5-羥甲基糠醛( HMF )作為一重要的生質材料，近年來已成為熱門的研究重點，因HMF經催化反應後可產生出許多具高價值的化學產物。本文將以HMF氫化反應為例，介紹由HMF製備2,5-呋喃二甲醇、2,5-四氫呋喃二甲醇、2,5-二甲基呋喃、2,5-二甲基四氫呋喃、1,2,6-己三醇、1,6-己二醇等氫化衍生物之相關應用，同時也整理出各衍生物對應之 HMF 氫化反應系統並介紹其應用。
固態觸媒吸附反應
在介紹 HMF 氫化反應之前，首先了解系統中的重要角色─催化劑。依據催化劑的屬性，可將反應系統分為均相催化系統或非均相催化系統。以液相系統為例，均相催化劑多為有機金屬觸媒或是酸鹼性溶液，在系統中可溶於溶劑當中，與反應物呈現單一相；非均相催化劑則與之相反，催化劑無法溶解而是分散於溶劑當中，藉由觸媒表面與反應物吸附產生催化反應。
圖四、Furfural與不同金屬表面吸附反應
HMF氫化衍生物與其對應之氫化系統
HMF 在整體氫化程序中會涉及各種不同的化學反應，諸如氫化、脫水、加氫脫氧、水解、氫解、聚合反應等，使得 HMF 具有多元的氫化衍生物，但也造成生產特定 HMF 氫化衍生物的困難度，因此如何在高 HMF 轉化率的前提下，得到高選擇率的特定 HMF 氫化衍生物成為重要課題。以下將以 HMF 氫化衍生物，由氫化程度從低至高的排序，介紹其基本應用與合成該產物之 HMF 氫化方法。
1. DHMF與DHMTHF應用
DHMF，也稱為 BHMF，為 HMF 上的醛基還原成羥甲基的雙醇基呋喃分子。DHMF 除應用於合成藥物或冠醚分子的中間體，亦可應用於合成巨量分子如樹脂、高分子和人造纖維等方面，此外較值得注意的是，DHMF 於合成具有自修復功能的生質基質高分子上的應用。日本 Yoshie 團隊利用生質DHMF與丁二酸( SA )合成具有喃結構的長鏈高分子 PFS，並使用雙馬來醯亞胺( M2 )作為交聯劑，透過Diels-Alder(DA) 環加成反應促使 PFS 相互交聯形成網狀結構 PFS/M2。
圖五、PFS與雙馬來醯亞胺(M2)反應
3. MF與DMTHF應用
DMF 為 HMF 在氫化程序中經由加氫脫氧反應，脫去了呋喃環外的兩個含氧官能基，僅留下兩個甲基所產生；若能再進一步氫化 DMF上的 C=C 鍵，則可產生 DMTHF。DMF 與 DMTHF 兩者皆具有作為溶劑、化學合成中間體等應用，但更受到大家關注的是兩者作為生質燃料的潛在應用性。
目前大家較為熟知的生質燃料為生質酒精，利用原料如糖、澱粉類、農業廢棄物纖維類等，根據原料的種類，透過不同的處理程序並發酵成生質酒精。生質酒精能量密度為 23 MJ/L，較汽油低，因此同樣距離，生質酒精需要消耗更多的體積，等於會增加油耗；此外，乙醇吸水性強，在高比例的乙醇/汽油混合下，容易腐蝕汽車引擎的內部零件，所以通常引擎需要經過改裝才能使用較高比例的乙醇燃料。相較之下，DMF 與 DMTHF 具有比乙醇更高的能量密度（DMF: 31.5 MJ/L；DMTHF: 31.8 MJ/L），且兩者都不溶於水，較不易有吸水性的問題；另一方面，兩者的沸點（DMF: 92~94˚C；DMTHF: 90~92˚C）也比乙醇高，不易揮發而相對容易保存，且製備程序也比生質酒精來的簡單，所以DMF與DMTHF在作為生質燃料上比生質酒精有更好的優勢……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。★相關閱讀：5-羥甲基糠醛氫化反應與其氫化衍生物介紹(下)
作者：陳宇志、汪進忠/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」348期，更多資料請見下方附檔。