[發明專利]一種微波輔助離子液體催化單糖轉化為高附加值化學品的方法

無效

• 申請號: 201310403331.5
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103467419A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 徐建;曲永水;李宏強;高婧;羅皓;彭華棟
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C07D307/46
• 分類號: C07D307/46;C07D307/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于離子液體應用于單糖定向轉化技術領域，通過該方法可顯著降低離子液體用量，提高單糖轉化為高附加值化學品的收率，從而有利于提高離子液體用于單糖轉化為高附加值化學品的經濟性。

背景技術

隨著傳統化石燃料的日益枯竭及環境保護壓力的不斷增大，發展可持續的、無污染的、可再生的替代能源日益受到廣泛關注。生物質作為數量巨大、價格低廉的一種可持續性資源，應用于化學工業是解決目前資源和能源危機的有效途徑之一。單糖及其衍生物在自然界里廣泛存在，也是構成碳水化合物的基本單元，并且很容易從生物質中獲取，是制備高附加值化學品最主要的原料，大量學者在此基礎上進行了廣泛報道。無機酸，有機酸，H型沸石及其他分子篩，酸性陽離子交換樹脂以及雜多酸等，被廣泛用于單糖的催化降解，所得5-HMF收率在10%～100%不等。

離子液體作為一種新型的環境友好溶劑和液體酸堿催化劑，具有其他溶劑和傳統催化劑不具備的優點。離子液體具有不揮發、液程寬、選擇溶解性、可設計等特性，對離子液體進行功能化，可以使其具有豐富的、多樣性的結構并展現出不同的、可調節的物理化學性能，被廣泛用于化學反應研究及生產中。基于上述離子液體的優良物化性質，離子液體應用于單糖轉化受到廣泛關注。Moreau(Clement?Lansalot.Matras，Claude?Moreau.Dehydration?of?fructose?into5-hydroxymethylfurfural?in?the?presence?of?ionic?liquids.Catalysis?Communications，2003,4,517-520.)研究小組使用親水性的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([BMIM]BF₄)和疏水性的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF₆)用于果糖水解。實驗所用催化劑為Amberlyst-15樹脂，將[BMIM]PF₆和[BMIM]BF₄作為混合溶劑使用，并加入一定量的DMSO作為共溶劑，80℃條件下反應24h，HMF的產率可以達到80%。Zhao(Zhang,Z.H.,Zhao,Z.B.K.,Microwave-assisted?conversion?of?lignocellulosic?biomass?into?furfural?in?ionic?liquid.Bioresour.Technol.2010,101,1111–1114.)等采用3-烯丙基-1-(4-磺丁基)咪唑三氟甲基磺酸鹽及其Lewis酸衍生物3-烯丙基-1-(4-硫酰氯丁基)咪唑三氟甲基磺酸鹽催化單糖脫水制備5-HMF，微波加熱5min內果糖制備5-HMF產率達到86%。

雖然離子液體用于碳水化合物水解制備5-HMF取得了一系列可喜的成果，但是目前的研究主要集中于以離子液體作為溶劑催化制備5-羥甲基糠醛。由于離子液體價格昂貴，且該體系不利于循環使用，使得離子液體作為溶劑制備5-HMF的成本居高不下，工業化利用難于實現。從經濟角度上看，將離子液體用作催化劑更利于降低成本與工業化實現。由此可見開發更為經濟及高效的離子液體催化體系用于單糖轉化為化學品勢在必行。

發明內容

【發明目的】本發明目的在于開發工業單糖催化轉化為高附加值化學品新型綠色轉化過程。

【本發明的構思】微波作為一種新興、高效的輔助手段應用于單糖轉化過程相較于靠物質熱傳導性能將物體加熱的油浴或沙浴等傳統的加熱方式，加熱速率更快、受熱均勻。離子液體作為近年來新開發的環境友好催化劑，與傳統的無機、有機酸堿催化劑相比催化過程更綠色。基于離子液體熱穩定性更強的特點，本發明設計了微波輔助離子液體催化單糖轉化為高附加值化學品的反應體系。本發明通過將微波輔助與離子液體催化體系進行耦合，以提高單糖轉化為高附加值化學品的效率，以利于單糖的高值轉化利用。

【本發明技術方案】

1、本發明涉及一種微波輔助離子液體催化單糖轉化為高附加值化學品的方法，包含以下步驟：

步驟一、合成離子液體催化劑（以胍類離子液體為例）：四甲基胍與酸溶液（醋酸、乳酸、四氟硼酸等）在乙醇中發生復分解反應，減壓蒸餾提純，干燥備用；

步驟二、按照一定比例將單糖與催化劑添加到有機溶劑中，置于微波反應器中，氮氣保護下攪拌回流反應，一定微波輸出功率下定溫反應，得到高附加值化學品。

步驟三、反應結束后冷卻、靜置、離心、過濾，分析產物收率。

步驟一中四甲基胍與酸溶液的摩爾量為1:1。