你不知道的一些FDCA

2004年，美国能源部从300多种源于生物质的化合物出发，筛选出了最具有代表性的12种生物基平台化合物，其中2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是芳族生物基平台化学品的代表，被认为是石油衍生物对苯二甲酸的最合适的替代物。FDCA 的含碳数目与葡萄糖相同，而且芳香性比苯环弱，易于降解，其发展前景十分广阔。

例如，与年产量超过 7000 万吨的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）相比，聚呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）不仅可持续性和再生性强，在性能上如耐热性、力学强度、气体阻隔性处于明显的优势，下图是常见参数的对比。

                                                    数据来源：中科院宁波材料技术与工程研究所团队

然而PEF价格很大程度上取决于FDCA的价格，FDCA的合成技术与价格是限制PEF推广使用的重要障碍，因此，FDCA成本的降低是业内发展的趋势和目标之一。

FDCA 的合成技术路线主要包括5-羟甲基糠醛（HMF）路线、己糖二酸路线、糠醛路线和二甘醇酸路线，如下图所示。其中，HMF路线最受重视，已取得显著进展，并有望率先实现工业化生产。HMF路线通常分为两步法和一锅法，两步法即首先从糖类脱水得到HMF，将HMF分离、纯化后，再氧化合成FDCA。一锅法是通过糖类脱水得到HMF，HMF不经分离直接被氧化得到目标产物FDCA。

FDCA 合成路线

由于FDCA的呋喃环是杂环结构，在自然界易于苯环降解。与对苯二甲酸（PTA）的理化性质对比，从结构上分析，FDCA具有与PTA类似的芳环体系，而且含有2个羧基，所以在理化性质上与PTA相似，但PTA属于中心对称结构，而FDCA不具有相同的对称性，FDCA的含碳数目与天然己糖相同，可以容易地由其转化而来，维持了碳平衡。FDCA与PTA理化性质对比如下表：

在呋喃系列基础原料中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）在工业领域有着广泛的用途，主要有三个方面：一是作为重要的平台化合物，可以作为PTA的替代物用于聚合物的生产，二是生物医药方面，三是消防方面。

FDCA在聚合物方面的应用主要是合成聚酯和聚酰胺，也是最为主要且用量最大的用途。由FDCA制备的PEF聚酯可用于包装材料、工程塑料、涂料和纤维。在包装用途上，PEF提供更好的特性，例如与传统的塑料相比，他能改善二氧化碳和氧气等气体的阻隔性能，从而延长包装产品的保质期。它也提供更高的机械强度，可生产更薄的PEF包装并使用更少的资源。PEF适用于箔袋、碳酸和非碳酸软饮料的瓶子、水、乳制品、调味果汁和运动饮料、酒精饮料以及个人和家庭护理产品。

FDCA也被用于合成工程塑料和纤维的聚酰胺，用于泡沫塑料、涂料和粘合剂的聚氨酯，以及用于个人护理产品和酯类润滑剂，在多个工业领域作为化工基础原料也有着广泛的应用，FDCA单体为聚酯、聚酰胺、聚氨酯树脂以及在涂料和其他化学品的拓展提供了非常好的机遇。