[發明專利]一種由木糖、葡萄糖、木聚糖、微晶纖維素及玉米秸稈催化轉化制備D-構型過量的乳酸的方法

有效

• 申請號: 201810868191.1
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109134230B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 胡常偉;許曙光;李建梅;吳益;肖園
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C07C51/00
• 分類號: C07C51/00;C07C59/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種采用化學催化法由木糖、葡萄糖、木聚糖、微晶纖維素和玉米秸稈等為原料制備D?構型過量的乳酸的方法，其中水作為反應溶劑，YCl₃·6H₂O為催化劑，在氮氣氣氛下于高壓釜反應器(Parr)中反應一定時間，制備乳酸。YCl₃·6H₂O催化活性高，在最佳的條件下乳酸的收率達87.3％，且產物乳酸中D?構型乳酸過量(ee值約為20.0％)。

技術領域

本發明涉及一種通過催化轉化的方法，以糖類和可再生生物質為原料，制備D-構型過量的乳酸的方法。

背景技術

乳酸在食品、醫藥、化妝品和化工等行業具有廣泛的應用，且不同構型的乳酸具有不同的用途。隨著社會的不斷發展，近年來對乳酸的應用不斷擴大。乳酸的兩大官能團(-COOH,-OH)使乳酸可以發生很多化學反應，包括：聚合反應、酯化反應、還原反應、羥基取代反應等。目前大量使用的含氧試劑如丙二醇、環氧丙烷、丙烯酸和丙烯酸酯等都可以由乳酸得來。此外，由乳酸分子聚合可生成聚乳酸(polymers of lactic acid，PLA)。近年來，聚乳酸作為可降解塑料倍受青睞。由于聚乳酸具有較好的生物可降解性、生物相容性和良好的機械性能，聚乳酸材料在臨床和醫藥上有廣泛的應用，如用于骨組織工程中的支架材料以及藥物運輸系統等。最近的研究發現，乳酸單體中D/L的比例對聚乳酸塑料的強度有很大影響，因此，可通過調節乳酸單體中D/L的比例調控聚乳酸的性能。一般認為，增加單體中D-乳酸的量可以增加傳統聚乳酸的耐熱性。由于聚乳酸材料的廣泛應用，使得市場對乳酸的需求量不斷增加，據估計，到2020年，全球乳酸的需求量將超過80萬噸。然而，目前市場上生產制備的乳酸與其實際需求量之間還具有很大差距。同時，所制備的乳酸主要以L-構型為主，而D-乳酸還相對較少，且存在產率低、成本高等問題。因此，生產以D-構型為主的乳酸迫在眉睫。

商業化生產乳酸的方法主要有傳統的化學合成法和碳水化合物發酵法。傳統的化學合成法所使用的原料中包含劇毒物質氫氰酸，對環境造成嚴重污染，因此限制了其大規模的工業應用。目前90％的乳酸采用發酵法制得，此方法生產周期長，不能連續生產；更重要的是發酵的有效pH范圍很窄，為了控制pH需要加入堿，從而生成大量的廢鹽。

為了克服傳統化學合成法和發酵法的缺點，并且最大程度提高乳酸的生產量以及降低乳酸的生產成本，研究者嘗試利用木糖、葡萄糖、半纖維素、木質纖維素等生物質做原料，采用化學催化的方法來生產乳酸。Lisha Yang等人(Applied Catalysis B:Environmental 162(2015)149-157)以木糖和木聚糖為原料，ZrO₂為催化劑，在200℃反應40min分別得到42％和30％收率的乳酸。Ayumu Onda等人(Catalysis Communications 9(2008)1050–1053)以葡萄糖為原料，鎂鋁水滑石為固體催化劑，在0.05M NaOH存在下于323K反應8小時，得到20％收率的乳酸。Yanliang Wang等人(Nature communications,2013,4,2141)以葡萄糖為原料，少量鉛(II)離子為催化劑，在463K時可得到～70％的乳酸。Cristina Sánchez等人(Chemical Engineering Journal 181–182(2012)655–660)以纖維素和半纖維素為原料，0.7M Ca(OH)₂為催化劑，300℃反應30min,可以得到44.76％的乳酸。Ting He等人(Scientific Reports 6(2016)38623)以玉米秸稈中溶解的半纖維素為原料，MgO為催化劑，水/乙醇(1:1)做混合溶劑，220℃反應60min,可以得到79.8wt％的乳酸。

乳酸分子具有D和L兩種手性異構體，但是，目前所報道的以五碳糖和六碳糖為原料通過化學催化法制備乳酸的相關文獻中，都沒有報道所制得乳酸的構型分布。