[發(fā)明專(zhuān)利]一種微波輔助離子液體催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310404405.7
• 申請(qǐng)日: 2013-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103467277A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐建;曲永水;李宏強(qiáng);高婧;羅皓;彭華棟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C07C59/185
• 分類(lèi)號(hào): C07C59/185;C07C51/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離子液體應(yīng)用于碳水化合物定向轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)該方法可顯著降低離子液體用量，提高碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸的收率，從而有利于提高離子液體用于碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸的經(jīng)濟(jì)性。

背景技術(shù)

以煤、石油等為代表的石化原料滿(mǎn)足了人類(lèi)90%以上的能源需求，也是全球化學(xué)工業(yè)的的基礎(chǔ)。雖然原油和天然氣枯竭的確切日期很難預(yù)測(cè)，但加快發(fā)展可持續(xù)的燃料和碳基原料以替代化石燃料大發(fā)展得到了廣泛認(rèn)同。與此同時(shí)，全球努力減少二氧化碳排放也要求開(kāi)發(fā)新的綠色生產(chǎn)的燃料、平臺(tái)化合物與高附加值化學(xué)品。二氧化碳加氫可以產(chǎn)生具有碳基的單體和中間體，此外，通過(guò)光合作用可以轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。其中碳水化合物作為生物質(zhì)的主要部分被視為最優(yōu)先可再生資源，主要以糖、淀粉、纖維素、木質(zhì)纖維素等形式出現(xiàn)。

乙酰丙酸分子中既有羧基又有酮基，具有良好的反應(yīng)性，通過(guò)酯化、鹵化、加氫、縮醛化反應(yīng)等制取各種功能的化學(xué)品，例如香料、溶劑、橡膠助劑、油品添加劑、藥品、農(nóng)藥、表面活化劑等。由于可以以生物質(zhì)為原料制取，近年來(lái)其規(guī)?；苽湟呀?jīng)成為研究的焦點(diǎn)。主要將生物質(zhì)纖維水解為木糖與葡萄糖，而后在酸性條件下進(jìn)一步脫水得到糠醛與5-羥甲基糠醛，后者再進(jìn)一步酸化分解為乙酰丙酸。過(guò)程中所使用的催化劑主要為無(wú)機(jī)酸，包括硫酸、鹽酸、氫氟酸。但這些催化劑對(duì)設(shè)備腐蝕性大，并產(chǎn)生大量的廢液廢渣。

離子液體（IL）作為一種新興的催化劑和溶劑，具有很高的熱穩(wěn)定性與催化性能、良好導(dǎo)電導(dǎo)熱性、以及“零”蒸汽壓，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)，如新材料制備、聚合反應(yīng)、有機(jī)合成、電化學(xué)、分離過(guò)程等。特別是在取代易燃易爆及高腐蝕性有機(jī)酸堿應(yīng)用于綠色化學(xué)清潔生產(chǎn)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，將其用于碳水化合物水解制備高附加值化學(xué)品成為時(shí)下新的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

【發(fā)明目的】本發(fā)明目的在于開(kāi)發(fā)工業(yè)碳水化合物催化轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸新型綠色轉(zhuǎn)化過(guò)程。

【本發(fā)明的構(gòu)思】微波作為一種新興、高效的輔助手段應(yīng)用于碳水化合物轉(zhuǎn)化過(guò)程相較于靠物質(zhì)熱傳導(dǎo)性能將物體加熱的油浴或沙浴等傳統(tǒng)的加熱方式，加熱速率更快、受熱均勻。離子液體作為近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的環(huán)境友好催化劑，與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)、有機(jī)酸堿催化劑相比催化過(guò)程更綠色?；陔x子液體熱穩(wěn)定性更強(qiáng)的特點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了微波輔助離子液體催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸的反應(yīng)體系。本發(fā)明通過(guò)將微波輔助與離子液體催化體系進(jìn)行耦合，以提高碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸的效率，以利于碳水化合物的高值轉(zhuǎn)化利用。

【本發(fā)明技術(shù)方案】

1、本發(fā)明涉及一種微波輔助離子液體催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸的方法，包含以下步驟：

步驟一、合成離子液體催化劑：四甲基胍或乙醇胺與酸溶液（醋酸、乳酸、四氟硼酸等）在乙醇中發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，減壓蒸餾提純，干燥備用；N-甲基咪唑與2-氯乙醇或2-氯乙胺鹽酸鹽在溶劑中復(fù)分解之后再與過(guò)量四氟硼酸鈉置換，經(jīng)過(guò)濾提純烘干后得到1-羥乙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽與1-氨乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽。

步驟二、按照一定比例將碳水化合物與催化劑添加到有機(jī)溶劑中，置于微波反應(yīng)器中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌回流反應(yīng)，一定微波輸出功率下定溫反應(yīng)，得到高附加值化學(xué)品。

步驟三、反應(yīng)結(jié)束后冷卻、靜置、離心、過(guò)濾，分析產(chǎn)物收率。

步驟一中四甲基胍與酸溶液的摩爾量為1:1；N-甲基咪唑與2-氯乙醇或2-氯乙胺鹽酸鹽的摩爾量為1:1.1；所得氯化物與四氟硼酸鈉的摩爾量為1:1.05。

步驟二中，所用離子液體催化劑選自四甲基胍四氟硼酸鹽、四甲基胍乳酸鹽、四甲基胍醋酸鹽、1-氨乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、乙醇胺四氟硼酸鹽、1-羥乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽等，按照催化劑與碳水化合物的質(zhì)量比為0.1-0.5、碳水化合物與反應(yīng)溶劑固液比為0.02-0.1（質(zhì)量比），將定量工業(yè)碳水化合物與催化劑添加到反應(yīng)溶劑中，置于微波反應(yīng)器中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌回流反應(yīng)，升溫至80-160℃，微波輸出功率為400～800w，反應(yīng)時(shí)間5～120min。

步驟二中所用溶劑為：N，N-二甲基乙酰胺（LiCl-DMAc）、二甲基亞砜（DMSO）、仲丁醇溶液。

步驟三中采用Agilent?Technologies1200Series?HPLC液相色譜外標(biāo)法測(cè)定碳水化合物水解液中乙酰丙酸的含量，檢測(cè)器溫度為35℃；RID檢測(cè)器，色譜柱為Hi-PLex?H柱，流動(dòng)相為5mM?H₂SO₄，流速為0.6ml/min，檢測(cè)器溫度為65℃。

本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：