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用果糖合成石化原料國際原油價格居高不下，不但汽車用的汽油價格持續攀升，連用在許多生活用品中，例如紡織品或塑膠材料的聚丙烯(polypropylene)價格，也在過去幾年上升三倍。這一切使得從生物原料提煉化工原料的研究再度變得炙手可熱。

科學家早就知道可以將果糖(fructose)脫水轉化成HMF(5-羥甲基糠醛、5-hydroxymethylfurfural)。HMF可以轉化為 2,5位的喃衍生物(2,5-disubstituted furan derivatives)，例如FDCA(2,5-furandicarboxylic acid)。喃(Furan)是含有1個氧原子和4個碳原子組成的環結構的芳香族雜環有機化合物的總稱。喃的主要用途包含：(1)四氫基喃 (tetrahydrofuran)的化學中間產物(2)瓷漆的合成或樹脂的溶劑(3)有機合成原料，尤其是咯(pyrrole)及吩 (thiophene) 的合成。喃類產品，例如FDCA，可以取代不少塑膠和化工合成中的石化原料。理論上，果糖轉化為HMF很簡單，但實際上有很多問題。因為產生的HMF會和反應系統中的果糖、中間產物、甚至和HMF自己反應，因而產生許多副產品，這會大舉減少HMF的產量。HMF目前並未被工業界大量生產，主要是因為生產成本太貴。研究者試著在水相(aqueous phase)反應系統上加上一層有機溶劑來析出HMF，減少反應系統中的HMF。然而，要將HMF從有機溶劑中分離出來非常困難，因為需要用很高的溫度來煮沸有機溶劑以便析出HMF。

美國威斯康辛州麥迪遜的威斯康辛大學(University of Wisconsin, Madison)化工與生物工程系的James Dumesic教授的團隊在六月分的科學(Science)雜誌上(Science, Vol. 312. no.5782, pp.1933-1937, 2006)，提出一種將果糖轉化成HMF的新製程。Dumesic和他的學生為了解決上述的問題，在水相和有機溶劑中添加許多不同的化合物，也增加一些加速果糖轉化成HMF的化合物。利用兩相反應系統(two-phase reactor system)，Dumesic團隊利用鹽酸(hydrochloric acid)或是酸性離子交換樹脂(acidic ion-exchange resin)當作酸催化劑(acid catalyst)來加速果糖轉化成HMF。在水相中，他們利用DMSO(dimethylsulfoxide)和PVP(poly(1-vinyl-2 -pyrrolidinone))來抑制不想要的副產品，讓果糖在水相(aqueous phase)中脫水。然後利用MIBK(甲基異丁基酮、Methylisobutylketone)的有機相(organic phase )來析出HMF。不過添加DMSO和PVP的缺點是會增加HMF在水中的溶解度，使得MIBK較難將HMF析出。於是Dumesic團隊添加2-丁醇(2 -Butanol)，以便提高HMF在MIBK中的產率。由於MIBK的沸點很低，因此他們可以輕易地讓MIBK和2-butanol揮發，分離出 HMF，再將MIBK送回反應器中。他們可以在高果糖濃度(10-50%)將果糖脫水成HMF，且產率極高(90%果糖被轉化，產生80% HMF)。這種轉換率是過去的兩倍。這個製程跟過去的製程相比，具有更高效率、簡單和便宜的優點，使得工業大量生產HMF變得可行。這個研究讓用生物原料中的果糖來合成石化原料的理想變得在可預見的未來可以實現。台灣因為缺乏天然資源，石油全部依賴進口，但是卻可以生產許多富含果糖的農產品，因此應該盡快研究這項技術。

褚志斌　(芝加哥大學博士後研究員)