酸性聚合物离子液体催化生物质水解制备乙酰丙酸

一系列酸性聚合物离子液体合成并应用于催化生物质水解制备乙酰丙酸，通过优化各种反应条件，以纤维素和稻壳为底物分别获得了79.4%和74.6%的乙酰丙酸产率。

图1. PILs催化纤维素水解制备乙酰丙酸的路径

由生物质碳水化合物催化转化制备的有机酸中具有代表性的是乙酰丙酸（LA）、乳酸和葡萄糖酸。LA被认为是可由生物质原料制备的最具价值和潜力替代石化工业中基础化学品的生物基平台化合物，被美国能源部列为最重要的“Top 12”平台化合物之一。LA可以作为化工原料用于合成燃料添加剂、工业树脂、溶剂、除草剂、香味剂和化工中间体等。目前生物质催化转化制备乙酰丙酸的催化剂主要是无机固体催化剂和液体酸，固体催化剂对于纤维素等生物质的水解反应催化效果较差，而液体酸催化剂存在热稳定性较差和催化产率低等问题。为了克服这些缺点，发展新型高效催化剂具有重要意义。

离子液体是一种在近室温或室温下以液体形态存在的化合物，具有热稳定性好、溶解能力强、毒性小和结构可控等优点。目前关于离子液体催化生物质水解制备乙酰丙酸的研究较少，且其乙酰丙酸产率偏低。纤维素的水解制备乙酰丙酸是一个复杂的反应过程，包括纤维素解聚、异构化、脱水反应和再水合反应等过程。除乙酰丙酸外，还有5-羟甲基糠醛和腐殖质等副产物生成。因此，为了提高LA的产率，发展新型离子液体催化剂意义重大。

针对以上问题，浙江大学衢州研究院史胜斌副研究员和东南大学化学化工学院肖国民教授课题组设计合成了一系列聚合物离子液体（PILs）催化剂，PILs催化剂[Pim]CH3SO3能够高效催化纤维素等生物质的水解制备LA。相比于小分子离子液体，PILs具有稳定性好和LA产率高等突出优点，LA产率高达79.4%，五次回收实验LA产率都在68%以上，核磁氢谱显示回收五次[Pim]CH3SO3也具有较高纯度。[Pim]CH3SO3对于稻壳等生物质显示出较好的催化效果，LA产率高达74.6%。该PILs为催化生物质转化制备平台化学提供了新的合成方法。