使用萜类溶剂在双相连续流微反应器中绿色生产5-羟甲基糠醛（HMF）

该研究聚焦于从生物质中合成生物基分子，以提供一种对石化衍生产品可持续的替代方案。5-羟甲基糠醛（HMF）作为从生物质中获取的高附加值化学品，在燃料添加剂、聚合物及工业化学品合成中具有重要应用。然而，HMF 的生产面临诸多挑战，如副产品形成会降低产率和选择性。为解决这些问题，研究者们开发了双相间歇釜式反应工艺或连续反应系统，抑制不需要的副产品的形成。本文则进一步探索了在连续流动微反应器中使用萜类和萜类化合物作为溶剂，实现从葡萄糖到 HMF 的高效转化，这不仅响应了对可持续化学工艺的迫切需求，还可能为生物质基化学品的生产开辟新的途径。

该研究旨在探讨将微反应器与双相体系相结合，利用AlCl₃和HCl从葡萄糖连续生产HMF的潜力。为此，我们测试了三种溶剂：甲基异丁基酮（MIBK，一种经典溶剂）、香芹酚以及香芹酚：百里酚混合物。这三种溶剂是根据COSMO-RS方法，基于它们在HMF无限稀释条件下的活度系数以及相对较低的粘度和熔点等理化性质筛选出来的，这些性质使其更适合在微反应器中使用。

在连续流动微反应器（图1）中，以HCl和AlCl₃为催化剂，进行葡萄糖转化为HMF的反应。首先，进行单相水相实验，评估温度（140~180 °C）的影响，AlCl₃和HCl的浓度固定为40 mM。在此阶段，停留时间（τ）在2~12 min之间变化。随后，基于COSMO-RS模拟结果，在先前研究的条件下进行双相实验，以考察溶剂对葡萄糖转化为HMF的影响。此外，利用优化的反应萃取体系，分析了路易斯酸/布朗斯台德酸催化剂比例（AlCl₃/HCl，0.5~2）的影响。

图 1. 葡萄糖连续双相合成 HMF 的毛细管微反应器系统示意图。

该研究证明了将萜类化合物基溶剂与AlCl3/HCl催化剂相结合，在连续流动微反应器中可持续高效生产HMF的可行性。这一成果不仅为HMF的生产提供了新的思路，也为生物质基化学品的绿色生产树立了典范。未来的研究方向可能包括进一步优化反应条件以提高HMF产率、降低成本，以及探索新型催化剂和溶剂体系以增强反应的选择性和效率。此外，将该技术扩展到大规模生产也是一个值得期待的方向，以实现生物质资源的高效利用和可持续发展。

Green production of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in biphasic continuous microreactor using terpenoid-based solvents（2025）

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164077