[發明專利]一種酸催化劑催化木糖制備糠醛的方法

在審

• 申請號: 201410375240.X
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104193704A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 彭新文;吳昌艷;陳巍;鐘林新;孫潤倉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C07D307/48
• 分類號: C07D307/48;B01J31/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運貞

技術領域

本發明屬于化學產品及其制備領域，涉及一種綠色催化劑，特別涉及一種酸催化劑催化木糖制備糠醛的方法。

背景技術

糠醛由戊聚糖在酸性催化劑作用下水解成戊糖，然后戊糖再脫水環化而成。糠醛有一個呋喃環和一個醛基，化學性質比較活潑，被廣泛用于石油化工、石油煉制、食品、醫藥及合成樹脂和合成橡膠等行業，是一種重要的化學溶劑和有機化工原料。以糠醛為原料，可以通過氫化、氧化、氯化、硝化和縮合等化學反應過程制得1600多種衍生物。糠醛的衍生物有很高的附加值，特別是糠基醇，它是吠喃樹脂的基礎原料；而且是非常重要的有機化工中間體，可制備戊二醇、乙酰丙醇、戊二烯以及酮類和甲基四氫吠喃等。

世界上生產糠醛的方法不少，主要有無機鹽法、硫酸法、醋酸法、鹽酸法幾種。目前工業糠醛主要是通過礦物酸(主要是硫酸，醋酸等)催化五碳糖、半纖維素等在200～250℃下脫水得到。在這種條件下，生成糠醛的選擇性不超過70％，而且礦物酸具有腐蝕性，容易造成污染。因此，在糠醛制備反應中，尋找對環境友好且經濟效益較好的催化劑是十分有意義的。

木質素磺酸是現代造紙行業中木漿造紙的副產物，是一種線型高分子化合物，在造紙行業中，木質素磺酸又通常以木質素磺酸鹽形式存在。木質素磺酸鹽是一種陰離子型表面活性劑，在工業上被廣泛用作分散劑和潤濕劑，而其作為一種造紙行業產量豐富的副產品，開發木質素磺酸鹽的高效利用的方法是非常有必要的。

木質素磺酸(LS)可以由木質素磺酸鹽通過離子交換樹脂交換還原制得，也被稱為磺化木素，這是一種高度交聯的多酚類的含有磺酸基團的聚合物。并且木質素在自然界中的含量巨大，是一種豐富的可再生資源，所以木質素磺酸(LS)或木質素的高價值應用的研究發展是現代生物煉制最重要的方向之一。

近幾年的研究表明，由于其結構中的磺酸官能團，它們可以被用作燃料電池的質子轉移材料或者電化學的材料。然而，作為一種酸性的可再生聚合物，之前很少有報道用LS作為酸性催化劑的應用。

離子液體作為一種非常有潛力的合成中的溶劑具有以下優點：

1)對大多數的無機、有機及高分子材料都表現出良好的溶解能力；

2)通常含有弱配合離子，所以具有高極化潛力而非配合能力；

3)與一些有機溶劑不互溶，可以提供一個非水、極性可調的兩相體系，疏水離子液體可以作為一個水的非共溶極性相使用；

4)具有非揮發性特征，幾乎沒有蒸氣壓，因此它們可以用于高真空體系中，同時也可減少因揮發而產生的環境問題。

近年來研究葡萄糖、果糖等六碳糖轉化為5-羥甲基糠醛的文獻和報道很多，并且果糖轉化為5-羥甲基糠醛比較容易，產率很高，木糖轉化為糠醛的產率一般比較低，且糠醛是一種廣泛用于石油工業、化學工業、醫藥、食品及合成橡膠、合成樹脂等行業的重要有機化工原料和化學溶劑，迄今為止只能由植物纖維原料通過水解制得。果糖與木糖的性質區別很大，果糖屬于酮糖，且具有吡喃式和呋喃式兩種結構，如蔗糖中的果糖則是呋喃果糖，呋喃果糖較具有穩定椅式結構的吡喃糖更容易脫水轉化為5-羥甲基糠醛，而木糖是醛糖，在轉化為糠醛的過程中需要醛酮異構化，往往需要異構化試劑才能順利完成轉化過程。而且木糖為吡喃式木糖，具有穩定的椅式結構，所以反應不容易進行。果糖雖然能高效的轉化為5-HMF，但是其在自然界中存在量少，價格較高，木糖在自然界中來源廣泛，是組成自然界含量豐富的半纖維素主要的單體。所以尋找一種合適的催化劑來提高木糖轉化率勢在必行。而且由于木糖是闊葉木半纖維素中的一種重要組分，且半纖維素在自然界中含量豐富，但是性質比較復雜，所以研究木糖的轉化有利于促進半纖維素的應用。

因此，以木糖為基礎，研究木糖轉化為多功能的化學物質-糠醛，是具有非常大的發展潛力；從而更好的研究自然界中含量豐富的半纖維素的性質及用途。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種酸催化劑催化木糖制備糠醛的方法。本發明不僅實現了工業生產的低價值副產物的循環利用，并且完成了利用生物質材料做原料產出高價值化學產品的過程。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種酸催化劑催化木糖制備糠醛的方法，包括如下步驟：

(1)稱取酸催化劑與有機溶劑，混合，水浴使離子液體充分熔化，形成均相溶液；

(2)稱取木糖于步驟(1)得到的均相溶液中，油浴反應，反應完成后進行冷卻；

(3)步驟(2)得到的反應物冷卻后，用甲醇與水混合溶液稀釋定容，用高效液相色譜儀進行糠醛含量的測定。