[發(fā)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(zhuǎn)化制備D-構(gòu)型過量的乳酸的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810868191.1
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109134230B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡常偉;許曙光;李建梅;吳益;肖園
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C07C51/00
• 分類號: C07C51/00;C07C59/08
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一種采用化學(xué)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(gòu)型過量的乳酸的方法，其中水作為反應(yīng)溶劑，YCl₃·6H₂O為催化劑，在氮?dú)鈿夥障掠诟邏焊磻?yīng)器(Parr)中反應(yīng)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(dá)87.3％，且產(chǎn)物乳酸中D?構(gòu)型乳酸過量(ee值約為20.0％)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過催化轉(zhuǎn)化的方法，以糖類和可再生生物質(zhì)為原料，制備D-構(gòu)型過量的乳酸的方法。

背景技術(shù)

乳酸在食品、醫(yī)藥、化妝品和化工等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，且不同構(gòu)型的乳酸具有不同的用途。隨著社會的不斷發(fā)展，近年來對乳酸的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。乳酸的兩大官能團(tuán)(-COOH,-OH)使乳酸可以發(fā)生很多化學(xué)反應(yīng)，包括：聚合反應(yīng)、酯化反應(yīng)、還原反應(yīng)、羥基取代反應(yīng)等。目前大量使用的含氧試劑如丙二醇、環(huán)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(jī)械性能，聚乳酸材料在臨床和醫(yī)藥上有廣泛的應(yīng)用，如用于骨組織工程中的支架材料以及藥物運(yùn)輸系統(tǒng)等。最近的研究發(fā)現(xiàn)，乳酸單體中D/L的比例對聚乳酸塑料的強(qiáng)度有很大影響，因此，可通過調(diào)節(jié)乳酸單體中D/L的比例調(diào)控聚乳酸的性能。一般認(rèn)為，增加單體中D-乳酸的量可以增加傳統(tǒng)聚乳酸的耐熱性。由于聚乳酸材料的廣泛應(yīng)用，使得市場對乳酸的需求量不斷增加，據(jù)估計(jì)，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(chǎn)制備的乳酸與其實(shí)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(gòu)型為主，而D-乳酸還相對較少，且存在產(chǎn)率低、成本高等問題。因此，生產(chǎn)以D-構(gòu)型為主的乳酸迫在眉睫。

商業(yè)化生產(chǎn)乳酸的方法主要有傳統(tǒng)的化學(xué)合成法和碳水化合物發(fā)酵法。傳統(tǒng)的化學(xué)合成法所使用的原料中包含劇毒物質(zhì)氫氰酸，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此限制了其大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。目前90％的乳酸采用發(fā)酵法制得，此方法生產(chǎn)周期長，不能連續(xù)生產(chǎn)；更重要的是發(fā)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(tǒng)化學(xué)合成法和發(fā)酵法的缺點(diǎn)，并且最大程度提高乳酸的生產(chǎn)量以及降低乳酸的生產(chǎn)成本，研究者嘗試?yán)媚咎恰⑵咸烟恰肜w維素、木質(zhì)纖維素等生物質(zhì)做原料，采用化學(xué)催化的方法來生產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(gòu)體，但是，目前所報(bào)道的以五碳糖和六碳糖為原料通過化學(xué)催化法制備乳酸的相關(guān)文獻(xiàn)中，都沒有報(bào)道所制得乳酸的構(gòu)型分布。