生物質(zhì)和煤基重要平臺化合物的分子結(jié)構(gòu)中富含“碳”和“氧”，研究新型技術(shù)路線，制備重要含氧化合物，可提高原子利用率，并改進原生產(chǎn)工藝復雜、易造成環(huán)境污染、高能耗等不足。

日前，中科院青島生物能源與過程研究所綠色化學催化研究組針對含氧化合物的新型技術(shù)路線開展了應用基礎(chǔ)研究，調(diào)控了一系列小分子平臺化合物在偶聯(lián)反應中的關(guān)鍵反應走向，實現(xiàn)了創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的融合，取得系列研究進展。

1,3-丙二醇常用于合成聚酯、聚醚等的單體，也可用于化妝品、制藥等行業(yè)。近年來，1,3-丙二醇作為新型聚酯——聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的主要原料，因為PTT的發(fā)展而倍受關(guān)注。目前1,3-丙二醇主要生產(chǎn)工藝包括環(huán)氧乙烷羰基化法、丙烯醛水合氫化法和生物發(fā)酵法，其生產(chǎn)工藝及成本直接影響到PTT的工業(yè)化生產(chǎn)和推廣使用。

研究團隊以價廉易得的甲醛、乙醛為原料，在固體酸-堿催化劑作用下，一步反應直接制備關(guān)鍵中間體3-羥基丙醛，隨后加氫制備1,3-丙二醇，工藝路線簡單，反應條件溫和，原子利用率高。優(yōu)化后的固體酸-堿催化劑可抑制乙醛自身偶聯(lián)反應和甲醛的過度偶聯(lián)反應，提高甲醛-乙醛交叉偶聯(lián)反應選擇性。通過計算反應速率和活化能，對競爭反應有了更深刻的理論認識。部分研究結(jié)果發(fā)表于《ACS可持續(xù)化學與工程》。

除此之外， 在1,3-丁二醇與烯丙基醇的新型制備路線設(shè)計中，研究團隊也取得新進展。

1,3-丁二醇主要用于高端日化、聚酯等行業(yè)，當前普遍采用的制備方法存在反應過程中pH值變化大、關(guān)鍵中間體穩(wěn)定性差、反應溶液有腐蝕性、需要處理含鹽廢水等問題。研究團隊開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的乙醛制1,3-丁二醇連續(xù)式生產(chǎn)工藝，申請5項發(fā)明專利。研制了首批新型固體催化劑，并應用于連續(xù)式固定床反應生產(chǎn)裝置。

生產(chǎn)過程中，物料呈中性，脫離催化劑后反應既停止，無需酸堿中和淬滅反應，可有效提高向3-羥基丁醛中間體轉(zhuǎn)化的指向性，并且物料無腐蝕性、無含鹽廢水，簡化了后處理過程。而烯丙基醇廣泛應用于醫(yī)藥、香料、合成樹脂等領(lǐng)域，其生產(chǎn)存在工藝繁瑣、能耗大、污染重等缺點。研究人員以價廉易得的低碳醇為原料，開發(fā)新型反應路線制備烯丙基醇，可降低成本、減少能耗，實現(xiàn)綠色高效生產(chǎn)。

研究團隊通過構(gòu)建多功能復合金屬氧化物催化劑，實現(xiàn)了烯丙基醇的高選擇性制備，并通過調(diào)控復合金屬氧化物催化劑中Lewis酸堿對的分布和表面濃度，促進羰基選擇性加氫，進一步提高串聯(lián)催化反應的選擇性。以該催化體系為基礎(chǔ)，甲醇直接脫氫脫水α-亞甲基化制備烯丙基醇的新型反應路線已申請5項發(fā)明專利，部分研究結(jié)果發(fā)表于《應用催化A》。

該工作在國家自然科學基金、山東省自然科學基金、青島能源所所內(nèi)部署項目等資助下，聯(lián)合延長、海科等大型企業(yè)，取得以上系列研究進展。在后續(xù)工作中，研究團隊將進一步深入闡明定向偶聯(lián)反應中的作用機制，調(diào)控產(chǎn)物分布，擴展反應體系，發(fā)展綠色高效的物質(zhì)轉(zhuǎn)化新方法，延伸基礎(chǔ)化學品產(chǎn)業(yè)鏈，為雙碳戰(zhàn)略等重大需求提供科技支撐。(作者：廖洋)

關(guān)鍵詞： 新型技術(shù)路線 含氧化合物 原子利用率 工藝復雜