Al基催化剂作用下葡萄糖转化为呋喃类化合物反应机理的理论研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21573154
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Most of the carbon-based compounds currently manufactures by the chemical industry are derived from petroleum. The rising cost and dwindling supply of oil have been focusing attention on possible routes to making chemicals, fuels, and solvents from biomass instead. The utlization of glucose, as the renewably biomass, for the production of furans has become of growing interest. The Al-containing catalysts are responsible for the glucose conversion into 5-hydroxymethylfurfural (HMF), while the V, Mo, W-containing catalysts are responsible for the oxidation of HMF. The high accurate quantum methods are explored to investigate the catalytic reaction mechanisms of glucose conversion into furans on Al-containing homogeneous catalysts, and Al, V, Mo, and V-containing heteropolyacid and zeolite catalysts in several different solvents. The contents of the present investigation are as follows: (a) to acquire the determining transition state and intermediate by the calculation of the catalytic turnover frequency (TOF), (b) to obtain the effect of sovent on the catalytical efficiency of Al-containing catalyst, (c) to accumulate the thermodynamic and kinetic data , (d) to provide insight into the intrinsic relationship of Al-containing catalyst on the structure with property, (e) to design the model of the Al-containing multifunctional heteropolyacid and zeolite catalyst, and (f) to predict the thermodynamic and kinetic data of the designed catalytic reactions. The present investigation is helpful to the understand the nature of catalytic reactions, and design and develop the green and effective catalysts for glucose conversion into furans. It is very important to explore the rule of the complicated system kinetics, to utilize reasonably resource, to control, and remove envirnomeantal pollution, to innovate the low-carbon technology, and to bring into effect on the continuous development of economy.
生物质主要成分纤维素水解可得到葡萄糖,葡萄糖催化转化得到的呋喃类化合物是连接生物质化学和石油化工的很重要的平台化合物。以此为背景,采用高精度的量子化学和分子力场相结合的方法,研究含有L酸和B酸中心具有异构化和脱水功能的Al催化剂、及含有B酸和L碱中心具有脱水和氧化功能的含V、Mo、或W的杂多酸和分子筛等催化剂作用下,葡萄糖转化为呋喃类化合物的反应机理;尝试耦合L酸、B酸和L碱等中心、设计将异构化、脱水和氧化多功能为一体化的含Al杂多酸及分子筛催化剂,研究其催化反应机理。确定关键中间体和关键反应步骤。明确易于水解的Al催化剂、易于溶解的含Al杂多酸、不易溶解的含Al杂多酸盐、以及便于分离和具有较大比表面积的含Al分子筛中活性中心的特性及其协同作用的机理,深化对其催化作用本质的认识,为设计制备由葡萄糖高选择性合成呋喃类化合物的催化剂提供理论支撑。对有效合理地利用生物质资源具有重要的意义。

结项摘要

葡萄糖是自然界中既廉价又丰富的单糖,其催化转化得到的呋喃类化合物是连接生物质化学和石油化工的很重要的平台化合物。以此为背景,采用高精度的量子化学和分子力场相结合的方法,研究了葡萄糖转化为呋喃类化合物的催化反应机理。研究成果如下:(1). 获得了溶剂环境对含有Al、Cu、Pd、V和W等单核金属催化活性组分的结构、及其与抗衡离子和溶剂分子等协同作用,从而影响催化性能的规律性认识;(2). 获得了杂多酸(H3PMo12O40和H3PW12O40)在溶剂环境中存在的稳定催化物种的结构、及其经由溶剂解产生的杂多酸阴离子、抗衡阳离子、以及分子等协同作用,从而影响催化性能的规律性认识;(3). 构筑了掺杂金属(Mo、V、Nb、Ta)的多功能MCM-41分子筛、以及用–RSO3H和–RNH2官能团修饰的多功能SBA-15分子筛的催化剂模型,并获得了催化活性中心的官能团的结构组成与催化性能的关系。同时,根据糖转化利用的研究现状,获得了Zr-SBA-15分子筛催化木糖转化为乳酸甲酯的反应机理;获得了在溶液中NaCl、B-酸及其抗衡离子促进或催化纤维二糖转化的分子作用机制。根据生物质转化利用的研究现状,初步探索了在Ni基催化剂模型上棕榈酸加氢脱氧的反应机理。该研究成果为理性设计碳水化合物的高效利用的催化体系提供了理论支撑。对有效合理地利用生物质资源具有重要的意义。在该项目的资助下,已经发表SCI收录论文12篇,发表中文核心期刊2篇,均为第一标注。已经培养毕业博士研究生2名,毕业博士研究生7名;正在培养在读博士研究生3名,在读硕士研究生4名。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(15)
专利数量(0)
Catalytic mechanisms of oxygen-containing groups over vanadium active sites in an Al-MCM-41 framework for production of 2,5-diformylfuran from 5-hydroxymethylfurfural
Al-MCM-41 框架中钒活性位点上含氧基团用于 5-羟甲基糠醛生产 2,5-二甲酰呋喃的催化机制
  • DOI:
    10.1039/c9cy02130b
  • 发表时间:
    2020-01-07
  • 期刊:
    CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Liu, Li-Juan;Wang, Zhao-Meng;Hu, Chang-Wei
  • 通讯作者:
    Hu, Chang-Wei
Synergistic Catalytic Mechanism of Acidic Silanol and Basic Alkylamine Bifunctional Groups Over SBA-15 Zeolite toward Aldol Condensation
酸性硅烷醇和碱性烷基胺双官能团在SBA-15沸石上醇醛缩合的协同催化机理
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.8b11941
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    J. Phys. Chem. C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jin-Feng Zhang;Zhao-Meng Wang;Ya-Jing Lyu;Hong Xie;Ting Qi;Zhen-Bing Si;Li-Juan Liu;Hua-Qing Yang;Chang-Wei Hu
  • 通讯作者:
    Chang-Wei Hu
Insights into the Mechanistic Role of Diphenylphosphine Selenide, Diphenylphosphine, and Primary Amines in the Formation of CdSe Monomers
深入了解二苯基硒化膦、二苯基膦和伯胺在 CdSe 单体形成中的机理作用
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.5b10675
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Qi Ting;Yang Hua-Qing;Whitfield Dennis M.;Yu Kui;Hu Chang-Wei
  • 通讯作者:
    Hu Chang-Wei
磷钨杂多酸在乙醇溶液中稳定物种的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化学研究与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    向波;王悦;杨华清
  • 通讯作者:
    杨华清
Cooperative Catalytic Performance of Lewis and Brønsted Acids from AlCl3 Salt in Aqueous Solution Toward Glucose-to-Fructose Isomerization
水溶液中 AlCl3 盐路易斯酸和布朗斯台德酸对葡萄糖异构化的协同催化性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    J. Phys. Chem. C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ting Qi;Meng-Fu He;Liang-Fang Zhu;Ya-Jing Lyu;Hua-Qing Yang;Chang-Wei Hu
  • 通讯作者:
    Chang-Wei Hu

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  • 通讯作者:
    杨华清
Ni原子催化乙炔三聚环化反应机理的理论研究
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    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
    杨华清
  • 通讯作者:
    杨华清

其他文献

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杨华清的其他基金

耦合溶剂、NaCl和改性碳材料催化二聚糖转化为高附加值化学品的机理
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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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