖转化,弱B酸位促进糖脱水生成中间产物丙酮醛,而有利于乳酸酯生成;对于六碳糖转化,弱B酸位不利于六碳糖反羟醛缩合生成三碳糖,所以不利于乳酸酯生成。三维十二元大微孔结构有利于反应扩散传质,所以有利于乳酸酯生成,介孔的存在会更进一步促进这一过程。通过研究,建立了糖类转化制备乳酸酯的高效催化反应体系,在多级孔Sn-USY分子筛上,1,3-二羟基丙酮(DHA)在甲醇中转化,在室温(25 oC)反应24 h,DHA转化率和乳酸甲酯(MLA)收率分别达到98%和96%。在Au/Sn-USY催化剂上,甘油可直接氧化-异构化为乳酸酯,160 oC反应10 h,得到79%的MLA收率。无氟体系、低浓度模板剂条件下制备的多级孔Sn-Beta分子筛催化葡萄糖在甲醇中转化,160 oC反应10 h,MLA收率达到58%。本项目的系统研究深化了对含羰基化合物例如糖的催化选择性转化的认识,为进一步构建高效催化糖转化为乳酸酯催化剂体系提供了科学基础。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Promotion effect of mesopore on the conversion of carbohydrates to methyl levulinate over H-USY zeolite
H-USY分子筛介孔对碳水化合物向乙酰丙酸甲酯转化的促进作用
  • DOI:
    10.1016/j.catcom.2015.08.017
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Catalysis Communications
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Lipeng Zhou;Huiting Zhao;Linlin Cui;Yuqi Bai;Jingjing Bian;Tianliang Lu;Yunlai Su;Xiaomei Yang
  • 通讯作者:
    Xiaomei Yang
Depolymerization of cellulose to glucose by oxidation-hydrolysis
通过氧化-水解将纤维素解聚为葡萄糖
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    GREEN CHEMISTRY
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Zhou, Lipeng;Yang, Xiaomei;Xu, Jie
  • 通讯作者:
    Xu, Jie
Fluoride-free and low concentration template synthesis of hierarchical Sn-Beta zeolites: efficient catalysts for conversion of glucose to alkyl lactate
无氟低浓度模板合成分级 Sn-Beta 沸石:葡萄糖转化为乳酸烷基酯的高效催化剂
  • DOI:
    10.1039/c6gc02437h
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Green Chemistry
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Yunlai Su;Lipeng Zhou;Feng Wang;Jie Xu
  • 通讯作者:
    Jie Xu
Selective oxidation of cellulose catalyzed by NHPI/Co(OAc)(2) using air as oxidant
NHPI/Co(OAc)(2)以空气为氧化剂催化纤维素的选择性氧化
  • DOI:
    10.1007/s10570-014-0413-1
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Cellulose
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhou Lipeng;Wu Haihong;Yang Xiaomei;Su Yunlai;Chen Chen;Xu Jie
  • 通讯作者:
    Xu Jie
Promotion effect of Co on Cu–Zn–Al/Hβ catalyst for light hydrocarbons (C3–C5) synthesis from syngas
Co对Cu-Zn-Al/Hβ催化剂合成气合成轻烃(C3-C5)的促进作用
  • DOI:
    10.1016/j.fuproc.2016.03.023
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Fuel Processing Technology
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Mingming Yang;Xiaomei Yang;Lipeng Zhou;Yunlai Su
  • 通讯作者:
    Yunlai Su

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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