균질 브ønsted 산 촉매에 의한 과당 탈수 및 5-하이드록시메틸 푸르푸랄 재수화의 동역학: 실험 및 계산 연구의 통합

우리는 낮은 온도에서 다양한 조건(T ∼ 70–150 °C; pH 값 0.7–1.6 및 과당(5–20%w/v) 및 HMF(2.5–10%w/v)의 초기 농도)에 대해 과당 탈수 및 5-하이드록시메틸 푸르푸랄(HMF) 재수화의 첫 번째 광범위한 실험 동역학 연구를 수행합니다. 우리의 기본 원리에 대한 계산에서 얻은 통찰력을 바탕으로, 속도 제한 단계를 검증하기 위해 라벨이 붙은 과당의 동역학 동위원소 효과(KIE) 실험을 수행합니다. 그 후, 우리는 기본 동역학 실험을 통합하고 KIE를 고려하며 결과도온과 함께 온도에 따라 크게 변화하는 과당 타토머의 분포 및 포름산 생성을 위한 과당 변환의 직접 경로를 설명하는 과당 탈수 및 HMF 재수화의 첫 번째 골격 모델을 개발합니다. 두 단계로 구성된 골격 메커니즘은 빠른 프로톤화 및 탈수 후에 분자 내 수소 전달이 속도 제한 단계로서 실험 동역학 및 KIE 실험을 잘 포착할 수 있음을 보여줍니다. 과당 탈수는 과당에서 직접 생성된 레불린산에 비해 포름산의 스토이키오메트릭 초과를 초래하는 것으로 나타났습니다. 모든 반응은 촉매와 기질 모두에서 가짜 일차 반응으로 나타납니다. 이러한 통찰력은 연속 흐름 반응기 모델에 통합되며, 더 높은 온도는 HMF의 최적 수율을 향상시키고, 낮은 전환에서 HMF 선택성은 온도에 덜 민감합니다.